砂质土壤的EPS颗粒混合轻质土动弹性能研究★

张 存 袁庆娟

(西藏农牧学院，西藏 林芝 860000)



砂质土壤的EPS颗粒混合轻质土动弹性能研究★

张 存 袁庆娟*

(西藏农牧学院，西藏 林芝 860000)

综合考虑了砂土与EPS颗粒混合后的影响因素，利用质量法设计了混合轻质土(LCES)的配比计算公式，探讨了水泥、EPS、水和砂土的比例关系，提出了最优配合比方案，并通过动弹实验研究，得出了混合轻质土(LCES)随水泥和EPS含量不同的σd—εd变化规律。

砂土，EPS颗粒，配合比，动弹性能

0 引言

西藏公路建设中主要面临的问题为沉降不均匀、冻土和高边坡滑坡，其中沉降不均匀影响的因素很大，主要因素为土石方挖方和填方的量大，影响地基产生不均匀沉降从而产生裂缝，传统施工方法采用就近土石方回填，由于密度大和碾压不密实影响公路的使用寿命。砂土EPS 颗粒混合轻质土是一种密度小、强度高的改性土[1-3]，砂土 EPS颗粒混合轻质土是采用压实方法进行施工的[4]，研究选取西藏工布江达县境内的土样进行试验，利用击实来模拟施工现场的压实度。

1 试验过程

将土样用土筛进行颗粒分析试验，对大于0.075 mm的土采用筛析法，对小于0.075 mm的土采用密度计法，利用环刀法求得土密度为1.53 g/cm3。 本次试验采用粒径为1 mm～4 mm的EPS发泡球粒。胶凝材料采用28 d ISO胶沙抗压强度值为35.1 MPa，抗折强度为6.2 MPa的西藏拉萨生产的高争牌P.C32.5R复合硅酸盐水泥，实验室水为尼洋河河水，平均水温5.5 ℃，空气湿度70%(试验时间段为4月～10月)。

2 方案选取

为了保证LCES的强度和骨料之间的润滑作用，在实验用水量方面不能只考虑砂土的最优含水率，而要实验设计中综合考虑水泥、砂土和EPS颗粒的综合最优含水量。试验设计采用两次加水方法，第一次用水量考虑砂土的最优含水率，第二次用水量考虑水泥水化的需水量。实验方案选取的水泥和EPS颗粒的重量均按照砂土重量的百分比进行取量，采用2因素3方案的均匀试验设计方法进行配比设计；将土样随机取点拌匀后自然风干，将土样用木碾碾碎之后过2 mm筛后密封保存备用。制备土样：取一定的细土备用，则其加水质量计算公式为：

mw=ms·w

(1)

式中：mw——水的质量，g；ms——干土的质量,g；w——含水率,%。

将干土用雾化器喷洒计算的水并拌匀，装入塑料袋扎紧放置24 h后备用。用轻型击实的方法测得土干密度ρd=1.5 g/cm3。测定EPS颗粒的密度方法为：1)实验仪器：500 mL玻璃容量瓶，质量记为m1(g)；2)试验方法：将一定质量的EPS颗粒倒入容量瓶内，质量记为m2(g)；往容量瓶内注水并来回上下颠倒排除气泡，倒转瓶口排出多余的水，最后擦干容器周围的水并称出玻璃容量瓶和润湿的EPS颗粒的总质量，记为m3(g)。EPS颗粒密度计算公式如下：

(2)

利用以上方法可以测出其他试样的密度，取平均值后可得。LCES试样的配比以风干土质量为标准，实验使用的土样采用自然风干，以保证在整个实验中的风干土数据的唯一不变。试验用土为软砂土，其主要特点为高含水量和高流动性，水泥含量百分比参照公路工程中水稳垫层的做法，其质量百分比含量控制在20%以内，但是为了保证水泥的水化和凝固作用，水泥含量百分比也不宜小于5%。为了保证工程中试件的强度不发生大的改变而EPS颗粒也能被充分利用，EPS颗粒的质量百分比取3%～5%。水在制样时候的作用主要有：

1)使各种材料拌合均匀并具有充分的和易性；2)完成与水泥的水化作用，使水泥具有凝固作用；3)由于西藏水温均在10 ℃以下，而水泥在水化过程中散发得热量保证了LCES强度的提升。LCES的含水率在制样时都取60%。在试验中试样的养护龄期和公路试验的水稳垫层养护天数一致，取14d的标准养护(温度(20±2)℃，相对湿度95%以上)。

