輕質泡沫混凝土在高速公路改擴建工程中的應用

摘要 文章圍繞南充至成都高速公路擴容工程，對輕質泡沫混凝土在高速公路改擴建工程中的應用進行了闡述。在此基礎上，對輕質泡沫混凝土的特征和施工產生的影響進行了分析，闡述了輕質泡沫混凝土的制作以及泡沫混凝土澆筑及養護的操作工藝，總結出了輕質泡沫混凝土施工的注意事項，明確了其質量檢驗標準。

關鍵詞 輕質泡沫混凝土；高速公路；改擴建工程

中圖分類號 U418.8 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）05-0096-03

0 引言

高速公路是全國交通樞紐，一直以來都受到政府的高度重視。在現有公路的基礎上進行路基加寬，形成新的整體路面結構，是一種較為普遍的施工方法。但是新老路基填料的不同、施工質量和自然固結時間的不同，在同一荷載作用下，路基很可能出現不同程度的沉降，對今后的運行產生一些安全和質量方面的問題。改造后的路基需要增加土地的使用，尤其是坡面的填筑，將會消耗大量的土地，這與國家提倡的環境資源保護相矛盾。輕質泡沫混凝土具有質量輕、流動性好、自固性好和耐久性好等優點，逐步被廣泛地用于高速公路的改擴建，并產生了良好的經濟和社會效果。

1 工程概況

該標段為南充至成都高速公路擴容工程成都入城復線段土建施工LJ1標段，包括K0+000～K11+148段長度11.148 km路基、橋涵、互通等，主要工作是對成德南高速公路原有的4.92 km進行拓寬和改建，青白江互通改造，新建賴家壩樞紐、龍王樞紐主線；K0+000～K24+529段長度24.529 km全線路面工程。

2 輕質泡沫混凝土的特性

輕質泡沫混凝土是一種輕質量的微孔物質，通過發泡法，將發泡劑和水溶液加工成泡沫，再與水泥及其他添加劑混合而成的灰漿混合而成[1]。其優勢有四方面。

2.1 質量較輕

在輕質泡沫混凝土中，采用發泡工藝制成的橡膠泡沫，使其重量減輕，其容重在4～13 kN/m3之間，其重量比一般的粘土和石料都要輕。

2.2 良好的流動性

由于無粗骨料，輕質泡沫混凝土的流動性優于普通混凝土。在施工現場，可通過管路進行抽水，最大抽水高度為800 m。因其良好的流動性，無需再次振搗即可達到自流平和自密實。

2.3 獨立性強

輕質泡沫混凝土作為水泥混合料，其初凝特性與一般混凝土相同，在5 h內即能形成凝固。經加固后的輕質泡沫混凝土不受側壓，可實現大面積和大體積的豎向澆筑。

2.4 耐用性好

輕質泡沫混凝土是一種與常規混凝土相似的膠凝材料，其耐久性能優良。

3 輕質泡沫混凝土工程應用的影響因素

一般來說，在輕質泡沫混凝土中，孔隙結構的孔隙越小，各孔隙的分布也就越均勻，說明輕質泡沫混凝土的品質越佳，能確保相同品質及體積的混凝土的孔隙率越低，且各孔隙的承載力越大、越堅固。泡沫混凝土中的微孔尺寸及均勻性是由其主要原料的發泡劑所決定的。在項目前期，主要是考慮發泡劑的品質，選擇較強厚度和較完整的泡沫材料，因此，對其孔隙率進行了適當控制，確保了其在公路中的剛度。除泡劑外，起泡裝置對輕質泡沫混凝土的質量也有很大影響。對于同一種混凝土，同一種發泡劑，不同的發泡裝置對其發泡性能的影響很大。目前市面上生產的各種泡沫裝置的泡沫大小也各不相同。實際使用表明，對于3 mm的泡沫塑料，其硬度可以達到20%的優化和提高，所以要盡可能地選擇產生氣泡。在輕質泡沫混凝土中，攪拌設備對其性能的影響也很大。在攪拌時，除了要根據相關的施工規范要求，盡可能地調節泡沫及膠粘劑的比例，同時要確保整個混合過程的穩定性，并保持一定的泡沫留存量，以使輕質泡沫混凝土制品取得較好的效果。

4 輕質泡沫混凝土的施工

4.1 輕質泡沫混凝土制作

4.1.1 泡沫混凝土目標

泡沫混凝土一般是通過機械方法，將發泡劑水溶液制成泡沫，之后在包含硅質材料、鈣質材料、水和各種添加劑的漿料中，經過攪拌、澆筑和養護而成[2]。由于泡沫混凝土中含有許多密閉的孔隙，因此它具有如下優異的物理和力學性能。泡沫混凝土具有體積輕盈（3～12 kN/m3）和可任意調控的特點，具有滲透率低、施工方便、效率高和環境友好等優點。

