泡沫輕質土施工技術在路基工程的應用

文/黃華、陳曉晶

1 發(fā)泡輕質材料性質

發(fā)泡輕質材料的主要優(yōu)勢就是內部結構中分布著細小、封閉、均勻的氣孔，數量非常大。還有一種多孔的材料，因為其性質非常的特殊，輕質、隔熱、耐火、隔音等效果非常好，所以人們投入很大的精力進行研究和應用。在發(fā)泡輕質材料制作中，因為不同的組成與配方，發(fā)泡方式與制作過程都會給內部結構孔隙產生影響，導致其材料性能發(fā)生變化。水泥基材料的空隙一般分為三種，分別是凝膠孔（Gel proes）、毛細管孔（Capillarypores）和大孔（Macropores），其中凝膠孔與毛細管孔是通過空氣引入到水泥漿組合形成的空隙，大孔是通過漿體壓實度不合格造成的，但是這些空隙的存在會使混凝土抗壓性能比較差。加入飛灰能夠讓混凝土結構內部顆粒分布更加均勻，發(fā)泡輕質混凝土內氣泡空隙分布的效果得以提升，飛灰粒徑越小，內部空隙分布越均勻，在氣泡表面形成與鍍膜相近的效果，避免氣泡相互合并重疊出現連通孔泡的問題，孔隙率會給混凝土收縮產生直接的影響，但是抗壓強度并未發(fā)生明顯變化。根據不同比例的飛灰含量加入卜特蘭水泥材料，同時加入達到要求的發(fā)泡輕質水泥，而增加飛灰的含量能夠有效減小混凝土內氣泡的孔徑，從而使壓強增加，但是并不會給早期強度產生任何的影響。

2 發(fā)泡機制

2.1 機械發(fā)泡

把空氣通過高速攪拌的方式加入水泥漿或者其他類型的混合物結構內，應用如下輸氣材料：發(fā)泡劑產生的泡沫、輸氣劑、預先拌合的穩(wěn)定含氣漿體等。

機械方式應用最為普遍的就是給內部添加發(fā)泡劑，發(fā)泡劑屬于界面活性劑（Surfactants）的一種，其主要特點就是表面活性較高，能夠使液體表面張力較小，水膜不容易破裂。在攪拌環(huán)節(jié)空氣也會進入到液體結構內部，膜表面雙電子層包圍空氣變?yōu)闅馀莸男问剑缓笸ㄟ^多個獨立氣泡形成泡沫。界面活性劑是結合水溶液的親水性原子團的特性，主要是有陽離子型、陰離子型、兩性離子型及非離子型等形式。發(fā)泡劑根據不同類型與成分做出區(qū)分，發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性也會有明顯不同。

發(fā)泡劑的發(fā)泡機制主要有預發(fā)泡、混合發(fā)泡等等。將要進行發(fā)泡處理的基底部分材料，比如水泥漿體等，和已經制作完成后且穩(wěn)定性較高的泡沫充分混合，就是預發(fā)泡方式；混合發(fā)泡就是通過應用界面活性劑和水泥漿體充分攪拌混合出現氣泡，保證混凝土結構內部存在比較多的蜂窩多孔隙結構系統。界面活性劑形成的泡沫結構穩(wěn)定性比較好，牢固的氣泡能夠有效抵抗外部所產生的包裹壓力。在初凝之后，泡沫就會在混凝土內部出現比較多的空隙骨架[1]。發(fā)泡穩(wěn)定性影響因素如下所示：

2．1．1 水泥漿液的粘稠度，會導致泡沫形成表面發(fā)生變化。

2．1．2 界面分離壓力，存在于吸附離子、非離子界面活性劑和聚合物的相鄰界面。

2．1．3 發(fā)泡劑濃度。

2.2 化學發(fā)泡

主要是受到外加劑的形式、類別等方面影響，或者和原來存在于水泥漿液內某種特定的化合物發(fā)生反應，然后產生氣泡空隙存在于水泥漿液結構內部。

化學發(fā)泡成型的核心就是發(fā)泡速率，該數據和漿液凝固的速度要達到一致性，從而保證發(fā)泡的效果符合要求。通過均勻布置到漿液內部的發(fā)泡劑與激發(fā)劑反應結合，氣體壓力會超過漿體自身所具備的極限剪切應力，導致氣源膨脹速度比較快，形成比較多的氣泡。此時，因為漿液稠度逐步增大，導致膨脹所需要克服的阻力相應變大，反應物經過時間推移其膨脹潛在動力減小。漿液凝固反應后，水泥漿的體積變化速度也會減慢[2]。

