城市快速路工程臺背回填泡沫混凝土配合比設計

孫 富

中交隧道工程局有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000

1 泡沫混凝土概述

隨著社會的發展，人們對能源的需求越來越大，能源短缺成為很多國家目前面臨的嚴重問題，只有提高能源使用效率、節省能源使用量才能解決這一問題。因此，目前很多建筑工程項目在施工時越來越注重使用保溫隔熱性能良好的材料。泡沫混凝土主要由無機膠凝材料制成，只需往該物質中添加泡沫，使之出現穩定的氣孔結構，即可制成泡沫混凝土[1]。因為泡沫混凝土臺背回填技術不僅能降低容重，回填的材料不需要開展碾壓作業，還具有施工工期短、經濟效益高等顯著優點，所以其作為土建行業高新技術在經濟發達的國家深受歡迎并被廣泛使用[2]。

泡沫混凝土除了具備優質的保溫隔熱性能，在密度、延展性等方面也有明顯的優勢。此外，該材料成本較低、施工難度低，相比于其他材料更適合應用在基坑回填環節中。目前，國內越來越多的道路工程項目使用了這一材料，顯著提升了道路的安全性能，延長了使用壽命。

2 原材料選取

文章選取某實際項目作為研究對象，該項目中橋臺填筑材料選用泡沫混凝土，項目規定其路床濕容重為6.5kN/m3，路基濕容重為6kN/m3，同時兩者的28d抗壓強度分別大于1.0MPa、0.5MPa，流動度大小維持在160～200mm。泡沫混凝土的強度、容重、流動度指標的大小將對其性能產生重要影響，因此設定上述指標以保障泡沫混凝土的使用性能。通過檢測，項目涉及的所有材料都滿足專業應用技術規定，詳細使用指標如下：

（1）水泥。水泥主要成分是P·042.5硅酸鹽，其密度超過3000kg/m3，滿足硅酸鹽水泥的標準要求；

（2）水泥發泡劑。城市快速路項目中使用較多的是WF-600型號水泥發泡劑，其密度超過900kg/m3，滿足泡沫混凝土中的相關規定，滿足該項目使用要求；

（3）拌和用水。可選用施工場所周圍的河水，通過試驗檢測，河水滿足設計施工標準。

3 配合比設計

3.1 泡沫混凝土技術參數

選擇合適的參數展開研究分析關系到能否設計出科學的泡沫混凝土配合比。文章在研究時將泡沫混凝土路床作為參考，便于更好地研究其配合比。

（1）干密度。對于泡沫混凝土而言，干密度是一個基礎性的物理指標，從根本上影響配合比的設計[3]。專業應用技術規程指明，泡沫混凝土的成分選擇取決于項目所需的干密度指標。在該項目中，查詢技術規程得出路床項目中泡沫混凝土的干密度屬于A06級，具體數值為6kN/m3。

（2）強度。若將泡沫混凝土填筑在臺背中，其強度同樣是影響配合比的關鍵因素之一，即28d抗壓強度必須超過1.0MPa，可以略微超過標準，使其結構更為穩定。

（3）水泥配比。在絕大多數情況下，可以通過在泡沫混凝土中添加水泥以起到固化效果，即在常溫環境下水泥凝固后將處于固化狀態，如果將其填充到泡沫混凝土中，可以提升整體強度及性能，因此經研究決定選用水泥干物料作為施工材料。

（4）水料比（水灰比）。泡沫混凝土在配比時可以以水和干物料的配合比為依據。干物料的主要成分為水泥，而添加的水資源量往往取決于水泥水化所需耗費的水量，以及施工預制、攪拌所需的水量。

3.2 泡沫混凝土設計思路

首先通過下式進行設計：

式中：P干為干密度大小，按照設計規定，該項目中干密度數值取600kg/m3；Sa為待預制好的泡沫混凝土靜置養護28d后，干物料質量及內部非蒸發物質量的系數值大小，參考該項目，普通硅酸鹽水泥值為1.2；Mc為每立方米泡沫混凝土所需要的水泥質量，kg。由此，計算出水泥質量為500kg/m3。

