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流态固化土的配合比(上)

时间:2025年06月04日信息来源:@流态固化土应用 点击:

  在建筑工程中,流态固化土凭借其高流动性和自密实性,正逐渐成为基坑回填、管沟充填等场景的首选材料。流态固化土的制备需适应多样化的工程场景和复杂来源的土料,为了达成工程应用所需求的产品性能,设计流态固化土配合比就变得很重要了。

  流态固化土的性能基本上直接取决于配合比。一个优化的配比,不仅能保证流态固化土的施工性能,还能提升最终固化体的强度和耐久性。接下来的几篇文章,将系统解析流态固化土配合比的设计流程、关键参数和工程优化技巧,助你从“经验配比”升级为“科学配比”,轻松应对复杂施工需求!

  一、配合比设计的第一步——确定需求

  在开始配合比设计前,明确流态固化土用途以及需求是非常重要的,因为不同的工程用途中,对流态固化土产品性能的需求往往是相差巨大,有时甚至是完全相反。明确用途以及需求产品性能,对于节约工程造价、达成工程目标是必不可少的。

  例如,用于填充城市管沟施工的流态固化土,往往需要的是高流动性和较低的强度,以保证施工时能够填充管材与管沟之间形状不规则的空隙以保护管线,同时又便于日后开挖进行维修。而用于盾构隧道下部二次衬砌填充的流态固化土,一方面因为需要长距离泵送而需要高流动性,同时又要具备较高强度以承受列车行驶的荷载。

流态固化土的配合比(上)

流态固化土的配合比(上)

不同的工程需求需要不同的性能设定

  为了满足这些要求,就需要在一开始就确定产品的用途,并列出达成施工目的所需要的性能指标。例如,流态固化土需填充的空间形状是否复杂;施工时采用直接溜槽浇筑还是长距离泵送;是否需要承受荷载;是否需要流态固化土在施工后快速到达设计强度等。根据以上的需求,来设定流态固化土需要的流动性、强度、强度发展龄期等指标。这样才能开始在实验室试验中确定所需的配合比。

  二、如何设定性能指标

  在确定了流态固化土产品的用途之后,就能够针对工程需要来设定性能指标了。目前国内针对流态固化土的相关规范尚未完善,相关规范文件中提出的指标要求可能不适合具体项目中的要求,这时就需要依靠工程技术人员根据项目条件来确定性能指标。

  工程中,针对流态固化土材料,在设计配合比前主要需要设定的性能主要有强度、流动性,以及泌水率和固化土湿密度。以下将会介绍设定各指标时的注意事项。

  1、强度

  一般地,流态固化土的强度通常以28天龄期时的单轴抗压强度为标准,强度主要受到固化剂掺量和土料颗粒组成的影响。基于目前流态固化土的主要用途是充填,针对流态固化土在回填工程领域进行强度控制的要点和传统土方回填是一致的,主要需要符合以下几个要求:

  1)流态固化土在自重或负载下不能发生破坏或压缩下沉,也就是流态固化土强度必须能承受自身自重。在回填方量较大、回填体高度大的场合,如路堑边坡超挖回填、台背回填等,应该根据回填体密度、高度和流态固化土无侧限抗压强度进行验算。例如,将密度为16 kN/m³的流态固化土回填至10m高度时,由于固化土是一块整体,下部固化土可视为水平方向受围压,此时最大约有160 kPa的竖向土压力作用于下部固化土,此时,偏应力Δσ(Δσ=σ1-σ3)通常取竖向土压的50%计算,将该值与单轴抗压强度作比较,若偏应力小于单轴抗压强度,则认为该固化土浇筑体不会发生破坏和压缩。为保安全,固化土强度应留有一定的冗余。

流态固化土的配合比(上)

偏应力Δσ的说明图

  2)满足作为路基的强度要求。用于路基的固化土,应确保强度与周围土体相互配合,不显著高于或低于周围土体强度。同时,也应满足《公路路基设计规范》中对路基材料最小承载比CBR值的相关要求。

