摘 要：以吸水率、冻融循环抗压强度为分析指标，通过控制变量法分析了原料土、粉煤灰、泡沫掺量对于气泡混合轻质土抗冻稳定性能的影响。结果表明：原料土的掺入增大了气泡混合轻质土的吸水率、降低了其冻融循环后强度，以原料土等量替代水泥时存在一个合理值，超过该阈值时，将干扰胶凝材料的水化程度，增强了浆体内孔隙的连通性，影响水泥浆体骨架的整体性，气泡混合轻质土的冻融稳定性明显降低；粉煤灰的掺入可降低气泡混合轻质土的吸水率，增加其冻融循环后强度，但掺量过高时以填充效应、微集料效应为主，降低了气泡混合轻质土的抗冻稳定性；泡沫掺量的增加虽然一定程度上降低了气泡混合轻质土的冻融后强度，四川气泡混合轻质土但其可以稳定存在于浆体中，未明显增加气泡混合轻质土的实际吸水量，混合料冻融循环后仍保留较高强度。

关键词：气泡轻质土;冻融循环;耐久性;吸水率;

作者简介：张红彦（1989—），女，山西交口人，工程师，从事公路工程材料试验、检测及研究工作。;

0 引言

因刚柔结构衔接、新老路基交替、人工压实控制不足产生的路基、填土差异沉降导致的桥台跳车、路基沉陷、挡墙失稳等问题一直是公路建设领域关注的重点，相关技术、工艺不断改进。近年来，新材料、新工艺的发展也为上述问题的解决开辟了新的方向，气泡混合轻质土的应用便是其中之一。

气泡混合轻质土作为一种通过人工引入稳定泡沫群的调配混凝土，依靠其轻质性、性状的可调性、良好的施四川气泡混合轻质土工性吸引着不少研究者不断将其应用范围进行拓展。得益于近年来工程机械的发展，其制备方式也由工厂集中生产向现场制备转变，已有许多应用于路基填筑、桥台回填、旧路改造的案例[1]。目前，气泡混合轻质土在山区公路建设中多作为路基加强体应用。在实际应用中，气泡轻质混合土除需满足应力条件、承受各类工程荷载作用外，还需考虑耐久性问题，即受到应用环境中各类自然因素的应力作用后的客观表现。在北方地区，冻融稳定性是最重要的耐久性指标，分析气泡混合轻质土的冻融稳定性对其推广应用具有一定的理论和现实意义。

但目前关于冻融破坏对气泡混合轻质土结构与性能的影响研究较少，相应的规范和标准也比较欠缺。周云东等通过室内试验研究了冻四川气泡混合轻质土融循环对气泡混合轻质土体积、密度及气孔结构等物理特性的影响[2]；赵爱莉等着眼于公路采空区治理，分析了气泡轻质土试样在浸水和冻融循环条件下密度和无侧限抗压强度的变化幅度和规律[3]；章灿林等探讨了冻融循环和酸碱腐蚀对气泡轻质土耐久性能和微观结构的影响[4]；刘楷等重点分析了干湿循环和硫酸钠长期浸泡环境下气泡混合轻质土的强度和质量变化[5]；刘勇等通过调整配合比组分，分析了干湿、冻融循环后其抗压强度变化情况[6]。综上可知，针对气泡混合轻质土冻融稳定性方面的研究较少，多集中于干湿循环下的强度分析。基于此，本文以吸水率、冻融循环下的强度表现为切入点，探讨原料土、粉煤灰、泡沫掺量对气泡混合轻质土冻融四川气泡混合轻质土稳定性能的影响。

1 试验方法

1.1 试验材料

以表1所示配合比为试验基准配比，通过以原料土、粉煤灰等量替代水泥、调整泡沫掺量，分析不同因素下气泡混合轻质土的冻融稳定性。其中，水泥为P·O42.5级硅酸盐水泥，砂为河砂（细度模数为3.0），原料土为粉质黏土（IP=15.97），粉煤灰为Ⅱ级，泡沫密度为46kg/m3。

