高速铁路泡沫轻质混凝土路基材料性能研究_李苏宁.pdf

文章编号：1008-3812（2022）06-021-04辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报JOURNALOFLIAONINGPROVINCIALCOLLEGEOFCOMMUNICATIONS第24卷 第6期2 0 2 2年1 2月Vol.24 No.6Dec.2 0 2 2高速铁路泡沫轻质混凝土路基材料性能研究随着交通事业发展，我国铁路事业发展迅速，其中高速铁路因具有快速、舒适、安全、环保等性能而被广泛认可。在高速铁路速度提高的同时，要求高速铁路列车运行线路具有更高舒适性及敏感性。高速铁路路基在车辆多次反复运营后，受到高频率荷载及自然因素营力，导致路基结构发生压缩、蠕变等变形。高速铁路路基沉降已成为目前世界各国学者和施工技术人员所面对的重大技术问题，为解决此类问题，学者们在路基新材料和路基新结构方面进行深入研究1，2。泡沫轻质混凝土是一种具有自重轻、流动性好等优点的新型材料，在高速铁路路基建设中可起到机械发泡作用强化路基。在高速铁路路基施工中可采用泡沫轻质混凝土浇筑路基，可利用其良好的整体性和渗透系数减少路基病害3。故本文将从该材料性能进行研究，为我国高速铁路建设提供建议指导。1工程实践1.1工程概况依托鲁南高速铁路临沂至曲阜段施工项目，路基工程总长3.443km（占线路比13.4%）；选取路 段 为 路 线 起DK182+683.88-DK184+008.375段，双 线 铁 路，路 基 顶 面 宽13m，设 计 车 速350km/h。正线路基：基床厚度为2.7m，其中基床表层采用级配碎石填筑厚度0.4m，基床底层2.3m，由于当地气温全年 较低，冬季可 达-10以下，故 在 满 足 铁 路 路 基 设 计 规 范（Q/CR9127-2018）施工要求的 情况下进行 基施工。1.2原材料技术指标（1）纤维本文选用纤维为耐碱玻璃纤维，其技术指标如表1所示。表1纤维技术指标（2）发泡剂本文对所选发泡剂技术指标进行检测，其物理指标性能如表2所示。（3）水泥本 文 采 用 普 通 硅 酸 盐 水 泥，强 度 等 级 为32.5。对其物理性质进行试验，结果如表3所示。李苏宁（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁 辽阳111000）摘要对高速铁路泡沫轻质混凝土路基材料性能研究，依托鲁南高速铁路项目，研究泡沫轻质路基材料物理性能。通过对水胶比、浇筑密度和纤维掺量进行流值试验，试验结果表明，随着水胶比增大泡沫轻质混凝土流值逐渐增大，随着浇筑密度增大其流值增大，随着纤维掺量增加其流值逐渐降低。通过对浇筑密度和纤维掺量进行沉降距试验得出，施工时浇筑密度可采用800kg/m3。关键词高速铁路；泡沫轻质混凝土；纤维掺量；路基中图分类号：U416.1文献标识码：A收稿日期：2022-07-22作者简介：李苏宁（1987），男，江苏扬州人，工程师。研究方向：铁路工程、房建工程、市政工程。类型密度（g/cm3）当量直径（m）抗拉强度（MPa）断裂拉伸率（%）拉伸模量（GPa）耐碱玻璃纤维3.11730002.575外观PH值密度（kg/L）游离甲醛（g/Kg）发泡倍数挥发性有机物（g/L）浅白色透明液体7.11.120.4501521辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报2022年表3水泥技术指标2泡沫轻质混凝土材料流动性研究在工程实践过程中，当未确定好最佳水胶比及最优浇筑高度时，会导致泡沫轻质混凝土浇筑不稳定。影响泡沫轻质混凝土流动性因素主要有水胶比、浇筑密度及纤维掺量，故本文将从水胶比、浇筑密度及纤维掺量三个方面进行研究。采用500Kg/m3，水 用 量 为245.6kg，水 泥 用 量 为416kg，泡沫用量为682L，纤维掺量为1.652Kg。2.1水胶比对泡沫轻质混凝土流值影响本文根据 气泡混合轻质土填筑工程技术规范 设计长、高及壁厚为80mm*80mm*2mm塑料圆筒，其中试 件的水胶比 分别为0.4、0.5、0.6、0.7。采用流值作为泡沫轻质混凝土流动性的评价指标，对各试件进行3次平行流值试验，试验结果见表4及图1所示。表4水胶比对浆体流值影响试验数据表由表4可知，当水胶比为0.4时泡沫轻质混凝三次流值试验平均值为98.2mm；当水胶比为0.5时泡沫轻质混凝土三次流值试验平均值为110.3mm；当水胶比为0.6时泡沫轻质混凝土三次流值试验平均值为162.5mm；当水胶比为0.7时 泡 沫 轻 质 混 凝 土 三 次 流 值 试 验 平 均 值 为201.6mm；水胶比从0.4增加至0.7时，泡沫轻质混凝土流值从98.2mm增加到201.6mm，增长比为105.3%。