氣泡輕質(zhì)土配合比優(yōu)化設(shè)計分析
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摘要:以《氣泡混合輕質(zhì)土填筑技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T177—2012)(以下簡稱《技術(shù)規(guī)程》)為參考，通過多種容重試件強(qiáng)度試驗，并對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，提出氣泡輕質(zhì)土濕容重－強(qiáng)度經(jīng)驗公式，可簡化氣泡輕質(zhì)土配合比設(shè)計計算，填補(bǔ)了《技術(shù)規(guī)程》適用性不足缺憾。經(jīng)優(yōu)化后用于廣東省三堡至水口公路改擴(kuò)建工程TJ4標(biāo)輕質(zhì)土路基施工。該方法屬于經(jīng)驗總結(jié)，符合規(guī)范要求。
關(guān)鍵詞:輕質(zhì)土;配合比設(shè)計;濕容重－強(qiáng)度經(jīng)驗公式
1背景
廣東省三堡至水口公路改擴(kuò)建工程TJ4標(biāo)氣泡混合輕質(zhì)土路基總長度2071m，方量63449.1m3，最大填筑高度7.8m。設(shè)計文件要求:輕質(zhì)土容重不大于6.5kN，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa/0.8MPa。項目部通過招標(biāo)選擇合格原材料用于氣泡輕質(zhì)土施工，材料基本情況見表1。委托某第三方試驗檢測單位進(jìn)行氣泡輕質(zhì)土配合比設(shè)計，結(jié)果見表2。經(jīng)試生產(chǎn)總結(jié)如下:①配合比1:現(xiàn)有設(shè)備能正常拌制，抗壓強(qiáng)度較富裕，可以適當(dāng)優(yōu)化，提高經(jīng)濟(jì)性;②配合比2:水膠比0.588現(xiàn)有設(shè)備在水泥凈漿制備環(huán)節(jié)有困難(水泥結(jié)團(tuán)，需長時間攪拌)，影響施工效率，同時遠(yuǎn)距離(＞400m)泵送有偶爾輸送泵過熱停機(jī)及管道爆裂現(xiàn)象。第三方檢測單位出具的配合比設(shè)計報告未考慮施工單位生產(chǎn)設(shè)備性能，可操作性較差。為掌握氣泡輕質(zhì)土的強(qiáng)度規(guī)律，利用現(xiàn)場生產(chǎn)及工地試驗室試驗設(shè)備，參照以往經(jīng)驗，對氣泡輕質(zhì)土強(qiáng)度影響因素進(jìn)行研究，優(yōu)化配合比設(shè)計，明確質(zhì)量控制要點。
2氣泡輕質(zhì)土強(qiáng)度影響因素
氣泡輕質(zhì)土由專用拌和站生產(chǎn)，拌和站主要由四大系統(tǒng)組成。水泥凈漿制備系統(tǒng)由自動計量稱、高速攪拌機(jī)、儲料倉、流量計等組成;發(fā)泡群制備系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、發(fā)泡劑泵、流量計等組成;輸送系統(tǒng)由起泡器－凈漿拌和器、輸送泵、管道等組成;控制系統(tǒng)采用基于PLC自動控制系統(tǒng)。氣泡輕質(zhì)土是在水泥凈漿中加入一定比例起填充作用的氣泡群形成的微孔類材料，即“輕質(zhì)土=水泥凈漿+氣泡群”，影響強(qiáng)度主要因素比較明確，分別為水泥凈漿強(qiáng)度和氣泡群摻加比例。水泥凈漿強(qiáng)度與其水膠比成反比［1］，即水膠比越小，水泥漿硬化后抗壓強(qiáng)度越高。另外，水膠比減少到一定程度后不易攪拌均勻，需采取技術(shù)措施，如延長攪拌時間、增加減水劑或提高攪拌速率等?？紤]現(xiàn)有氣泡輕質(zhì)土拌和站生產(chǎn)系統(tǒng)能力及節(jié)約成本(即不采取技術(shù)措施)，實測水泥凈漿制備系統(tǒng)在水膠比≥0.65，均能方便制備水泥凈漿，確定本項目氣泡輕質(zhì)土配合比中水膠比為0.65。在此水膠比前提下，通過拌和站控制系統(tǒng)設(shè)置不同氣泡群摻入量，制作多種不同濕容重輕質(zhì)土試件，研究氣泡輕質(zhì)土濕容重與抗壓強(qiáng)度關(guān)系。每容重制作3組試件，取3組試件中單組抗壓強(qiáng)度平均值最小的結(jié)果作為強(qiáng)度代表值(較保守)，各濕容重輕質(zhì)土試驗配合比及結(jié)果見表3。圖1為濕容重與強(qiáng)度關(guān)系曲線。根據(jù)上述試驗結(jié)果，利用EXCEL軟件進(jìn)行擬合，求得濕容重－強(qiáng)度經(jīng)驗公式:
3基于濕容重－強(qiáng)度經(jīng)驗公式的配合比設(shè)計
3.1試配抗壓強(qiáng)度
試配抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于設(shè)計抗壓強(qiáng)度的1.05倍［2］:
3.2濕容重計算
代入式(1)中，求解得到:濕容重為:x1=4.5894;x2=－5.396(容重為正值，舍去)
3.3輕質(zhì)土配合比中材料用量計算
依據(jù)《氣泡混合輕質(zhì)土填筑技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T177—2012)中相關(guān)公式計算:經(jīng)求解，獲得優(yōu)化后輕質(zhì)土配合比，見表4。
4應(yīng)用效果
1)經(jīng)現(xiàn)場實際使用上述氣泡輕質(zhì)土配合比工作性能較好，平均強(qiáng)度值較設(shè)計值富裕，仍有繼續(xù)優(yōu)化的空間。2)優(yōu)化配合比后單方水泥用量減少約25kg/m3，累計節(jié)省水泥1500余t，經(jīng)濟(jì)效益明顯。3)輕質(zhì)土制備過程中氣泡群摻加率偶爾會有波動較大現(xiàn)象，直接影響抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定性，施工中需嚴(yán)格控制發(fā)泡群(mf)流量，并定時抽查輕質(zhì)土混合物濕容重。
5建議
1)本文濕容重－強(qiáng)度經(jīng)驗公式基于本單位現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備確定，屬于小樣本經(jīng)驗總結(jié)，其他生產(chǎn)設(shè)備不宜照搬使用。2)基于濕容重－強(qiáng)度經(jīng)驗公式的配合比設(shè)計方法滿足《氣泡混合輕質(zhì)土填筑技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T177—2012)的相關(guān)規(guī)定，同時在經(jīng)濟(jì)性、可操作性方面具有明顯優(yōu)勢。
參考文獻(xiàn):
［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程:JGJ55—2011［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011．
［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．氣泡混合輕質(zhì)土填筑技術(shù)規(guī)程:CJJ/T177—2012［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．
作者：趙超 單位：中交一航局第一工程有限公司