3 優(yōu)點分析

3.1 輕質性和強度可調性

就泡沫輕質土來說，因其是由水泥和凝膠材料等混合材料制成，土質中有很多閉合獨立的微小膠質氣泡，因此容重往往較小，針對路基荷載降低有著突出的功效，如此一來也就很好地防范了可能出現路基沉降的不良情況。另外，輕質土中各種成分也得到了顯著優(yōu)化，進而使其強度顯著增強，對于各種不同的路基施工來說有著突出表現。

3.2 施工的便利性

此類材料主要是采用攪拌站和管道運輸和供給，無需進行碾壓和振搗，整個作業(yè)進行極為便捷，即便在空間狹小且距離較遠的區(qū)域，也能達到較高的施工效率。一般情況下，澆筑的4h 左右即可完成固化，不會對擋土結構造成排斥。另外，在垂直條件下進行澆筑，所達到的效果更佳[3]。

3.3 耐久性和環(huán)保性

此類材料有著較強的抗油污能力，耐久性也比較顯著。與此同時，因其氣泡體積超過40%～70%，所以在導熱和保溫方面同樣有著顯著的表現。通過將其用于路基的施工，極大避免了高挖高填對區(qū)域環(huán)境造成的破壞。另外，垂直填筑的條件下也能很大程度墻節(jié)約土地資源，以起到區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護。

4 工程概況

本文所引述的工程案例是一處改擴建項目，其全長為18．8km。原先的路基寬度為26m，為雙向四車道的設計標準，設計速度為100km/h。經改建后，寬度增加到42m，速度提升到120km/h，車道擴寬到雙向八車道。就路基來看，雙側拼寬占到絕大部分，另外的是單側整體拼寬。該工程標段區(qū)域施工項目主要有：路基土石方、橋梁以及通道等相關施工內容，經設計優(yōu)化后，相應的泡沫輕質土工程量達到214830m3。

5 泡沫輕質土路基施工參數

在檢測系統數據統計以及與現實狀況充分協調的基礎上，確定所使用的泡沫輕質土應達到如下施工參數：試驗段澆筑的時間控制在15min，濕密度將其控制在615～679kg/m3以內較為適宜。對于水泥漿的制備，采用功率為60m3/h 的水泥漿制備站具體實施，而后應采用50m3/h 的設備將水泥漿與輕質土混合，進而在4個35m3/h 中繼站的作用下將泡沫輕質土輸送到施工區(qū)域。以下是其具體的配合比：其中水為376kg，混合水則達到256kg，氣泡群應處在62．1L，濕密度則應達到640kg/m3的標準，流值設定為189mm；通過專業(yè)性的預測，確定其28d 可達到的抗壓強度為1．3MPa，基本符合該路段的施工標準，具體數據如表1 和表2 所示[4]。

表1 濕密度與流值參數

表2 試驗路段施工配合比

6 泡沫輕質土路基施工技術

6.1 泡沫輕質土制備

對于此類施工來說，首先應由水泥漿制備站將所需的混合料按照既定的配合比制備出來，然后通過輸送泵量起輸送到中繼站。與此同時，要利用發(fā)泡劑和水制備泡沫群，因試驗區(qū)段為高填方縱坡抬高路段，切實提高了路基的整體穩(wěn)定性，起到降低施工厚度沉降的效果，泡沫輕質土的抗壓強度應做特殊規(guī)定，一般來看其28d 的抗壓強度應達到在1．2MPa 以上。另外，輕質土的流值和密度也應做出一定的調整，以使其符合既定的施工標準[4]。

