泡沫輕質混凝土在綠色生態道路工程中的應用

胡 藝

（廈門信息集團建設開發有限公司， 福建 廈門 361021）

綠色生態道路是以質量優良為前提，以節約資源、環保生態、高效節能、服務提升為主要特征的道路，是實現道路建設健康可持續發展的重要前提。

1 定義

利用發泡裝置將發泡劑水溶液制成泡沫[1]，并與水泥、骨料、摻和料、水及其他外加劑成分按一定的比例充分混合均勻，制成料漿，硬化后所形成的一種含有大量輕微孔洞的輕質土工材料。施工時通過專用的攪拌機攪拌，攪拌機配備上料區、旋轉攪拌區、配套主機等系統，作業時在現場進行裝料，通過攪拌設備、起泡設備完成攪拌并經過自帶的泵送設備通過高壓管道泵送送至施工工作面。

2 特性

泡沫輕質混凝土技術通常用設計好的機械設備將泡沫劑水溶液制備成泡沫，[2]再將這些泡沫加入含硅質材料、鈣質材料、水及各種不同外加劑等組成的料漿中，經過充分混合攪拌、澆注系統成型、養護保養工作而成的一種大量輕微孔洞建筑材料。由于含有大量封閉的細孔，具有以下良好的物理力學性能（重量輕，整體性和直立性好，流動性高，防水性能強，耐久性好，強度范圍廣，抗震性強，節能環保）和安全性等。

2.1 重量輕

泡沫輕質混凝土材料因其材料內部均勻分布大量的獨立閉合膠質氣泡，氣泡膜是一種具有較強韌性的物質，氣泡之間互不通水，從而使建筑材料的容重最小可達150 kg/m3，相當于一個普通商品混凝土的1/2～1/10。施工管理過程中，輕質復合材料設計荷載小，可以減少對工程建設其他結構層的擾動。

2.2 整體性和直立性

泡沫輕質混凝土采用水泥為固化劑，具有與普通混凝土初凝、終凝等特性，硬化后具有良好的直立性。泡沫輕質混凝土可分層進行現場澆注施工，固化后對擋土墻等結構幾乎不存在向外的推擠力且與工程的主體相互緊密貼合，因此可以現場采用垂直分層澆筑，從而簡化施工防護、減少橋臺等設計。

2.3 耐久性好

泡沫輕質混凝土屬于水泥基的建筑材料，其使用壽命與混凝土同等，具備極好的耐久性。

2.4 流動性高

攪拌混合后的泡沫輕質混凝土漿料呈液體狀態發展，可以通過自帶的管道系統經泵送設備進行泵送，現場可以實現垂直高度100 m、水平距離500 m的遠距離輸送，可流動至作業面的各個角落和縫隙。

2.5 強度范圍廣

通過配合比進行調整水泥等膠凝材料的種類和摻用量、發泡劑和發泡倍率、氣泡群密度，使得泡沫輕質混凝土的強度可在0.4 MPa～2.2 MPa的范圍內調節，以滿足不同施工部位的施工需求和設計需求。

2.6 節能環保

原料為通用硅酸鹽或硫鋁酸鹽水泥、水和發泡劑。其中大部分發泡劑材料都接近中性，不含苯、甲醛等有害物質，避免了環境污染和消防隱患，可大量利用粉煤灰、礦渣、石粉等工業廢料，能夠有效減少土地開挖量、節約土地資源且無毒無害，不會損壞周邊范圍土地的自然環境和性質。

2.7 安全性

安全性除體現在強度、填筑體的抗滑抗傾覆穩定性和包括地基在內的整體穩定性等要求外，還體現了耐久性的要求。耐久性是指使用期間在循環加載、干濕循環、凍融循環、長期暴露等條件下，泡沫輕質混凝土的性能指標不會明顯衰減。由泡沫輕質混凝土耐久性試驗(交通運輸部公路科學研究所檢測)可以看出（見圖1）：當離路面頂面的厚度大于25 cm時，汽車等外部荷載所引起的附加應力不超過總應力的1/5（0.14 MPa）；若泡沫輕質混凝土強度取疲勞強度均值0.88 MPa，其應力比Y=0.16，則泡沫輕質混凝土路基可使用N≈1029次。顯然能足夠抵抗汽車動荷載，使用年限完全足夠。