表1 气泡轻质土基准配比 下载原图

1.2 分析指标

以吸水率、冻融抗压强度为指标分析气泡混合轻质土的冻融稳定性。气泡混合轻质土的抗压强度试验参照《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》（CJJ/T 177—2012），采用100mm立方块，每组3块。冻融循环为养护后于15～20℃水中浸泡2d，四川气泡混合轻质土在-20～-15℃下冻结4h，取出后在15～20℃水中溶解4h，此为一个冻融循环，规定的循环次数后，记录试件质量损失和破坏情况，测定抗压强度。吸水率试验根据《泡沫混凝土》（JG/T 266—2011）进行，试验前将3块试件放入电热鼓风干燥箱内干燥，质量恒定后冷却至室温，分3次饱和后求得。

2 试验结果及分析

2.1 原料土对气泡混合轻质土冻融稳定性的影响

图1为以不同量原料土替代水泥后，气泡混合轻质土试件经养护28d后的吸水率、不同次数冻融循环后的抗压强度变化情况示意图。由图1可以看出，随着原料土替代比例的增加，气泡混合轻质土吸水率呈上升趋势，各冻融循环次数下抗压强度均呈下降趋势，且随着原料土掺量增四川气泡混合轻质土大，吸水率、抗压强度变化速率呈增大趋势。原料土掺量由0%提高至10%时，平均吸水率增加5.3%，各冻融循环次数下强度平均下降20%；原料土掺量由10%提高至20%时，平均吸水率增加7.2%，各冻融循环次数下强度平均下降33%。由冻融循环次数分析，经历5次冻融循环后抗压强度平均损失6.54%，最大损失为14.38%;10次冻融循环后，抗压强度平均损失15.62%，最大损失为36.99%。可见，气泡混合轻质土抗压强度损失率随冻融循环次数增加而增大，且变化速率呈增大趋势。由此说明，在气泡混合轻质土中以原料土替代水泥时存在一个合理值，超过该阈值时，气泡混合轻质土冻融稳定性明显降低，这主要有两方面的原因四川气泡混合轻质土：一方面，过量原料土的掺入影响水泥的水化反应，黏土颗粒同水泥存在竞争吸水，干扰胶凝材料水化程度，影响水泥浆体骨架的整体性，降低气泡混合轻质土的抗压强度；另一方面，气泡混合轻质土的吸水率随原料土的增加而增大，说明原料土的加入增加了浆体内孔隙的连通性，降低了气泡混合轻质土的封闭性、整体性，导致冻融循环后气泡混合轻质土试件强度降低。

图1 原料土掺量对气泡混合轻质土抗压强度、吸水率的影响 下载原图

2.2 粉煤灰对气泡混合轻质土冻融稳定性的影响

图2为以不同量粉煤灰替代水泥后，气泡混合轻质土试件经养护28d后的吸水率、不同次数冻融循环后的抗压强度变化情况示意图。由图2可知，随着粉煤灰替代比例的增加，气泡混四川气泡混合轻质土合轻质土吸水率呈先降低后上升的趋势，替代量为25%时吸水率最小，相较不掺时降低13.9%，替代量为50%时，吸水率同不掺时基本一致。各冻融循环次数下抗压强度随着粉煤灰替代比例的增加呈先增大后减小的趋势，替代量为37.5%时，强度达到最高，各冻融循环下强度平均增长6%，替代量由37.5%提高至50%时，各冻融循环下强度平均下降15%。由冻融循环次数分析，经历5次冻融循环后抗压强度平均损失3.81%，最大损失为6.75%；经历10次冻融循环后，抗压强度平均损失7.95%，最大损失为15.87%。可见，气泡轻质土抗压强度损失率随冻融循环次数增加而增大，但衰减速率基本不变。说明相较于水泥，颗粒更细的粉四川气泡混合轻质土煤灰更利于保持泡沫群的独立、稳定，更利于保持气泡混合轻质土的整体性，因为同为胶凝材料，粉煤灰的掺入使得水泥水化进程相对温和，减少了水化热对泡沫的干扰，降低了气泡相互干扰、融通、消灭的概率，气泡混合轻质土含水率随着粉煤灰替代量的增加而降低便说明了这点；粉煤灰通过火山灰效应，与水泥水化生成的氢氧化钙二次水化，进一步提高了后期气泡混合轻质土的强度与整体性；然而粉煤灰掺量过高时，吸水率加速上升、抗压强度加速衰减，此时粉煤灰的存在以填充效应、微集料效应为主，对保持气泡混合轻质土的抗冻融性能有效。

