泡沫轻质土施工技术在路基工程的应用

文/黄华、陈晓晶

1 发泡轻质材料性质

发泡轻质材料的主要优势就是内部结构中分布着细小、封闭、均匀的气孔，数量非常大。还有一种多孔的材料，因为其性质非常的特殊，轻质、隔热、耐火、隔音等效果非常好，所以人们投入很大的精力进行研究和应用。在发泡轻质材料制作中，因为不同的组成与配方，发泡方式与制作过程都会给内部结构孔隙产生影响，导致其材料性能发生变化。水泥基材料的空隙一般分为三种，分别是凝胶孔（Gel proes）、毛细管孔（Capillarypores）和大孔（Macropores），其中凝胶孔与毛细管孔是通过空气引入到水泥浆组合形成的空隙，大孔是通过浆体压实度不合格造成的，但是这些空隙的存在会使混凝土抗压性能比较差。加入飞灰能够让混凝土结构内部颗粒分布更加均匀，发泡轻质混凝土内气泡空隙分布的效果得以提升，飞灰粒径越小，内部空隙分布越均匀，在气泡表面形成与镀膜相近的效果，避免气泡相互合并重叠出现连通孔泡的问题，孔隙率会给混凝土收缩产生直接的影响，但是抗压强度并未发生明显变化。根据不同比例的飞灰含量加入卜特兰水泥材料，同时加入达到要求的发泡轻质水泥，而增加飞灰的含量能够有效减小混凝土内气泡的孔径，从而使压强增加，但是并不会给早期强度产生任何的影响。

2 发泡机制

2.1 机械发泡

把空气通过高速搅拌的方式加入水泥浆或者其他类型的混合物结构内，应用如下输气材料：发泡剂产生的泡沫、输气剂、预先拌合的稳定含气浆体等。

机械方式应用最为普遍的就是给内部添加发泡剂，发泡剂属于界面活性剂（Surfactants）的一种，其主要特点就是表面活性较高，能够使液体表面张力较小，水膜不容易破裂。在搅拌环节空气也会进入到液体结构内部，膜表面双电子层包围空气变为气泡的形式，然后通过多个独立气泡形成泡沫。界面活性剂是结合水溶液的亲水性原子团的特性，主要是有阳离子型、阴离子型、两性离子型及非离子型等形式。发泡剂根据不同类型与成分做出区分，发泡能力和泡沫稳定性也会有明显不同。

发泡剂的发泡机制主要有预发泡、混合发泡等等。将要进行发泡处理的基底部分材料，比如水泥浆体等，和已经制作完成后且稳定性较高的泡沫充分混合，就是预发泡方式；混合发泡就是通过应用界面活性剂和水泥浆体充分搅拌混合出现气泡，保证混凝土结构内部存在比较多的蜂窝多孔隙结构系统。界面活性剂形成的泡沫结构稳定性比较好，牢固的气泡能够有效抵抗外部所产生的包裹压力。在初凝之后，泡沫就会在混凝土内部出现比较多的空隙骨架[1]。发泡稳定性影响因素如下所示：

2．1．1 水泥浆液的粘稠度，会导致泡沫形成表面发生变化。

2．1．2 界面分离压力，存在于吸附离子、非离子界面活性剂和聚合物的相邻界面。

2．1．3 发泡剂浓度。

2.2 化学发泡

主要是受到外加剂的形式、类别等方面影响，或者和原来存在于水泥浆液内某种特定的化合物发生反应，然后产生气泡空隙存在于水泥浆液结构内部。

化学发泡成型的核心就是发泡速率，该数据和浆液凝固的速度要达到一致性，从而保证发泡的效果符合要求。通过均匀布置到浆液内部的发泡剂与激发剂反应结合，气体压力会超过浆体自身所具备的极限剪切应力，导致气源膨胀速度比较快，形成比较多的气泡。此时，因为浆液稠度逐步增大，导致膨胀所需要克服的阻力相应变大，反应物经过时间推移其膨胀潜在动力减小。浆液凝固反应后，水泥浆的体积变化速度也会减慢[2]。

3 优点分析

3.1 轻质性和强度可调性

就泡沫轻质土来说，因其是由水泥和凝胶材料等混合材料制成，土质中有很多闭合独立的微小胶质气泡，因此容重往往较小，针对路基荷载降低有着突出的功效，如此一来也就很好地防范了可能出现路基沉降的不良情况。另外，轻质土中各种成分也得到了显著优化，进而使其强度显著增强，对于各种不同的路基施工来说有着突出表现。

3.2 施工的便利性

此类材料主要是采用搅拌站和管道运输和供给，无需进行碾压和振捣，整个作业进行极为便捷，即便在空间狭小且距离较远的区域，也能达到较高的施工效率。一般情况下，浇筑的4h 左右即可完成固化，不会对挡土结构造成排斥。另外，在垂直条件下进行浇筑，所达到的效果更佳[3]。

3.3 耐久性和环保性

此类材料有着较强的抗油污能力，耐久性也比较显著。与此同时，因其气泡体积超过40%～70%，所以在导热和保温方面同样有着显著的表现。通过将其用于路基的施工，极大避免了高挖高填对区域环境造成的破坏。另外，垂直填筑的条件下也能很大程度墙节约土地资源，以起到区域生态环境的保护。

4 工程概况

本文所引述的工程案例是一处改扩建项目，其全长为18．8km。原先的路基宽度为26m，为双向四车道的设计标准，设计速度为100km/h。经改建后，宽度增加到42m，速度提升到120km/h，车道扩宽到双向八车道。就路基来看，双侧拼宽占到绝大部分，另外的是单侧整体拼宽。该工程标段区域施工项目主要有：路基土石方、桥梁以及通道等相关施工内容，经设计优化后，相应的泡沫轻质土工程量达到214830m3。

