道路用泡沫混凝土配合比设计与应用研究

摘 要：道路工程属于城市化发展中最为常见的一种基础建设，扮演着连接城市血脉的关键角色。但传统道路建设存在一定问题，需要寻找一种更为环保、高效的替代方案。基于此，泡沫混凝土作为一种新型建筑材料，逐渐受到越来越多的关注。本文主要是对泡沫混凝土配合比设计要求与设计方法进行分析，并对道路用泡沫混凝土应用展开研究，旨在控制泡沫混凝土生产质量，促进工程建设效果提升。

关键词：道路；泡沫混凝土；混凝土配合比；设计；应用

1 前言

泡沫混凝土作为一种轻质混凝土，是由水泥、砂子、水和发泡剂经过混合之后形成的轻质混凝土，其密度相比普通混凝土更轻，具有良好的保温、隔热性能与吸音效果，同时具备优异的抗压强度、抗震性和抗冻融性能。将泡沫混凝土应用到道路工程当中，可发挥出减轻道路自重、减少地基沉降的重要作用，促进道路质量提升。但在对泡沫混凝土进行应用的过程中，容易因质量控制而存在一定问题，所以需根据实际需要来调节配合比例和泡沫量，让不同工程的要求得到有效满足，促进泡沫混凝土力学性能提升。

2泡沫混凝土配合比设计要求

2.1设计原则与目标

将泡沫混凝土应用在工程建设当中，需对其性能与生产流程（图1）进行有效把握，将其与普通混凝土之间的差异区分出来，并以“组成、结构、性能”为主要的配制原则，让其配合比设计与实际需求相符，更好地满足工程建设需求，促进工程质量提升[1]。

2.2技术参数与要求

技术参数的合理选择会对泡沫混凝土配合比设计的性能指标产生重要影响，其主要包括干密度、强度、导热系数、水泥配比、轻集料配比以及水料比。干密度属于泡沫混凝土的重要物理性能，各类材料的选择、用量均与该性能密切相关。一般可将干密度分为气干密度和绝干密度，前者即混凝土于自然空气中干燥后的密度，后者即混凝土于105℃～110℃下烘烤到恒定质量的表观密度。泡沫混凝土通常会因多孔性、吸水性影响，由绝干密度进行表示，可将泡沫混凝土养护后的干燥质量充分反映出来，具体需结合不同工程而定；泡沫混凝土强度主要由抗压、抗折、抗冲击强度构成，承重类工程以抗压强度为关键，板材制品对抗折、抗冲击强度更为关注，具体需要结合不同产品的技术要求进行确定。一般来说，为对泡沫混凝土的强度进行保证，需将配制值控制在大于强度标准值的3%～10%的范围内[2]；导热系数是对泡沫混凝土的保温情况进行衡量的重要标准，其设计需以干密度作为基础，因为干密度处于较低水平时，其导热率也处于较低水平，为对预期保温效果进行保证，需对导热系数进行关注；轻集料具有高孔隙率，因此显示出较高吸水率，同时，其密度处于较低水平，使得轻集料对产品的吸水率、密度、导热率产生较大影响，需对其配比与用量进行关注，一般是结合密度要求控制在150～1200 kg/m3范围内；水料比是泡沫混凝土的重要设计参数，是指总用水量与干物料质量之间的比值，且比值要对水泥水化反应的需求进行有效满足，要对其浇筑的容易程度进行保证，避免给浇筑的稳定性带来不良影响。

3泡沫混凝土配合比设计

3.1原材料的选择

3.1.1水泥

水泥在泡沫混凝土中扮演粘合剂的角色，其主要功能是对混凝土强度进行强化。泡沫混凝土多以常温状态展开养护，并将大量泡沫掺入其中，容易出现强度较低的问题，因此需对水泥用量进行关注，结合具体的工程要求和混凝土的性能目标来对水泥用量进行明确，让混凝土所需强度、稳定性得到有效保证。但是为了让混凝土容重处于合理状态当中，需尽可能降低水泥用量，避免造成材料成本增加问题。一般来说，水泥用量配合比需结合骨料的类型和粒度、泡沫稳定剂的用量、水灰比等因素做出综合考虑[3]。另外，水泥中不可添加会影响泡沫稳定的材料，可适当增加一定比例的熟料，促进水化速度加快，并对泡沫的稳定性进行强化。因此，可选用常见的P.O42.5R硅酸盐水泥作为主要水泥材料，对其物理性能、技术指标进行保证。