式中：Mw為每立方米的泡沫混凝土所需使用的水資源質量，kg；φ為水灰比，隨泡沫混凝土流動性適當調整，通常情況下維持在0.5～0.6。

基于此，可以計算出水資源使用量為300kg/m3。

式中：V為每立方米的泡沫混凝土所需的泡沫質量，kg；K為富余系數，該系數值大小取決于所使用的發泡劑數目、預制時間及損耗，該項目測試過程中需要選用穩定性能較強的發泡劑，使K維持在1.1～1.3；V1為摻入發泡劑前，水泥、粉煤灰等物質的體積，m3；V2為泡沫添加量，m3。

通過計算得出為0.645m3。

綜合考慮經濟效益和泡沫混凝土自身的各項性能指標，可以初步設計出配合比。隨后，在維持水膠比、發泡劑稀釋狀況之類的指標參數固定的前提下，適當修改水泥摻入量，得出三種配合比，如表1所示。

表1 A06泡沫混凝土配合比 單位：kg

3.3 泡沫混凝土相關指標試驗方法

將施工模擬區域作為試驗點，用來測試三種配合比的泡沫混凝土性能，同時依照《泡沫混凝土》（JG/T 266—2011）第7.3.3條中所規定的混泡沫凝土強度標準，依照規定標準有序開展試驗，詳細對比三種配合比下混凝土的流動度、濕容重指標及其內部氣泡結構的均勻度。

4 試驗結果及分析

4.1 泡沫混凝土性能檢測結果

要想獲得質量達標的泡沫混凝土，混凝土流動度是最關鍵的因素。此外，濕容重、強度等性能指標同樣在很大程度上影響最終質量，需要在配制時予以重視[4]。文章共設計了三種類型的泡沫混凝土，通過對比試驗觀察其各項指標，并如實記錄匯總，試驗結果如表2所示。

表2 泡沫混凝土流動度、濕容重、28d抗壓強度試驗結果

4.2 試驗結果分析

（1）研究該材料的流動度測試結果。無論是哪一編號的泡沫混凝土，其流動度均符合設計標準，保持在160～200mm。在實際施工時，會受到外界天氣等環境因素的干擾，因此可以根據實際施工情況適當添加水量，確保其流動度穩定控制在設計范圍內。此外，試驗中發現適當增加用水量不僅能起到稀釋的效果，還能讓內部氣泡均勻在水泥漿液內部結構中流動，提升整體流動性。

（2）研究該材料的濕容重指標測試結果。由于該工程中這一材料被用在填筑工序中，即通過借助泡沫混凝土容重小、硬度大、流動性能佳等特征提升地基的抗壓能力，緩解給擋墻造成的推力，提升其減震效果。由于泡沫混凝土本身流動性能更佳，能夠均勻分布在不規則空間內，在最大程度上減小沉降量，避免出現橋頭跳車。可見濕容重指標同樣對其最終質量至關重要。綜合比較得出，前兩種混凝土的配合比濕容重數值已經遠遠超過設計容重標準值，第三種混凝土的比濕容重與標準值之間的誤差更小。泡沫混凝土的濕容重會在很大程度上左右地基的承重能力，基于此，三種混凝土材料中第三種更具優勢。

（3）研究該材料的抗壓強度檢測報告。要想確保最終混凝土材料的強度滿足設計需求，在試配時可以適當提升設計強度。該項目測試過程中所有試配強度都選擇了設計指標的110%。此外，當確保強度值均符合設計標準后，還要考慮成本最小化，綜合對比后第三種混凝土經濟效益最佳。

5 結束語

泡沫混凝土憑借其自身具備的環保、容重低、經濟指標好等優勢，目前已被廣泛運用于各類道路工程臺背回填工程。文章通過對這一材料的配合比展開詳細分析研究，掌握泡沫混凝土質量控制標準，提升了項目泡沫混凝土的性能，優化了原有的泡沫混凝土配合設計，有效節約了項目成本，可為類似項目提供參考。