圖1 泡沫輕質土耐久性試驗（圖片來源：作者自繪）

3 主要應用

根據不同的試驗研究數據分析及泡沫輕質混凝土材料特性，泡沫輕質混凝土在道路工程、橋梁工程中主要應用于橋臺臺背填土、橋梁減跨、山區陡峭路段的路基填筑等[3]。

3.1 橋臺臺背填土

橋頭跳車問題是一個暫時無法解決的世界性難題，橋梁工程在運營階段的維修養護費用的80%使用在道路橋梁的過渡段落及橋臺臺背的回填位置，橋頭跳車的主要影響因素是臺背回填土的土質不符合要求、壓實度不足、不均勻沉降，而現有工藝是將原有路面采用銑刨后進行攤鋪一層新道路路面的施工工法，從而消除減少通車運營后的不均勻沉降導致的現有路面的坡度差；由于銑刨后加鋪路面增加了路面厚度，也增加了永久荷載，維修保養后的總沉降將進一步加大，必然會在后期的某一時間節點再次采用同樣的加鋪道路路面的施工工法進行維修，如此反復不但會導致后期維修與后期繼續產生沉降的惡性循環，還存在施工時間長、費用過高等問題。泡沫輕質混凝土的應用，可有效解決軟基路段預壓不充分遺留的工后沉降、橋頭跳車問題。

在橋臺與道路路基之間填筑楔形泡沫輕質混凝土可使橋臺與道路路基相交部位附近沉降曲線的梯度變化減緩，甚至均勻。其優點主要體現在以下幾方面：

（1）可以很大程度地降低施工填土荷載重量，減輕構造物背后的土體壓力，減少路基的附加應力，抑制路基的差異沉降和側移，提高路堤和路床的整體性和穩定性。

（2）緩解橋臺與路基結合部材料的剛性突變。

（3）減少差異沉降和不均勻沉降、徹底消除臺背路堤填料本身的工后沉降。

（4）泡沫輕質混凝土硬化后具有良好的直立性，不會對橋臺結構產生側向壓力，所以幾乎不會有推擠。

（5）縮短施工建設工期。

圖2 臺背沉降曲線示意圖（圖片來源：作者自繪）

3.2 橋梁減跨

當上跨既有道路的跨線橋梁高度較高時，常規橋梁跨數和橋梁長度通常是以兩個臺前錐坡坡腳凈距作為設計的控制依據。而為了解決橋梁橋臺錐坡放坡長度過長的問題，通常設計結果是橋梁總長遠大于所跨既有道路要求的寬度，其實原本1跨橋橋梁就能解決的跨越既有道路問題通常需要2～3跨才能解決，若設計用薄壁式橋臺，會因橋臺后背填土過高，土體側向壓力大，施工的橋臺會存在質量安全風險；為了抵抗后背土體側向壓力，勢必出現提高薄壁橋臺樁基及臺身的工程造價。

圖3 橋梁減跨工法示意圖（圖片來源：作者自繪）

4 質量控制因素

發泡液、發泡設備、攪拌設備和膠凝材料，這四個要素是決定泡沫輕質混凝土生產質量的主要因素[4]。

4.1 發泡液

發泡液就是發泡劑與水溶液在發泡設備的作用下將空氣引入，而產生大量泡沫群的一種混合物質。發泡液是影響泡沫輕質混凝土澆筑穩定性質量的第一要素，主要決定了稀釋倍率、泡沫數量（即發泡倍率）、氣泡群密度的穩定性和發泡設備一同影響泡沫的泌水率。

4.2 發泡設備

發泡設備決定了發泡劑是否可以制成一群質量合格的氣泡群，制成的氣泡群質量、氣泡群的密度和氣泡群的均勻性，也影響氣泡群的適應性及濕容重。

4.3 攪拌設備

攪拌設備是將水泥基漿料與氣泡群攪拌混合成為泡沫輕質混凝土的設備，攪拌設備決定了施工過程中泡沫輕質混凝土的速度和均勻性，影響氣泡群的穩定性和氣泡存留率。

4.4 膠凝材料

膠凝材料決定了泡沫輕質混凝土的抗壓強度[5]。當然，其與外加劑、發泡劑性能、氣泡群質量和氣泡群摻量、氣泡群密度等也有很重要的關系，同時也影響泡沫輕質混凝土的穩定性和流動度。

圖4 泡沫輕質混凝土制備工藝流程（圖片來源：作者自繪）

5 結語

綠色道路是以牢固樹立創新、協調、綠色、開放、共享五大發展理念，落實“四個交通”發展要求，促進道路發展轉型升級，建設以質量優良為前提，以資源節約、生態環保、節能高效、服務提升為主要特征的綠色道路，實現道路建設的健康可持續發展。而泡沫輕質土具有減少填土荷載重量，減輕附加應力和土體側壓力，抑制了軟土地基的沉降和破壞，增大穩定、安全系數，節約資源，施工高效便捷，工期短，生態環保等一系列優勢，有利于交通工程施工的順利進行。因此，泡沫輕質土在交通工程中有著非常廣闊的應用前景，是非常值得深入推廣的。