由图1可知，随着水胶比增大其稠度逐渐降低，水胶比在0.40.5时，浆体流值增加趋势低于0.50.7泡沫轻质混凝土，这是因为在泡沫刚加入时，使得基质浆体稠度增加，而随着水胶比增大，使得泡沫破裂现象降低直到消失，从而提高泡沫轻质混凝土流值。2.2浇筑密度对泡沫轻质混凝土流值影响本文根据 气泡混合轻质土填筑工程技术规范 设计长、高及壁厚为80mm*80mm*2mm塑料圆筒，其中试件的浇筑密度分别为400kg/m3、600kg/m3、800kg/m3、1000kg/m3。采用流值作为泡沫轻质混凝土流动性的评价指标4，对各试件进行3次平行流值试验，试验结果见表5及图2所示。表5浇筑密度对浆体流值影响试验数据表物理指标单位技术要求实测值是否合格细度%103.1合格细度筛余量107.0合格比表面积m2/kg300密度kg/m3实测3010标准稠度用水%实测27.8初凝时间min45356合格终凝时间min600502合格水泥砂浆流动度mm180246合格安定性mm5.01.5合格MPa2227.3合格MPa45.5合格抗压强度3d抗折强度3d水胶比流值（mm）平均值实测1实测2实测30.498.297.998.598.20.5109.3110.7110.8110.30.6160.5161.7165.2162.50.7201.7200.9202.3201.6图1水胶比对浆体流值影响试验曲线图浇筑密度（kg/m3）流值（mm）平均值实测1实测2实测3400102.3104.7102.4103.1600140.7141.9140.2141.0800170.2171.1170.8170.71000215.3217.4215.9216.222李苏宁：高速铁路泡沫轻质混凝土路基材料性能研究第6期由表5可知，当浇筑密度为400kg/mm3时，泡沫轻质沥青混凝土三次平行流值试验流值平均值为103.1mm；当浇筑密度为600kg/mm3时，泡沫轻质沥青混凝土三次平行流值试验流值平均值为141.0mm；当浇筑密度为800kg/mm3时，泡沫轻质沥青混凝土三次平行流值试验流值平均值为170.7mm；当浇筑密度为1000kg/mm3时，泡沫轻质沥青混凝土三次平行流值试验流值平均值为216.2mm；浇筑密度由400kg/m3增加至1000kg/m3时，泡沫轻质混凝土流值增比为109.7%。由图2可知，随着浇筑密度增加，浆体流值逐渐变大，稠度逐渐降低，这是因为泡沫掺量随着浇筑密度增加而降低，使得浆体自重降低、粘度降低，使得浆体稠度降低，流值增大。2.3纤维掺量对浇筑密度对泡沫轻质混凝土流值影响根据 气泡混合轻质土填筑工程技术规范设计长、高及壁厚为80mm*80mm*2mm塑料圆筒，其中试件的纤维长度为6mm纤维掺量分别为0、0.2%、0.4%、0.6%。采用流值作为泡沫轻质混凝土流动性的评价指标，对各试件进行3次平行流值试验，试验结果见表6图3示。表6纤维掺量对流值影响试验数据表由表6可知，当纤维掺量为0%时，泡沫轻质混凝土三次平行流值试验流值平均值为324.4mm；当纤维掺量为2时，泡沫轻质混凝土三次平行流值试验流值平均值为310.8；当纤维掺量为4时，泡沫轻质混凝土三次平行流值试验流值平均值为288.8；当纤维掺量为6时，泡沫轻质混凝土三次平行流值试验流值平均值为272.3。纤维掺量从0增加到0.6%，浆体流值从324.4mm降至272.3mm，降比为16.2%。由图3可知，随着纤维掺量增加浆体流值逐渐降低。这是因为纤维的掺入会增加浆体的内摩擦力从而增加稠度，降低其流值。3泡沫轻质混凝土材料稳定度研究在高速铁路泡沫轻质混凝土路基施工中，要保证路基施工材料的稳定性，本文为了研究如何防止泡沫轻质混凝土在施工时出现分层、离析等现象，研究浇筑密度及纤维掺量对稳定性能影响。3.1浇筑密度对稳定度影响本文对统一高度、不同密度的泡沫轻质混凝土式样进行一次搅拌、浇筑，模具为30cm的圆形 塑 料 管，试 件 浇 筑 密 度 分 别 为600kg/m3、800kg/m3、100kg/m3测定其沉降距，试验结果见表7所示。表7不同浇筑密度试验结果图2浇筑密度对浆体流值影响试验曲线图纤维掺量（%）流值（mm）平均值实测1实测2实测30323.4325.1324.8324.40.2311.5309.3311.7310.80.4288.5289.1288.7288.80.6271.7273.3271.9272.3图3纤维掺量对流值影响试验曲线图钻孔密度（kg/m3）沉降距（mm）上中下261.2287.3307.521.7487.1507.3537.19.5617.3653.7937.212.8浇筑密度（kg/m3）6008001000填筑高度（m）11123辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报2022年Study