抗壓強度指標：≥1 MPa，干容重300～400 kg/m3；

抗壓強度指標：≥0.5 MPa，干容重300 kg/m3。

4.1.2 泡沫混凝土原材料選用

普通水泥的標準為GB175（《通用硅酸鹽水泥》）和JC933（《快硬硫鋁酸鹽水泥、快硬鐵鋁酸鹽水泥》），快硬硫鋁酸鹽水泥和快硬鐵鋁酸鹽水泥則必須符合國家規定的國家標準。根據《用于水泥和泡沫輕質土中的粉煤灰》（GB/T 11596）的規定，選擇了F類粉煤灰作為粉煤灰。C類粉煤灰不能用作輕質發泡土；集料最大粒徑不得超過5 mm。摻合料根據《泡沫輕質土外加劑》（GB8076）的規定，攪拌劑不得含有影響泡沫穩定性的有機物質、油污等，以保證輕質泡沫混凝土（泡沫輕質土體）的強度及耐久性。

4.1.3 配合比設計及試驗

該文依據《現澆泡沫輕質土技術規程》（CECS249

—2008）第5.2條，對輕質泡沫混凝土的施工條件作了初步的探討，并給出了“初始配比”的建議。以混凝土配合比為基礎，經過試配和檢測，調整工作性和配合比，最終得到“基準配合比”，并通過調整各配合比中的不同配比，使其達到設計和施工的需要，從而達到最佳的強度、工作性和耐久性，節約水泥。

在試驗過程中，一定要進行濕密度、流值和消泡試驗，如果流值符合要求，并且消泡試驗所指定的濕密度增長速率也符合要求，那么就應該制備一個樣品，然后對其進行養護。如果在消泡試驗過程中，發現其濕密度增長速率達不到要求，就應該對發泡劑的稀釋比例或種類進行調整，或者對配比材料的種類和用量進行再配試驗。

在配制時，要按通常的比例配制成備料，并要經過檢驗和調試。該項目由有資質的試驗單位的專業試驗人員進行試配，符合要求以后用于現場施工。泡沫輕質土配置需滿足如下基本規定：

（1）輕質泡沫混凝土的配比設計，必須達到抗壓強度、濕密度和流值的要求。

（2）輕質泡沫混凝土的強度應該符合以下公式：qu7 dgt;0.5 qc，qu28 dgt;1.05 qc。

（3）以輕質泡沫混凝土為例，其滲流系數應在160～200 mm之間。

（4）輕質泡沫混凝土的抗壓強度樣品為一個正方形，其尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

4.1.4 泡沫混凝土制作工藝流程

圖1顯示了生產泡沫混凝土的流程。

4.1.5 泡沫混凝土拌合制作

該項目泡沫混凝土施工采用現場拌制，隨伴隨澆的方式。在施工現場的空地上，建立一個泡沫混凝土拌和場，并在施工現場進行泡沫混凝土的制備、運輸和澆筑，使用的是一套水泥發泡成套設備，并且要符合下列條件：

（1）電控系統包括發泡劑、壓縮空氣、泡沫、泥漿、泡沫輕質土體，并且可以通過觸摸屏幕或在一塊平面屏幕上進行中央顯示。

（2）發泡能力、水泥漿輸送能力、發泡輕質土制備與輸送能力必須達到工程要求。

（3）發泡劑采用的是壓縮空氣與發泡劑的水溶液，不能通過攪動使其產生泡沫化。

（4）泡沫混凝土生產裝置必須具備原料自動計量的能力，攪拌生產時必須能夠調整水泥（砂子）的含量。

（5）水泥砂漿要在專用攪拌站內進行，禁止使用小型攪拌設備。

現澆輕質泡沫混凝土施工設備進場后，需對設備功能進行逐項檢查，并嚴格填寫“輕質泡沫混凝土專用施工設備功能檢驗表”。當設備功能全部滿足要求時，方能展開施工。

在制模工藝中，要保證在攪動的時間內將各種成分混合均勻。水泥漿液和泡沫混凝土在儲料器中停留的時間不應大于2 h。澆筑時，根據運輸距離的遠近及澆筑方量大小，采用泵送、車輛運輸或其他運輸工具的方式施工。圖2顯示了氣泡混合的輕質泡沫混凝土的剖面。