图2 粉煤灰掺量对气泡混合轻质土抗压强度、吸水率的影响 下载原图

2.3 泡沫掺量对气泡混合轻质土冻融稳定性的影四川气泡混合轻质土响

图3为不同泡沫掺量下，气泡混合轻质土试件经养护28d后的吸水率、不同次数冻融循环后的抗压强度变化情况示意图。由图3可以看出，泡沫掺量对气泡混合轻质土吸水率、抗压强度影响较大，随着泡沫掺量的增加，吸水率呈上升趋势，不同次数冻融循环后的抗压强度均明显下降。泡沫掺量由6%提高至8%时，平均吸水率增加9.3%，各冻融循环下强度平均下降21%；泡沫掺量由8%提高至10%时，平均吸水率增加11.1%，各冻融循环次数下强度平均下降15%。由冻融循环次数分析，经历5次冻融循环后抗压强度平均损失4.83%，最大损失为8.84%;10次冻融循环后，抗压强度平均损失10.23%，最大损失为18.78%。可见，气泡四川气泡混合轻质土混合轻质土抗压强度损失率随泡沫掺量增加而增大，但未见明显增大趋势，仍保持一定强度，这说明泡沫可以稳定存在于浆体中。就配合比而言，泡沫掺量的增加除降低了轻质土的湿密度外，并未改变其成分组成，未影响胶凝材料水化过程，泡沫数量的增加并未明显改变泡沫结构、连通性，气泡掺量由6%增加至10%时，气泡混合轻质土湿密度降低了近一半，其抗压强度损失了36%，且10次冻融循环相较5次冻融循环并未出现明显强度加速损失现象更印证了这一点。吸水率虽然随泡沫掺量增长呈明显上升趋势，但考虑湿密度的变化，气泡混合轻质土的实际吸水量并未发生明显增长，吸水率的增加主要是基于湿密度的下降，故气泡混合轻质土经冻融循环后仍保留较高强四川气泡混合轻质土度。

图3 泡沫掺量对气泡混合轻质土抗压强度、吸水率的影响 下载原图

3 结语

本文通过控制变量法分析了原料土掺量、粉煤灰掺量、泡沫掺量对于气泡混合轻质土抗冻稳定性能的影响，结果表明：原料土的掺入增大了气泡混合轻质土的吸水率、降低了其冻融循环后强度，以原料土等量替代水泥时存在一个合理值，超过该阈值时，将干扰胶凝材料水化程度，增强浆体内孔隙的连通性，影响水泥浆体骨架的整体性，气泡混合轻质土冻融稳定性明显降低；粉煤灰的掺入可降低气泡混合轻质土的吸水率，增大其冻融循环后强度，但掺量过高时，以填充效应、微集料效应为主，降低其抗冻稳定性；泡沫掺量的增加虽然一定程度上降低了气泡混合轻质土的冻融后强度，但它可以稳四川气泡混合轻质土定存在于浆体中，未明显增加气泡混合轻质土的实际吸水量，气泡混合轻质土经冻融循环后仍保留较高强度。

参考文献

[1] 刘汉龙，尹锋，陈永辉，等.现役高速公路轻质土侧向置换路基方法研究[J].公路交通科技，2019,36(2):19-27.

[2] 周云东，徐佳辉，黎冰，等.冻融循环对气泡混合轻质土物理特性的影响研究[J].河南科学，2018,36(2):198-203.

[3] 赵爱莉，吴臻林，刘军勇．公路采空区泡沫轻质土新型注浆材料水稳性和抗冻性试验研究[J].公路，2016,61(4):207-211.

[4]章灿林，黄俭才，熊永松，等.不同原料土掺量的气泡轻质土耐久性研究[J].武汉理工大学学报，2014四川气泡混合轻质土,36(8):32-36.

[5] 刘楷，李仁民，杜延军，等．气泡混合轻质土干湿循环和硫酸钠耐久性试验研究[J].岩土力学，2015(S1):362-366.

[6] 杜刘勇，孙赛炜，马路，等．不同掺合料的气泡混合轻质土性能试验研究[J].中外公路，2018(3):279-283.

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