流态固化土的配合比(上)

工程人员正在测量路基材料的CBR值,路基材料与周围土体的强度配合相当重要

  3)需开挖维修的场景。低强度流态固化土应用于回填的一个重要应用就是用于需要可能需要重复开挖维修的场景,如管沟回填等。一般固化土单轴抗压强度在0.5~1 MPa之间时易于用小型挖掘机开挖,中国工程建设标准化协会标准《自密实固化土填筑技术规程》中建议机械开挖的填筑体强度不应高于2 MPa,人工开挖则不应超过0.7MPa。

  4)一些常见场景的推荐强度。以下表格援引《自密实固化土填筑技术规程》中的规定,作为读者的参考。(单位为MPa)

流态固化土的配合比(上)

引用自《自密实固化土填筑技术规程》,表中的强度单位为MPa

  2、流动性设定

  目前,流态固化土的流动性一般采用流动度指标进行评价,评价方法可参考《自密实固化土填筑技术规程》附录B或《普通混凝土拌合物性能试验标准》的规定,本文暂按前者进行说明。一般来说,流动度与泵送性和施工性直接相关,一般采泵送方式施工时流动度应在160 mm~200 mm范围内,非泵送方式时可放宽至100 mm。同时,高流动度对于狭窄、复杂的空间实现充分填充很有必要,在回填地下坑道、废弃防空洞等情况时,若需要对残留未回填的部分空隙进行最终填充,可使用扩展度300 mm以上的固化土进行泵送回填,能取得较好的效果。流动度一般可以通过调节水灰比、添加减水剂等手段调节。

  同时,由于流态固化土的流动性会随着时间推移发生经时损失,可参考《普通混凝土拌合物性能试验标准》的规定进行流动度经时损失试验,并综合考虑输送时间、泵送距离和压力等进行流动性设定。

流态固化土的配合比(上)

流态固化土的配合比(上)

流态固化土的配合比(上)

流动性不仅对可施工性有影响,也决定了狭窄空间充填的施工效果

  3、泌水性

  就如我们上一篇公众号文章所述,泌水率是衡量流态固化土浆液是否发生离析的指标。根据试验资料,当泌水率控制在1%以下时,就能够避免泥浆中的颗粒发生沉降,为了运送和浇筑过程不发生离析,有必要控制泌水率。

  4、湿密度

  一般土工作业的标准思路,是通过充分压实土体,减小土颗粒间隙使土体致密,使土颗粒达成物理上的稳定状态,从而获得累计沉降量较小的稳定土工结构。流态固化土是通过物理搅拌以及固化剂发生的化学作用,在土颗粒间形成稳定的胶结连接,避免土颗粒相互运动而进一步压缩。虽然化学胶结连接使固化土确保了结构性能,但为了填筑体长久的耐久性,保持一定的密度能确保填筑体长久承受荷载而不被破坏的性能,也能提高固化土填筑体受剪切破坏使表现出高于固化强度的抗剪切能力。一般地,可以通过调整原料土中砂等较粗颗粒的含量来调整密度。当用于一些重要结构物的回填需确保自身强度和长期稳定性,可采用湿密度≥1.6 g/cm3的流态固化土。

  而部分回填体无需承受过大的荷载,但需尽可能降低自重以避免给其他结构带来过大荷载。此时应尽可能降低密度,可通过添加引气剂、表面活性剂或轻骨料等手段降低固化土密度。在一些车站上盖回填、地下室上盖回填、高大路堤路堑边坡的场合,如无需考虑自重抗浮的情况下,可采用密度1.0 g/cm3左右的轻质流态固化土以降低自重。

流态固化土的配合比(上)

应用低密度流态固化土填筑的例子:山区边坡修筑轻质路堤

(作者:admin 编辑:admin)
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