试验配比方案见表1。

表1 试验配比方案 %

试验采用两分法进行编号，即LXY的编号方法：如L12即水泥含量α=5%，EPS颗粒含量β=3%的试样；L23即水泥含量α=10%，EPS颗粒含量β=4%的试样。为了使LCES和砂土的干密度在试验中成为唯一不变的量，按照砂土干密度试验控制的方法进行制样。砂土的体积计算公式为：

V土=总体积-(V水泥+VEPS)

(3)

式中：V土——土试样的体积，cm3； V水泥——水泥的体积，cm3； VEPS——EPS颗粒的体积，cm3。

干密度的计算方法如下：假定试件总质量为M，可以分别计算得到土的质量M土、水泥的质量M水泥、EPS颗粒的质量MEPS，根据ρ水泥和ρEPS换算可得V水泥和VEPS，最终得到干密度计算公式：

ρd=M土/V土

(4)

式中：ρd——土试样的干密度，g/cm3； M土——土试样的质量，g； V土——土试样的体积，cm3。

以其中一组试件(L21)的配比和密度计算方法为代表，说明本实验的配比计算方法。设LCES试样总质量为M，则m土=1/1.77M=0.565M，m水泥=0.085M，mEPS=0.011 3M，又已知ρ水泥=1.74g/cm3和ρEPS=0.021g/cm3，换算V水泥=0.049M，VEPS=0.491M。已知模具容积420cm3，由此可推算:

(5)

式中：ρd——土试样的干密度，g/cm3； M土——试样的总质量。则M=445g。

3 结果与分析

在公路工程中，路基在动荷载作用下包括两种变形：即弹性变形和塑性变形。在应变很小的情况下，土体将显示出近似弹性体的特征。而应变增大的情况下，动荷载引起土体结构改变，将引起土体残余变形和强度损失。根据公路工程的压力实际情况，本次试验对不同压力、不同EPS含量和不同水泥含量的三种情况进行了动应力应变分析，其结果分别见图1～图3。

4 讨论

本次试验设计了30kPa,60kPa和90kPa三种不同的围压，当EPS含量为2%,3%和4%时，压应力随水泥含量增加而增加，各项组合离散性均较大，水泥含量对以上三项组合影响均较大。当水泥含量为5%时，压应力随水泥含量增加而增加，EPS颗粒围压含量百分比对围压影响较大。当水泥含量为10%时，围压应力随水泥含量增加而增加，EPS颗粒围压含量百分比对围压影响较小。当水泥含量为15%时，压应力随水泥含量增加而增加，EPS颗粒围压含量百分比对围压影响较大。

5 结语

通过分析可得到以下结论：

1)孔隙率随着LCES试样围压的增大而减小，强度随着围压的增大而增大；

2)围压和EPS颗粒含量保持不变的情况下，LCES试样围压随水泥含量的增加而变大；

3)在围压不变的前提下，LCES随着EPS含量的增大而逐渐增大；

4)可得出在水泥含量为10%的情况下，LCES试样随围压的增大轻度逐渐增大且分区明显。

当水泥的掺量超过10%时，则动强度就超过砂土，动强度随着EPS颗粒含量的增大而减小。

[1] 姬凤玲.淤泥泡沫塑料颗粒轻质混合土的力学特性研究[D].南京:河海大学,2005.

[2]TSUCHIDATakashi,PORBAHAAli,YAMANENobuyuki.Developmentofageomaterialfromdredgedbaymud[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering,2001(2):152-160.

[3]MIHIHiroshi.Costreductioneffectduetolightweightembankment[A].ProceedingoftheInternationalWorkshoponLightweightGeo-Materials(IW-LGM2002)[C].Tokyo,2002:1-16.

[4] 李明东,朱 伟,马殿光,等.EPS颗粒混合轻质土的施工技术及其应用实例[J].岩土工程学报,2006,28(4)：533-536.

RollingperformancestudybasedonEPSbeads-mixedlightweightsoilofsandysoil★

ZhangCunYuanQingjuan*

(XizangAgricultureandAnimalHusbandryCollege,Nyingchi860000,China)

Through the proportion influence factor analysis about the sandy soil in Tibet and EPS granule mixture ratio, used mass standard to design the proportion’s calculation formula of EPS beads soil(LCES), obtain the proportional relations about cement, EPS and water and sandy soil, advanced optimum proportion, and the rolling experiments, reach theσd—εdregularities of mix proportion’s changes.

sandy soil, EPS granule, mix proportion, rolling performance

1009-6825(2017)12-0053-02

2017-02-19★：西藏农牧学院青年基金项目资助

张 存(1979- )，男，讲师

袁庆娟(1982- )，女，硕士，讲师

TU411.8

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