第 1 章 绪论
1.1 研究背景
“路基三背”指桥台台背、涵洞两侧和挡土墙背面等路基的特殊部位。在“三背”回填施工期间，这些部位与结构物距离非常近，施工现场空间狭窄，人工压实处理不到位及重型机械根本无法施工。这种情况导致路基回填材料的压实度不够，从而影响路基的强度和稳定性，工后产生较大的变形与沉降，给工程质量留下很大的隐患，造成路面质量差、使用性能和年限远远达不到预期。我国高等公路上常见的“桥头跳车“等病害就是因为路基三背回填质量不过关而导致的，桥体构造物和路堤衔接处沉降差较大，车辆行驶到该处时发生颠簸跳跃。我国《公路养护技术规范》（JTG H10-2009）中规定，水泥混凝土路面错台的高度超过 12 毫米，就可以认定为严重损坏现象[1]。过大的差异沉降会带来路面结构性的破坏，难以治理与修复，严重影响到来往车辆道路使用的安全舒适性。
我国高速公路兴建于 20 世纪末，受到当时社会条件、经济环境等制约，多数高速公路的设计已经无法满足现如今与日俱增的交通量需要，越来越多的道路加入拓宽改造的行列。在旧路改扩建工程中，加宽后的路基由新、旧路基两部分组成，原有路基经过长年使用，变形早已趋于稳定状态，而新路基的固结沉降才刚刚开始，因而新旧路基的之间存在着差异沉降问题，尤其是在软土地区、桥台位置处，往往需要更多的考虑新建路基的地基沉降和路堤本身的压缩变形，以避免较大的沉降差影响行车安全。
除以上常见的路基加宽、“三背回填”工程以外，我国建筑物拆迁后的基坑回填、隧道拱顶，市政工程中的管道沟槽及竖井等等地方，均存在着传统填料自重大破坏结构物及地基沉降、作业空间狭小难以满足材料压实度而自身收缩变形大等问题。面对此类问题带来了一系列路面破损情况，车辆行驶的安全舒适性无法得到保证，道路运营过程中养护工程量过大等影响，更好的对特殊路基进行处理，提高现有公路的路基质量变得尤为重要。
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1.2 国内外新型轻质回填材料的研究现状
1.2.1 国内外泡沫混凝土的研究现状与应用
早在十八世纪末，瑞典国家就对泡沫混凝土进行了基础研究，并将泡沫混凝土应用于房屋的隔音保温以及隔热领域。1923 年，欧洲国家将预制泡沫加入到水泥砂浆中制备成泡沫混凝土，也就是现如今的加气混凝土[3]。
我国泡沫混凝土起步较晚，于 1952 年开始对泡沫混凝土的试验研究并成立试验中心，随后，中国的泡沫混凝土进入了快速发展时期。在我国，泡沫混凝土最初被用做屋面的保温材料，1990 年代初期，开始用于建筑工程回填和岩土工程中的回填，从此以后泡沫混凝土获得了人们的青睐，应用量随之增大，前景广阔[4]。
国内外对泡沫混凝土性能的研究已经有了一定的进展，泡沫混凝土、泡沫轻质土被广泛应用于各类特殊地基处理中。近些年来，泡沫混凝土、泡沫轻质土在我国道路工程领域的应用也是越来越多。泡沫轻质土具有自重小，流动度大，易施工易固化等特点，可以较大限度的解决路基沉降的问题，是道路工程人员选择较多的应用对象。
日本是最早使用气泡轻质土材料在道路工程中的国家，而我国是在 2002 年，首次将气泡混凝土运用在工程中的。Watabe 等人在京东机场采用气泡混合轻质土技术填筑一条辅道，对工后沉降进行观测，减小沉降效果显著并取得了良好的社会经济效益[5]。Xian Ming Liu 和 Li Ya Wang 等人研发了一种名为“LC 发泡剂”的高效复合发泡剂，通过试验证明泡沫可在混凝土中均匀分布，并具有良好的膨胀性和稳定性[6]。Xin Gang Yu 和 Yan Na Gao 等人研究了发泡剂泡沫的用量及稀释程度对泡沫混凝土的流动性、抗压强度和收缩率的影响[7]。Kim T 等人通过室内试验研究了泡沫轻质土的配合比、强度特点等，并将其运用在韩国一处路面拓宽改建工程中，检测工后不均匀沉降 45mm，远小于规范允许沉降值[8]。Ting Song Yang 等人采用 SEM 和抗压强度试验研究分析了泡沫混凝土的影响因素，试验结果表明，当水灰比等于 0.4 时，流动性最佳[9]。