4.2 泡沫混凝土澆筑及養護

4.2.1 泡沫混凝土的澆筑

澆筑時根據現場實際，出料口離澆筑點的高差控制在1 m，澆筑的方向從一端向另一端進行，水平向30 cm一層進行布料。在施工過程中，混凝土的澆筑部位應從中間向四周擴大，或采取多個部位同時進行。但因混凝土的斷面比較大，混凝土的澆筑方式主要是用管線輸送，在炎熱的季節施工時應避開高溫天氣。

4.2.2 泡沫混凝土的養護

澆筑完成后，應立即對澆筑好的混凝土加以維護。在澆筑完之后，馬上對泡沫混凝土進行覆蓋和濕潤養護，其保水率要保持在濕潤的條件下，而且泡沫混凝土的養護水與攪拌水相同。在最初的養護階段，要防止水的損失和過度的滲透。在晚上施工的時候，不能使用現澆的泡沫混凝土。在泡沫混凝土澆筑完成后，暴露部分應及時進行表面養護。在新、老泡沫混凝土交接處采用隔熱措施，且隔熱層厚度為其他隔熱材料的2倍。

5 輕質泡沫混凝土施工的注意事項與質量檢驗

5.1 輕質泡沫混凝土施工的注意事項

（1）在澆筑泡沫混凝土之前，必須在澆筑層頂面上進行現場標定，標點數不得低于3個或用標線的形式標注。運輸和澆筑間歇的整個過程都不能超出發泡的輕粘土。

（2）在澆筑時出料口不可懸吊。在澆筑管、自排料口取樣、平整表面或沖散澆筑區中的過多泡沫時，出料口與目前輕質泡沫混凝土的流面高度差應控制在1 m之內。

（3）同一施工區段的泡沫混凝土需要連續澆筑，分層澆筑時，上一層澆筑作業應在下一層澆筑終凝后進行。

（4）在澆筑泡沫混凝土之前，不允許有明顯的積水和雜物。

（5）現澆泡沫混凝土工程施工期間嚴禁進行振搗。

（6）現澆的泡沫混凝土應隨制隨用，其停留時間不應超過30 min。

（7）在連續5 d內，室外平均溫度在5 ℃以下或降雨期間，必須采取相應的措施才能進行泡沫混凝土的施工。

（8）在澆筑混凝土時，宜采用泵送的方式。在使用前，應對管子接頭進行檢查，確保管子密封。在進行抽水作業時，要保證灌水管路的壓力和揚程與輸水距離一致。

（9）澆筑點應從中間向四周延伸，也可采用多點澆筑。澆筑位置不能直接撞擊模板部位，以免出現接頭漏水。

（10）澆筑表面要平整，并按—次成形，澆筑至設計高度后，用刮刀刮平；在完成修整之前，不能有任何的干擾，也不能承載任何重量，在結束后要及時進行砂漿的找平。

（11）在大面積的泡沫混凝土中，可以采取分段澆筑的方式，在坡度超過2%的情況下，泡沫混凝土在找坡時可以使用模板。

5.2 輕質泡沫混凝土的質量檢驗標準

在進行輕質泡沫混凝土施工的過程中，應該對產品的濕密度、流值和力學性能進行單獨的試驗，并對其進行采樣檢測。如果檢測的結果不合格，就不能進行下一道工序的施工[3]。現澆泡沫混凝土的測試內容如表1：

在普通的實驗中，用輕質泡沫混凝土進行了硬化處理，以抗壓強度為主要測試指標，于每個工作日抽取2組進行28 d齡的抗拉強度試驗。壓縮強度測試的合格標準為：28 d不低于0.6 MPa。

泡沫輕質混凝土在施工結束后，其外觀質量面板應該光潔平順，線形平順，沉降縫上下貫通順直，并且表面不能出現寬度大于5 mm的非受力貫穿縫。

泡沫狀的輕質混凝土施工品質應該滿足表2指標要求：

6 結語

綜上所述，對于高等級公路改擴建來說，輕質泡沫混凝土具有較強的實用價值。它既可以有效地減少造價，又可以增加經濟價值，從而使高速公路改擴建工程中的路面強度和整體使用壽命得到最大限度的改善。在施工中，既要注重輕質泡沫混凝土的制造工藝，又要確保其質量；在高速公路擴建路段開挖時，盡可能地保證平整的土面狀況和良好的模板搭建狀態，為混凝土的后期澆筑奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]商超. 輕質泡沫混凝土在公路建設中的應用[J]. 山東交通科技， 2021（6）： 116-118.

[2]徐友治. 輕質泡沫混凝土的特點及在道路施工中的應用[J]. 安徽建筑， 2021（7）： 189-190.

[3]趙運姣. 輕質泡沫混凝土在改擴建工程路基填筑中的應用[J]. 西部交通科技， 2019（9）： 66-68+72.