轻质泡沫混凝土填料在路基施工中的应用

姜立帅

摘要：文章介绍了轻质泡沫混凝土（LFC）的工艺流程和应用方法，分析了其测试程序及质量控制标准，并通过案例研究了LFC的应用性能。

关键词：轻质泡沫混凝土（LFC）;施工工艺;质量控制

0 引言

传统的公路受到持续和长期沉降的影响，使用后期需要经常修补，但修补会导致新沥青的额外重量引发进一步沉降。另外一种解决方案就是对路段进行全面重建，并清除底层有机层，这种做法耗资巨大，并且会造成长期的交通中断。轻质填料的使用提供了另一种选择，因为它允许路面在上方“浮动”。传统的轻质材料，如聚苯乙烯，因其成本较高而无法推广使用。近年来，LFC已成功地应用于道路工程中，成为一种经济有效的解决方案[1]。

轻质泡沫混凝土（LFC）也称为多孔混凝土，是一种密度为475～600kg/m3的泡沫质、可泵送的水泥基填料，仅仅是传统颗粒填料密度的1/4。这一概念最初于20世纪初在瑞典发展起来，但直到第二次世界大战之后，这项技术才获得了广泛的应用。20世纪90年代，发泡技术有了显著的进步，产品的用途和应用也不断增长[2]。

1 LFC的工艺流程及应用

LFC由传统预拌混凝土供应商提供的“泥浆”基料生产，或由现场散装水泥粉生产，然后在现场使用专用发泡剂和添加空气进行“膨胀”。可在配合比设计中添加化学外加剂或纤维，以调整泡沫性能，并满足特定项目规范和要求[3]。本质上，它是由水硬性水泥、水和预制泡沫制成的混凝土。混合物可以包括细集料、粉煤灰和化学外加剂。可采用不同的工艺和设备生产多孔混凝土，常用方法包括：（1）泡沫液用水稀释;（2）加压混合物通过工程泡沫发生器喷嘴;（3）具有剃须膏纹理的预制泡沫从喷嘴移动到水泥和水的混合物（即泥浆）中;（4）形成新拌低密度多孔混凝土混合料。其工艺流程如下页图1所示。

多孔混凝土在建筑中有许多应用，其中包括：（1）隧道、水和污水管道的环形灌浆;（2）隧道回填和环形填充;（3）土壤稳定;（4）废弃地下储罐和管道的填充;（5）废弃矿山的填充;（6）导管应用;（7）桥头引道和滑坡修复填土;（8）跑道末端压碎并阻止超飞飞机的多孔混凝土填料的一个更好的应用是作为机械稳定挡土墙（MSE）的回填材料。在这个项目中，轻质蜂窝混凝土被回填使用，高达5m深，以补偿低强度地基土。其使用客观上缩短了建设周期，常被应用于一些冬季工程、整体式桥台周围、大洪洞的MSE回填等。轻质多孔混凝土还可以作为大型配送仓库的底层填料，在降低聚苯乙烯保温成本方面取得了较好的效果[4]。

2 测试程序和质量控制

2.1 测试程序

2.1.1 生产要求

[JP]LFC只能由有经验的专业承包商生产和安装。在生产LFC之前，所有的输送设备必须经过清洗和冲洗，并完全排空混凝土或骨料。混凝土供应商提供的泥浆密度应在浇筑前进行现场检查和验证。在确定所需密度后，应添加辅助胶凝材料、填料、纤维、化学外加剂。如果泥浆是由现场散装粉末生产的，则应在混合设计值的2%公差范围内测量混合水和散装粉末。泥浆密度应在每次生产过程中至少测量一次。

膨胀（向泥浆中添加空气）应由LFC承包商/供应商完成。每日送货单应由客户代表审核并签字，以确认实际放置的数量。泥浆是生产多孔混凝土（由混凝土预拌生产商提供）的基础材料，应由LFC承包商/供应商进行检查，以确保其符合配合比设计。必须对每辆卡车进行测试，以评估密度和黏度。

2.1.2 温度控制

当日最低气温预计不会降到0℃以下时，就不需要采取防寒措施。如果在施工期间预计温度低于0℃，可通过使用聚乙烯板和绝缘防水布，或加热和囤积以保持LFC高于4℃，防止LFC冻结，直到达到足够的强度。