国内何贤军将气泡混合轻质土用在北京奥林匹克公园地下通道上，容重轻做为填土其减荷效果较好，在浸水条件下也能满足设计使用要求[10]。张俭在新建城市道路下穿高铁时，在下穿高铁的“U 形槽”中回填气泡轻质土，其自重小，流动性强便于施工，大大降低了对基地的压力[11]。康明铨等人将泡沫轻质土应用于江西省道路拓宽工程中，研究适合当地环境的配合比设计及施工方式，总结出泡沫混凝土在道路拓宽运用中的优点[12]。李良均在油气输送管道工程施工中采用泡沫混凝土回填，证明该材料具有良好的耐酸碱腐蚀性且不会导致 PE 防腐层的破坏，物理力学等性能满足要求，为以后类似工程提供借鉴[13]。
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第 2 章 新拌液态粉煤灰流动度试验研究
2.1 原材料选择及性能分析
在道路工程施工中，路基加宽和“三背回填”这些特殊位置的工程质量往往是决定工程整体质量的关键，为减少路基引起的病害，增强道路使用寿命，就必须对回填使用的轻质材料的质量、密实度、强度等有严格的要求。而想要得到适合实际工程使用的新拌液态粉煤灰填料，原材料的选择尤为重要。新拌液态粉煤灰是由粉煤灰、水泥、石灰和水组成。在混合料中主要成分是粉煤灰，粉煤灰等级和化学成分对混合料性能起到至关重要的作用；水泥和石灰，作为胶凝材料，为混合料提供凝聚力并激发混合料的强度；水，为混合料提供液态环境，利于混合料的拌和、运输、施工和内部强度的形成。为研究路用性能优良的回填材料，需采用质量较好的原材料，这就意味着试验前需要对该混合料中的每种原材料进行详细的了解。
2.1.1 粉煤灰
本文中试验所用的粉煤灰为长春某电厂排放的Ⅲ级粉煤灰，参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中的相关方法对粉煤灰中与本文研究相关的化学成分与性能指标进行测定，通过试验检测这种粉煤灰与本文研究相关的化学成分与性能指标，例如粉煤灰的密度、烧失量、含水量等及其主要化学成分。由于本文所研究的液态混合料是一种具有流动性的轻质材料，粉煤灰用量占该流态混合料比例一般为 75%以上，用量相对较多，深入研究其基本性能和化学成分，才能为制备具有较好路用性能的材料提供依据。
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2.2 新拌液态粉煤灰流动度指标研究
液态是液态粉煤灰区别于传统粉煤灰填料的重要条件，而流动度是液态混合料和易性的唯一量度。流动度的大小直接影响施工情况和工后材料的路用性能，为便于各掺和物的反应以及液态粉煤灰的施工（搅拌、运输、养护等），选择适合实际工程运用的混合料流动度是尤为重要的。本文采用稠度作为代表新拌液态粉煤灰流动度的指标。
2.2.1 确定试验方法及稠度值
流动度指标的确定首先需要选择合适试验方法，选择水泥浆体流动度测定方法（倒锥法）和建筑砂浆基本性能稠度试验方法，这两种方法分别采用 STSC-1 水泥浆稠度仪（见图 2-1 中 a 所示）和 SC-145 砂浆稠度仪（见图 2-1 中 b 所示）来测定混合料的流动性。通过试验操作及结果显示，水泥浆稠度仪用料过多，又由于该混合料粘附性较强，泌水情况严重，不能明确的区分该混合料的流动性情况，而砂浆稠度仪操作简单，用料较少，区分稠度值较为明显，并且便于携带可在工地上实施检测。通过试验比较，决定采用 SC-145 砂浆稠度仪测定该流态混合料的流动度。
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第 3 章 新拌液态粉煤灰强度试验研究 ................................19
3.1 新拌液态粉煤灰强度形成机理 ...............................19
3.2 新拌液态粉煤灰抗压强度试验 .............................20