6.2 側向擋板安裝

因工程所用輕質土的獨特性以及施工設計有關的要求限制，工程中所用到的側向擋板由厚度為4cm 的水泥預制板充當，其設計規(guī)格為90×30cm。施工時應按照分層分塊的方式進行，確保當天內完成當天設定的模板安裝量，具體的操作應與輕質土擴建路基區(qū)進行特定劃分，保持高度協調。模板的尺寸與臺階等有關標準保持協調，確保達到既定的施工效果。具體施工過程中加強模板的支護，以免因外力造成模板的傾斜[5]。當泡沫輕質土路基澆筑高度達到既定標準且固化時間超過24h 后，才可將側向擋板拆除。拆除時按照既定的順序有序進行，不可對輕質土造成破壞。

6.3 泡沫輕質土輸送

對于輕質土的泵送，如果采用直接泵或管道泵送的方式進行，相應的氣泡群的消解量往往較小。若是采用翻斗車和預拌混凝土車進行，則會產生較大的氣泡消解，進而會對輕質土的流動性等施工特性造成不良影響。本工程結合自身狀況選用泵送的方式進行，為了避免產生較大的氣泡損耗，管道的最大輸送距離控制在500m。如距離過長，則應采用中繼泵，以確保整個施工過程的穩(wěn)定高效。

6.4 輕質土澆筑

6．4．1 澆筑施工要求

由于輕質土中的氣泡易分散且呈現出獨立細微的特點，應避免在雨天施工，減少氣泡的消散量。輕質土填筑過程中因其自重的影響，往往會產生壓縮消泡和壓縮氣泡，鑒于此，應對其施工厚度予以嚴格控制，一般處在25～50cm 比較適宜。

6．4．2 輕質土澆筑施工要點

6．4．2．1 各個澆筑區(qū)域進行施工前，路線縱向施工距離應科學控制，一般將其控制在50m 即可。對基底進行精細的檢查，確保達到施工的現實需要。

6．4．2．2 對于同一區(qū)域上下臨近澆筑層的施工，務必要對其溫度做出科學控制，一般處在15℃以上代表適宜。另外澆筑的間隔時間也應做出特定的控制，達到8h 以上比較穩(wěn)定且能取得顯著的效果。

6．4．2．3 澆筑時單個輕質土澆筑層應控制在2h內，同時還應按照從長軸一端向另一端的順序有序實施。另外需要注意的是，使用一條以上澆筑管施工時，可采用對角澆筑的方式，達到較為穩(wěn)定的施工效果。

6．4．2．4 澆筑過程中如需移動澆筑管，務必要順著澆筑管放置的方向前后移動，嚴禁左右移動。如必須要進行左右自動，則應盡量將其放置在澆筑面下進行，同時嚴格控制澆筑管出料口與澆筑面的距離。

6．4．2．5 泡沫輕質土澆筑過程中，務必要對其澆筑高度嚴格控制，一般來說處在1m 以內即可。施工過程中材料的使用也應嚴格控制，確保其達到最佳的施工效果。對于泡沫輕質土來說，澆筑采用分層的方式比較適宜，能有效提升施工強度。澆筑階段的濕密度也應做到科學控制，確保同一層澆筑質量的穩(wěn)定和高效。澆筑過程中針對濕密度的檢測，按照每隔10min 的方式進行，以確保其質量符合既定的施工標準。一般來看，一層澆筑應進行6 次濕密度的檢測，如發(fā)現其未能達到設計標準，應停工分析以做調整。完成全部的澆筑施工后由監(jiān)理人員對其檢查，其中表面的平整性以及沉陷情況等應重點關注，如有不適宜或不達標的情況，立即修整和補充。

6.5 養(yǎng)護

輕質土澆筑到設定的高程值后，在其上使用塑料膜覆蓋，立即對其展開保濕養(yǎng)護。另外，也可采用覆蓋無紡土工布的方式進行養(yǎng)護，同時聯合灑水養(yǎng)護，達到較為高效的養(yǎng)護效果。需要注意的是，整個的養(yǎng)護時間應保持在7d 以上。

7 結語

由以上論述可以看出，對于施工過程中極易出現的質量問題應采取針對性防控，只有加強對技術的管理和安全風險的防控，才能切實保障整個施 工過程的穩(wěn)定和高效。