2.1.3 场地条件

在铺设LFC之前，需要对所有开挖场地进行地下水渗透控制，并且应连续进行，直到颗粒材料铺设在上方，以避免漂浮。挖掘过程中的积水需要清除。开挖基础应相对稳定，不含有害物质。由于LFC是通过软管排放的方式放置的，因此不需要重型设备进入挖掘区。浅基坑的侧面可以垂直切割，深基坑可能需要模板。

2.1.4 LFC放置

每天可放置超过300m3的LFC，即使是在冬季。起重厚度通常为250～300mm，因为这样可以在一夜之间固化，以便下一次起重可以在第二天进行。湿拌设备必须能够在现场接收泥浆并在预拌供应期间连续处理，并通过软管或管道将其泵送至200m的水平直线距离。LFC必须由容积泵泵送。泡沫发生器用于连续生产预制泡沫，该泡沫被注入并与正排量泥浆泵下游的水泥浆混合。需要对设备进行校准，以产生具有稳定均匀[JP]微气泡的精确、一致和可预测的泡沫体积率。LFC可以放置1%的最大斜率。坡度>1%时，需要通过使用模板为LFC创建台阶来进行剖面分析。

2.2 质量控制

试验程序应符合中华人民共和国建筑工业行业标准，满足《泡沫混凝土施工标准》（JG/T266-2011）要求，在最后验收时应按现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中对原材料检验数量及检验方法的规定进行验收。施工合同中应包含非标准特殊条款，以详细说明项目特定的LFC规范和要求。承包商应保留经验丰富的质量验证工程师来独立验证施工图的准确性和施工方法的可行性。LFC由水泥、水和发泡剂组成。可添加合成纤维或玻璃纤维以调整抗拉强度特性，以满足特定项目要求。表1总结了一些典型项目的标准和检验方法。

关键的质量控制参数是硬化混合料的密度和抗壓强度;湿密度和混合料的温度可在现场监测;采用一套直径75mm、高150mm的标准试筒用于抗压强度试验;记录常规密度测量值，并协助监测排出混合物的稠度。

3 案例研究

兰州至海口高速公路广西南宁经钦州至防城港段改扩建土建工程起点位于防城茅岭互通立交附近，终点为防城港主线收费站。项目主线要求由原来的四车道改为八车道，设计速度为120km/h，路基宽42m，长约12.506km。本工程路段起点位于防城港市防城区茅岭乡岽军村附近，沿冲仑江西侧布线，过磨高岭和冲仑后跨越南防铁路，终点与防城港大道相接，起讫桩号为K17+600～K30+105.862。

由于临时修复沉降的沥青填料将导致额外的荷载和进一步的沉降，这种修复策略将导致持续的维护。因此LFC被选为一种经济且可持续的修复处理方法，以阻止继续沉降，降低安全问题和维护成本。

对于本项目，路基填料的渗透性相对较低，因此不使用聚乙烯板来减少LFC的损失。向东行驶的车辆暂时进入向西行驶的车道（每个方向一条车道）以完成工程。开挖分为四个部分进行支护，以便于分阶段放置LFC。

在LFC顶部0.3m的深度处安装了具有最小抗拉强度为8kN/m的双轴土工格栅。

LFC的铺设在3d内完成，共铺设905m3，路面过渡段由10H：1V颗粒过渡段和直径为100mm的穿孔地下排水沟组成，铺设在300mm×300mm的沟渠中，用40～80μm的Ⅰ级无纺布包裹，并用19mm的透明石回填。

4 结语

LFC的使用消除了深层次开挖有机材料的需要，并将所需的开挖深度减少到1.5m。减少开挖的好处包括简化交通分期，显著减少需要处理的多余材料数量，减少所需的回填材料，缩短施工时间，减少对邻近运河和湿地的影响。LFC的使用降低了成本，减少了对交通和公众的影响，提高了运行安全性，并将降低持续的维护成本，同时其安装速度快、效率高、施工过程中遇到问题少，因此应当大力推广LFC在基础建设中的应用。

参考文献：

[1]雷东移，郭丽萍，刘加平，等.泡沫混凝土的研究与应用现状[J].功能材料，2017，48（11）：11037-11042，11053.

[2]刘殿忠，何书明，仲崇凌，等.泡沫混凝土的研究现状及发展趋势[J].吉林建筑大学学报，2013，30（6）：8-11.

[3]李 洋，潘志华.超轻泡沫混凝土性能的优化研究[J].新型建筑材料，2016，43（11）：74-78.

[4]杨奉源，卢忠远，何顺爱，等.超轻EPS复合泡沫混凝土性能研究[J].混凝土与水泥制品，2012（5）：9-12.