气泡混合轻质土在高速公路改扩建中的应用研究

李浩 王跃虎

摘要 为研究气泡混合轻质土在高速公路改扩建项目中的应用，以提高路基整体性和稳定性，从而提升公路整体通行能力。文章结合实际工程，首先阐述了气泡混合轻质土的原材料设计、制备工艺及配合比设计，重点对气泡混合轻质土施工工艺进行研究。研究表明，气泡混合轻质土可作为路基填料可较好应用于公路改扩建工程中。

关键词 高速公路;改扩建;气泡混合轻质土

中图分类号 U414;U418.8 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0117-03

0 引言

随着我国高速公路建设事业的不断进步，截至目前，全国高速公路总里程已稳居世界第一位，极大促进了人们的日常出行需求。由于全国社会经济的大力发展，车辆保有量也在不断增多，早些年修建的高速公路通行能力已很难满足目前的行车要求，针对此类问题，采用的较普遍方式为对公路进行改扩建处理，以增强公路整体通行能力。在高速公路改扩建建设项目中，路基填料的选取较为重要，现阶段常用于气泡混合轻质土作为路基填料，其施工简单、成本低廉、质量易于保证等特性而应用较为广泛。该文围绕气泡混合轻质土的工程特性、原材料设计以及制备工艺进行展开，重点研究其施工工艺，并在具体工程中进行应用研究。

1 气泡混合轻质土工程特性

1.1 轻质性

通常气泡混合轻质土内部存在较多气泡群和空隙，其容重相对较小，可通过改变固化剂和气泡的比例来调整自身的强度和容重。

1.2 施工和易性

气泡混合轻质土具备一定的流通性，可在满足长距离泵送要求，同时无需进行压实和振捣，可极大减少施工周期。

1.3 耐久性

气泡混合轻质土属于水泥类材料，因此具备耐热性和耐久性，比一般的高分子材料的性能更高，可满足大多数交通荷载要求。

1.4 环保性

气泡混合轻质土的原材料可选用工业废渣或粉煤灰，可实现资源的二次循环利用，降低对环境污染的影响。

1.5 隔热和渗透性好

由于气泡混合轻质土存在较多气泡，且空隙率较大，进而其传热效果较差，自身的保温隔热性能良好。另外，由于内壁气泡为独立封闭状态，因此具备良好的防渗透性能。

2 工程概况

某高速公路建设项目全线长45.07 km，双向六车道设计，设计速度为120 km/h，路基宽度为34.5 m，公路全线桥隧比共计41.5%，其中路基工程相对占比较大。该高速公路自建成通车投入运营到现在已有十余年，由于当地旅游业迅猛发展，经济水平不断提高，日交通量逐年增多，现阶段高速公路路面较多标段已出现不同程度的病害问题，同时公路通行能力已无法满足目前的车流量需求，时常会出现交通拥堵现象，因此，需要对该高速公路进行必要的改扩建处理，通过综合比较选择采用气泡混合轻质土作为路基填料进行路基施工，并对气泡混合轻质土制备工艺和施工方案进行研究。

3 气泡混合轻质土工程特性分析

3.1 原材料设计

3.1.1 发泡剂[1]

项目选用复合类型的发泡剂材料，首先采用发泡机对发泡剂进行稀释处理，后对其主要性能指标进行检测，检测结果如表1所示。

3.1.2 水泥

选用P·O42.5R型号水泥材料，该水泥的物理性能和化学性能指标如表2、表3所示。

3.1.3 粉煤灰

项目选用Ⅱ级粉煤灰材料，其主要技术指标如表4所示。

3.2 制备工艺

气泡混合轻质土的制备主要通过预制泡沫、制备胶凝材料浆体和泡沫浆体搅拌三个关键工序实现，其制备工序流程如图1所示。气泡混合轻质土的制备原理为物理发泡，具体为将发泡剂在水中进行稀释溶解成溶液，再采用高压空气机制备泡沫，通过调节气压来调整泡沫密度[2]。其制备流程具体如下：

（1）采用机械设备来搅拌气泡混合轻质土，提前对搅拌机进行清理，且预拌搅拌量在搅拌机1/4左右的同类型气泡混合轻质土混合料。

（2）对各原材料进行称重处理，称重偏差控制在±0.55左右，向搅拌机中掺加水泥、粉煤灰、水等材料并搅拌2 min左右，以制得胶凝材料，搅拌保持均匀连续，避免出现离析。

（3）结合设定的稀释倍率配置发泡剂溶液，调整阀门将发泡液制备成泡沫，直至泡沫可均匀从出口流出，泡沫的密度宜控制在48～52 kg/m3范围内。

（4）将泡沫结合设计比例均匀加入胶凝材料中搅拌2～4 min。

（5）将拌和得到的气泡混合轻质土均匀倒入模具中，模具內壁提前涂刷一层脱模剂，装模完毕后采用保鲜膜进行覆盖，严禁出现晃动，避免气泡破灭。

（6）成型1～2 d后进行拆模处理，拆出的试件放入塑料袋内进行密封处理，并放置养护室中按照龄期进行养生处理。

3.3 配合比设计

由于气泡混合轻质土的流动性较低，其混合料泵送所需压力较大容易堵管，且其混合料若在管道中长时间滞留时容易产生离析，因此在进行气泡混合轻质土施工前应充分考虑气泡混合轻质土流动性的情况下进行必要的配合比设计。气泡混合轻质土中重要成分之一为拌和水，用于提升施工和易性和水化反应。气泡混合轻质土的水灰比会直接影响其泵送过程中的流动阻力，因此也须严格控制其水灰比大小[3]。气泡混合轻质土设计指标如表5、表6所示。

