黄河细砂对泡沫轻质土性能的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0878

摘要/Abstract

摘要：

黄河中下游流域存在丰富的黄河细砂资源，将其作为细骨料配制泡沫轻质土，可在一定程度上缓解河道淤积问题。本文通过流动度、湿密度、抗压强度、收缩性能、吸水率、X射线衍射分析和扫描电子显微镜等性能测试，系统研究了不同掺量的黄河细砂对泡沫轻质土宏观性能、水化产物和微观结构的影响。结果表明：20%（质量分数）掺量的黄河细砂可以起到微集料效应，提高泡沫轻质土的力学性能并降低吸水率；当黄河细砂掺量继续增加时，大量矿物掺合料被替代导致火山灰反应减弱，C-S-H凝胶等水化产物减少，同时孔隙数量增多、孔径细化，微观结构逐渐趋于疏松，导致泡沫轻质土性能变差；此外，黄河细砂可发挥骨架抑制作用，泡沫轻质土自收缩率随着黄河细砂掺量增加而逐渐减小。

关键词: 黄河细砂, 泡沫轻质土, 自收缩率, 微集料效应, 宏观性能, 微观结构

Abstract:

The middle and lower reaches of the Yellow River basin possess abundant Yellow River fine sand resources.Using it as fine aggregate to prepare foamed lightweight soil can alleviate the problem of river channel siltation to a certain extent. This paper systematically studied the effects of different content of Yellow River fine sand on the macroscopic properties， hydration products， and microstructure of foamed lightweight soil through performance tests including fluidity， wet density， compressive strength， shrinkage performance， water absorption rate， X-ray diffraction analysis， and scanning electron microscopy. The results show that 20% （mass fraction） content of Yellow River fine sand can exert a micro-aggregate effect， improving the mechanical properties of foamed lightweight soil and reducing water absorption rate. When the content of Yellow River fine sand continues to increase， a large content of mineral admixtures are replaced， leading to a weakened pozzolanic reaction， a decrease in hydration products such as C-S-H gel， the number of pores increases and pore sizes refine. The microstructure gradually tends to become loose， and the performance of foamed lightweight soil deteriorates. In addition， Yellow River fine sand can act as a skeleton inhibition role， and the self-shrinkage rate of foamed lightweight soil gradually decreases with the increase of Yellow River fine sand content.

Key words: Yellow River fine sand, foamed lightweight soil, self shrinkage rate, micro-aggregate effect, macroscopic property, microstructure

中图分类号:

U414

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图/表 10

表1 粉体材料的化学组成

Table 1 Chemical composition of powder materials

Material	Mass fraction/%
Material	CaO	Al₂O₃	SiO₂	Na₂O	MgO	Fe₂O₃	K₂O	Other
Cement	58.52	6.72	21.82	0.20	3.63	3.29	0.90	4.92
Fly ash	3.96	35.82	49.63	0.46	0.86	5.37	2.32	1.58
Slag	42.83	17.63	26.96	0.63	5.26	1.96	0.80	3.93
Yellow River fine sand	11.27	11.58	63.18	1.73	1.60	4.97	2.34	3.33

图1 黄河细砂的粒径分布图和XRD谱

Fig.1 Particle size distribution chart and XRD pattern of Yellow River fine sand

表2 不同黄河细砂掺量的泡沫轻质土配合比

Table 2 Mix proportion of foamed lightweight soil with different content of Yellow River fine sand

Sample	Mass/kg						Designvolume/L	Design density/（kg·m^-3）
Sample	Cement	Fly ash	Slag	Yellow Riverfine sand	Water	Foam	Designvolume/L	Design density/（kg·m^-3）
Blank	200	400	400	0	400	9	1.00	1 407.09
H1	200	320	320	160	400	9	1.00	1 402.97
H2	200	240	240	320	400	9	1.00	1 398.88
H3	200	160	160	480	400	9	1.00	1 394.81
H4	200	80	80	640	400	9	1.00	1 390.77

图2 制备流程图

Fig.2 Preparation flowchart

图3 黄河细砂掺量对泡沫轻质土工作性能的影响

Fig.3 Influence of Yellow River fine sand content on working performance of foamed lightweight soil

图4 泡沫轻质土在不同龄期下的抗压强度

Fig.4 Compressive strength of foamed lightweight soil at different ages

图5 泡沫轻质土水化28 d的XRD谱

Fig.5 XRD patterns of 28 d hydration of foamed lightweight soil

图6 不同黄河细砂掺量下泡沫轻质土的自收缩率

Fig.6 Self shrinkage rate of foamed lightweight soil with different content of Yellow River fine sand

图7 不同黄河细砂掺量下泡沫轻质土的吸水率

Fig.7 Water absorption rate of foamed lightweight soil with different content of Yellow River fine sand

图8 水化28 d时泡沫轻质土的SEM照片

Fig.8 SEM images of foamed lightweight soil at 28 d hydration

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