第 4 章 粗糙集理论评价新拌液态粉煤灰稠度与强度的影响因素 .........................34
4.1 粗糙集理论发展与应用 .........................................34
4.1.1 粗糙集理论的发展 ...........................................34
4.1.2 粗糙集理论的运用 ......................................35
第 5 章 新拌液态粉煤灰其它性能试验研究 ...............................45
5.1 配合比确定 ..............................45
5.2 密度测试 .................................46
第 5 章 新拌液态粉煤灰其它性能试验研究
5.1 配合比确定
在规范基础上确定新拌液态粉煤灰的初步配合比，通过对其进行稠度试验并对结果进行分析，可以得知稠度在 12cm 左右的新拌液态粉煤灰流动度最佳，用水量对稠度的影响最为明显，水泥用量、石灰用量和粉煤灰用量次之。再利用粗糙集理论进一步对影响稠度的各因素客观分析之后，得到各因素影响稠度程度大小排序为：用水量＞水泥用量＞石灰用量，粉煤灰用量对稠度的影响并不重要。确定各因素对稠度的影响情况后，我们可以确定，在确保新拌液态粉煤灰具备更加符合施工状态的流动度，确定用水量为最直接、最有效的措施，因此，在试验的基础上，最终取 62%为最佳用水量。
通过对新拌液态粉煤灰的初步配合比进行强度试验，按照路基回填材料强度要求为 7d≥0.3MPa，28d≥0.6MPa，水泥石灰稳定材料配合比要求规定水泥用量需要大于 4%，粗糙集理论分析结果表示对新拌液态粉煤灰 7d 和 28d 的强度影响情况大小排序中，水泥用量影响程度均大于石灰用量的影响程度，所以使用大量石灰去增加强度是不经济的。那么接下来，我们对初步设计的配合比进行删减，得到剩下的配合比进行其他性能试验研究.
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第 6 章 结论与展望
6.1 结论
本文采用消石灰对液态粉煤灰掺合料进行改进，重新设计新拌液态粉煤灰的配合比，通过系统的室内试验研究和数据对比分析，得到以下结论：
（1）结合液态粉煤灰的室内试验研究结果、实际工程运用情况以及二灰土和水泥石灰稳定材料的相关规范中所规定的水泥石灰用量范围，确定新拌液态粉煤灰中的水泥和石灰总用量不大于混合料总质量的 20%最为合理。
（2）新拌液态粉煤灰中用水量为 62%时，混合料稠度值在 12cm 左右，稠度均匀，流动性良好，符合施工要求；新拌液态混合物稠度随用水量、水泥用量和石灰用量的增加，混合料的流动度越大。
（3）新拌液态粉煤灰的立方体抗压强度随水泥用量的增加而增大；7d 时，强度随石灰用量的增加呈先增大后较小的趋势；28d 时，强度随石灰用量的增加先增大后趋于稳定状态；立方体试件波速的变化规律和强度与各掺合料之间的变化规律相似，即强度与波速具有良好的相关性；强度与波速之间，立方体试件与圆柱体试件之间的换算关系，可用所拟合的方程式进行换算，减少不必要的试验损失，
为以后新拌液态粉煤灰路基强度研究提供参考。
（4）通过粗糙集理论分析对新拌液态粉煤灰稠度与强度的影响因素进行评价，验证得到对稠度影响因素的权重大小排序为：用水量＞水泥用量＞石灰用量，对混合料 7d 强度影响因素权重大小排序为：水泥用量＞石灰用量，对混合料 28d强度影响因素权重大小排序为：水泥用量＞石灰用量＞粉煤灰用量，其中粉煤灰用量对混合料稠度和试件 7d 强度的影响为不重要因素，被系统所约简。该结果证明使用大量石灰增加混合料稠度与强度是不经济的，混合料配合比中应该选择水泥用量比石灰用量多的，这对以后新拌液态粉煤灰的应用研究具有重要意义。
参考文献(略)