on the Properties of Foam Lightweight Concrete SubgradeMaterials for High Speed RailwayLi SuningAbstractIn order to study the properties of foam lightweight concrete subgrade materials for high-speedrailway,the physical properties of foam lightweight subgrade materials were studied based on Lunan high-speed railway project.Through the flow value test of water binder ratio,pouring density,and fiber content,the test results show that the flow value of foam lightweight concrete gradually increases with the increaseof water binder ratio,its flow value increases with the increase of pouring density,and its flow value grad-ually decreases with the increase of fiber content.According to the settlement distance test of pouring den-sity and fiber content,the pouring density can be 800kg/m3during construction.Keywordshigh-speed railway,foam lightweight concrete,fiber content,subgrade由表7可知，当浇筑密度为600kg/m3时，钻孔 上 中 下 密 度 分 别 为261.2kg/m3、287.3kg/m3、307.5kg/m3，沉降距为21.7mm；当浇筑密度为800kg/m3时，钻孔上中下密度分别为487.1kg/m3、507.3kg/m3、537.1kg/m3，沉降距为9.5mm；当浇筑密度为1000kg/m3时，钻孔上中下密度分别为617.3kg/m3、653.7kg/m3、937.2kg/m3，沉降距为12.8mm。由此可以得出随着浇筑密度增加，泡沫轻质混凝土沉降距先增加后降低，说明浇筑密度不应过大或过小，否则会引起较大的沉降差距，故在施工时，建议浇筑密度为800kg/m3。3.2纤维掺量对稳定度影响本文为研究不同掺量纤维对泡沫轻质混凝土稳定度影响，在保证水胶比为0.5、浇筑密度为800kg/m3、浇筑密度为1m、纤维长度为6mm情况下，试件纤维掺量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，并对试件进行沉降实验，其实验结果见表8所示。表8不同纤维掺量的泡沫轻质混凝土钻孔密度与沉降结果由表6可知，当纤维掺量为0.1%时，沉降距为0.3mm；当纤维掺量为0.2%时，沉降距为0.4mm；当纤维掺量为0.3%时，沉降距为0.3mm；当纤维掺量为0.4%时，沉降距为0.5mm；当纤维掺量为0.5%时，沉降距为0.4mm；由此可知，随着纤维掺量增加，试件沉降距为减小趋势，可显著减少泡沫轻质混凝土沉降距，提高其稳定性。4结语随着国家经济快速发展，“交通强国”战略的实施，绿色、快速已成为我国交通建设的发展趋势。本文从路基新材料进行研究，以泡沫轻质混凝土为新材料，研究其物理性质，从流值及稳定度研究，为我国高速铁路建设提供建议指导。泡沫轻质沥青混凝土作为一种新型路基结构，尚处于初步阶段，后续研究者可在本文基础上，研究其在冻土地区及一些特殊地区的使用。参考文献1 赵文辉.高速铁路泡沫轻质混凝土路基结构性能及施工技术研究 D.成都：西南交通大学，2018.2 小达瓦.基于拉林铁路路基冻害防治的路基施工质量控制研究 D.西安：长安大学，2017.3 陈卫雄，郭继林，李林，等.多年冻土区铁路路基沉降现场监测研究 J.路基工程，2022（05）：54-58.4 李裴.季节性冻土区重载铁路路基冻胀监测及振动响应规律研究 D.石家庄：石家庄铁道大学，2021.纤维掺量（%）钻孔密度（kg/m3）沉降距（mm）上中下0.1493.1505.1516.70.30.2493.6504.6518.20.40.5474.9512.7534.10.40.3491.7504.8521.70.30.4482.3500.4524.30.524