5 泡沫轻质土路基施工参数

在检测系统数据统计以及与现实状况充分协调的基础上，确定所使用的泡沫轻质土应达到如下施工参数：试验段浇筑的时间控制在15min，湿密度将其控制在615～679kg/m3以内较为适宜。对于水泥浆的制备，采用功率为60m3/h 的水泥浆制备站具体实施，而后应采用50m3/h 的设备将水泥浆与轻质土混合，进而在4个35m3/h 中继站的作用下将泡沫轻质土输送到施工区域。以下是其具体的配合比：其中水为376kg，混合水则达到256kg，气泡群应处在62．1L，湿密度则应达到640kg/m3的标准，流值设定为189mm；通过专业性的预测，确定其28d 可达到的抗压强度为1．3MPa，基本符合该路段的施工标准，具体数据如表1 和表2 所示[4]。

表1 湿密度与流值参数

表2 试验路段施工配合比

6 泡沫轻质土路基施工技术

6.1 泡沫轻质土制备

对于此类施工来说，首先应由水泥浆制备站将所需的混合料按照既定的配合比制备出来，然后通过输送泵量起输送到中继站。与此同时，要利用发泡剂和水制备泡沫群，因试验区段为高填方纵坡抬高路段，切实提高了路基的整体稳定性，起到降低施工厚度沉降的效果，泡沫轻质土的抗压强度应做特殊规定，一般来看其28d 的抗压强度应达到在1．2MPa 以上。另外，轻质土的流值和密度也应做出一定的调整，以使其符合既定的施工标准[4]。

6.2 侧向挡板安装

因工程所用轻质土的独特性以及施工设计有关的要求限制，工程中所用到的侧向挡板由厚度为4cm 的水泥预制板充当，其设计规格为90×30cm。施工时应按照分层分块的方式进行，确保当天内完成当天设定的模板安装量，具体的操作应与轻质土扩建路基区进行特定划分，保持高度协调。模板的尺寸与台阶等有关标准保持协调，确保达到既定的施工效果。具体施工过程中加强模板的支护，以免因外力造成模板的倾斜[5]。当泡沫轻质土路基浇筑高度达到既定标准且固化时间超过24h 后，才可将侧向挡板拆除。拆除时按照既定的顺序有序进行，不可对轻质土造成破坏。

6.3 泡沫轻质土输送

对于轻质土的泵送，如果采用直接泵或管道泵送的方式进行，相应的气泡群的消解量往往较小。若是采用翻斗车和预拌混凝土车进行，则会产生较大的气泡消解，进而会对轻质土的流动性等施工特性造成不良影响。本工程结合自身状况选用泵送的方式进行，为了避免产生较大的气泡损耗，管道的最大输送距离控制在500m。如距离过长，则应采用中继泵，以确保整个施工过程的稳定高效。

6.4 轻质土浇筑

6．4．1 浇筑施工要求

由于轻质土中的气泡易分散且呈现出独立细微的特点，应避免在雨天施工，减少气泡的消散量。轻质土填筑过程中因其自重的影响，往往会产生压缩消泡和压缩气泡，鉴于此，应对其施工厚度予以严格控制，一般处在25～50cm 比较适宜。

6．4．2 轻质土浇筑施工要点

6．4．2．1 各个浇筑区域进行施工前，路线纵向施工距离应科学控制，一般将其控制在50m 即可。对基底进行精细的检查，确保达到施工的现实需要。

6．4．2．2 对于同一区域上下临近浇筑层的施工，务必要对其温度做出科学控制，一般处在15℃以上代表适宜。另外浇筑的间隔时间也应做出特定的控制，达到8h 以上比较稳定且能取得显著的效果。

6．4．2．3 浇筑时单个轻质土浇筑层应控制在2h内，同时还应按照从长轴一端向另一端的顺序有序实施。另外需要注意的是，使用一条以上浇筑管施工时，可采用对角浇筑的方式，达到较为稳定的施工效果。

6．4．2．4 浇筑过程中如需移动浇筑管，务必要顺着浇筑管放置的方向前后移动，严禁左右移动。如必须要进行左右自动，则应尽量将其放置在浇筑面下进行，同时严格控制浇筑管出料口与浇筑面的距离。

6．4．2．5 泡沫轻质土浇筑过程中，务必要对其浇筑高度严格控制，一般来说处在1m 以内即可。施工过程中材料的使用也应严格控制，确保其达到最佳的施工效果。对于泡沫轻质土来说，浇筑采用分层的方式比较适宜，能有效提升施工强度。浇筑阶段的湿密度也应做到科学控制，确保同一层浇筑质量的稳定和高效。浇筑过程中针对湿密度的检测，按照每隔10min 的方式进行，以确保其质量符合既定的施工标准。一般来看，一层浇筑应进行6 次湿密度的检测，如发现其未能达到设计标准，应停工分析以做调整。完成全部的浇筑施工后由监理人员对其检查，其中表面的平整性以及沉陷情况等应重点关注，如有不适宜或不达标的情况，立即修整和补充。

6.5 养护

轻质土浇筑到设定的高程值后，在其上使用塑料膜覆盖，立即对其展开保湿养护。另外，也可采用覆盖无纺土工布的方式进行养护，同时联合洒水养护，达到较为高效的养护效果。需要注意的是，整个的养护时间应保持在7d 以上。

7 结语

由以上论述可以看出，对于施工过程中极易出现的质量问题应采取针对性防控，只有加强对技术的管理和安全风险的防控，才能切实保障整个施 工过程的稳定和高效。