4 气泡混合轻质土施工工艺研究

4.1 气泡混合轻质土制备

提前对各项原材料进行室内性能试验，结合试验结果来确定各项原材料的具体掺入含量，再结合数据对比进行配比优化。严格按照优化后的配合比制备气泡混合轻质土，并做好妥善存储。气泡混合轻质土的制备主要包括泡沫预制、胶凝材料浆体制备、泡沫与浆体均匀混合搅拌三个关键环节。气泡混合轻质土发泡方式主要采用物理发泡，即将发泡剂稀释溶于水，配置成溶液，通过高压空气机制得泡沫，可以通过调节空压机中的气压大小来控制泡沫密度。

4.2 性能测试

4.2.1 湿容重测试

气泡混合轻质土的单位体积重量为湿容重，须遵循《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》（CJJT 177—2012）相关规范进行展开，其具体步骤为：将气泡混合轻质土拌合物搅拌均匀后倒至塑料烧杯并将其装满，并确保在取样后的5 min内完成;采用电子秤对标准筒进行称量处理，再将拌合物缓慢倒至标准筒内，采用平口刀轻敲筒壁，保证试样充满标准筒，并采用平口刀对表面进行刮平处理，再一齐进行称重处理;重复上述试验，取两次试验结果的算术平均值作为气泡混合轻质土的最终湿容重。

4.2.2 流动度测试

评价新拌气泡混合轻质土流动性的主要指标为流动度，需遵循《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》（CJJT 177—2012）相关规范进行展开，其具体步骤为：先采用塑料烧杯取适量新拌气泡混合轻质土拌合物，再将试样缓慢倒至空心圆筒内，采用平口刀轻敲使试样充满空心圆筒并将筒口处刮平;缓慢将空心圆筒垂直提起，此时试样会自然坍落，时间控制在3～7 s之内;静置1 min后结合钢尺测量坍落体最大水平直径;重复上述试验，取两次试验结果的算术平均值作为气泡混合轻质土的最终流动度。

4.2.3 抗压强度测试

由于气泡混合轻质土内含有许多微小且封闭的气孔，其受力情况较为独特，需遵循《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》（CJJT 177—2012）相关规范进行展开，试件规格设定为100 mm×100 mm×100 mm，一组三块，其具体步骤为：首先对试件按照规定龄期进行养护，且确保试件表面无明显缺陷;测量尺寸后选取较平整一面作为承压面，对准压力机上下板与试件的位置，进行碾压试验，加荷速率控制在2 kN/s左右，待试件内部出现明显裂缝时即可停止碾压;取三块试件抗压强度算术平均值作为气泡混合轻质土最终抗压强度。

4.3 施工准备

正式施工前施工单位根据设计方案和图纸于规划好的路基横断面位置设置相应的坡脚桩体结构，且对原路基边坡进行适当地开挖，以提高新旧路基之间的整体拼接效果。待挡板混凝土浇筑完成后及时将表面杂物进行清除，并采用砂浆砌筑的方式在外部设置一层挡板。

4.4 设备管路布设

正式施工前施工单位应规划好气泡混合轻质土拌和区域，合理控制气泡混合轻质土拌和位置、泵送范围和距离等。同时对混凝土泵送管路距离进行合理规划，提前做好地形地质勘察，结合实际情况确定出合理的管路布设图纸，管路中各接头连接紧密，严禁在泵送中出现脱管、炸管现象，不得存在管路弯折，一定情况下可适当减少管路长度。泵送管路出口处和上部应分别安装截止阀门和出气阀门[4]，以均衡管路内部压力，防止存在真空。

4.5 泵送施工

管路布设完毕后应立即进行气泡混合轻质土的泵送施工。施工技术人员首先对管道内部进行润湿再干燥，以均衡管内压强差，防止裂管和爆管现象发生。气泡混合轻质土的泵送应遵循先慢后快，在泵送过程中定期检查管内压力。此外，泵送还应保持连续均匀，严禁出现停滞时间大于30 min的现象，泵送完毕后应立即对各阀门和管道内壁进行清洗，以防止混凝土凝结而污染管路，方便下次直接使用。

4.6 故障处理

在气泡混合轻质土的泵送施工过程中容易存在管路堵塞、脱落等现象，为保证气泡混合轻质土整体施工质量，应及时定期进行必要故障排查处理。若存在气泡混合轻质土堵塞管路现象，施工技术人员可采用轻锤的方式来轻敲管路，若仍存在堵管，此时应及时停止泵送，并将堵塞处的管路拆卸，清理完毕后再连接固定好各拆件，检查无误后继续进行泵送。若存在脱管问题，应立即暂停泵送工作，对管路各项区域位置进行详细排查。

5 结语

现阶段高速公路改擴建施工常用气泡混合轻质土作为路基填料，其具有施工简单、成本低廉、质量易于保证等特性。该文为研究气泡混合轻质土在公路改扩建中的应用，首先阐述了气泡混合轻质土的原材料设计、制备工艺以及配合比设计，重点对气泡混合轻质土施工工艺进行研究。研究结果表明，采用气泡混合轻质土可作为路基填料可较好应用于公路改扩建工程中，具有较好的可行性和实用性。

参考文献

[1]林邦瑞. 现浇式气泡混合轻质土在改扩建工程的应用——以泉南高速公路为例[J]. 福建建材， 2021（4）： 64-65+100.

[2]王新宇. 高速公路改扩建工程中的气泡混合轻质土施工质量控制研究[J]. 广东建材， 2020（4）： 38-40.

[3]陈向阳. 气泡混合轻质土在古武高速公路互通改扩建中的应用[J]. 公路交通科技（应用技术版）， 2019（11）： 52-54.

[4]杨力源， 赵绪涛. 气泡混合轻质土施工技术在道路改扩建工程中的应用[J]. 黑龙江科技信息， 2015（20）： 248.