3.1.2粉煤灰

粉煤灰即煤粉经过燃烧后剩余的物质，将其应用在泡沫混凝土的制备当中，可发挥出良好的活性作用，让混凝土的强度和耐久性得到有效提升。同时，粉煤灰自身具备颗粒微小的特点，可对水泥颗粒之间存在的间隙进行有效填充，促使混凝土密实性获得有效提升，发挥出强化混凝土抗渗性、耐久性的重要作用。此外，粉煤灰具备的稳定特性能够让凝土的和易性得到有效改善，对离析现象进行有效抑制，让混凝土变得更加均匀、一致。总的来说，将粉煤灰用于泡沫混凝土，能够让其性能、质量得到有效提升，使其使用寿命获得有效延长。

3.1.3发泡剂

发泡剂属于泡沫混凝土的关键成分，其主要作用即产生气泡，让混凝土的体积呈现出膨胀现象，让密度得以降低，促进混凝土轻质性能提升。对发泡剂的质量进行衡量的指标主要有发泡倍数、坚韧性、泌水量，其性质与泡沫质量、用水量呈现出密切相关的关系，因此需对泡沫剂与用水量的比例进行有效控制。一般来说，可将稀释倍率、发泡率分别控制在≥40、≥20，产生的气泡需处于均匀、细微的状态，产生的气泡泌水率要处于较低水平[4]。泡沫能对气孔均匀性进行有效衡量，只有符合技术要求的泡沫才有利于良好气孔结构的形成。具体来说，要选择符合工程要求的发泡剂种类，如蛋白质发泡剂（图2），并且要通过实验来对其最佳比例进行确定，结合其他配合料做配比设计，确保泡沫混凝土能够正常生产和使用。

3.1.4稳泡剂

稳泡剂是可以增加泡沫稳定性的添加剂，让泡沫在混凝土中保持稳定的状态，使其不容易出现破裂或坍塌现象。虽然将稳泡剂加入发泡剂中会让发泡倍数呈现出一定降低现象，但可促进稳定性提升。常见的稳泡剂有有机稳泡剂和无机稳泡剂两种类型，前者具有较好的短期稳定性，后者具有长期稳定性、耐高温性，其用量需结合具体工程要求进行配比，避免给混凝土的强度和密实性带来不利影响。

3.1.5细集料、石灰和水

泡沫混凝土需以颗粒较小的细集料为主，通常为砂子、碎石，其作用即填充混凝土空隙，促使混凝土的密实性和强度获得提升，其具体比例需结合混凝土等级、用途进行确定。石灰的主要作用是对混凝土的性质进行调节，如控制凝结时间、提高耐久性等，通常是按照一定比例加入水泥当中。水的主要作用即搅拌、流动和凝固，其用量需结合配合比的要求来确定，过少会致混凝土难以流动，过多会对混凝土强度、密实度产生影响。

3.2配合比设计

3.2.1设计思路

现阶段的泡沫混凝土配合比设计尚无统一公式，主要是借助理论分析与经验参考来进行一系列的试验，以此对特定密度范围内的组分材料用量进行确定，并以实际生产作为依据，针对配合比参数做好灵活调整、优化。普遍来说，以表观密度作为基础展开设计是比较常见的设计思路。在设计过程中，需对泡沫混凝土的密度值、泡沫体积量进行关注，并对其性能展开检测，让其与实际施工需求保持相符。

3.2.2计算初步配合比

本次工程为道路改建工程，结合设计要求了解到泡沫混凝土的设计用量为3万m3，干重度、抗压强度、流动度分别为5.5～6.5 kN/m3、≥1.0 MPa、160 mm～200 mm。为对上述设计要求进行满足，首先要对泡沫混凝土的配置强度进行计算。立方体抗压强度标准值为fcu，k=1.0 MPa，然后结合DB33T 996-2015《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》（下文简称《规范》）中的要求将强度配制为fcu，o=1.05 MPa。其次，对混凝土材料用量进行计算。先要开展干密度试验，选取3块相同的试件置于60℃的电风干燥箱保温24h后，接着在80℃、105℃温度下烘干，直到其质量恒定，对试件长宽高进行计算，选取3次结果平均值做好干密度的计算。将《规范》中推荐的混凝土试验配合比设计经验值，选取水泥、水的用量分别为mc=450kg/m3、mw=270kg/m3，其中mw = φ （mc+mfa+m1 +ms）。然后结合《规范》中的计算要求针对单位体积的混凝土所需泡沫体积展开计算：Vf =1-mc /ρc-mw /ρw=0.584 m3，泡沫用量：mf =ρf×Vf =28.03 kg/m3。式中，φ代表水料比；mc、mfa、m1、ms、mw分别代表水泥、粉煤灰、细料、砂子和水的用量；Vf、mf分别代表泡沫体积与用量；ρc、ρw、ρf分别代表水泥密度、水密度、泡沫密度。最后，对基准配合比的材料用量进行确定，mc ： mf ： mw=450：28.03：270，经由搅拌的泡沫混凝土流动度为216 mm，与本次工程设计要求处于不相符状态，需对用水量进行调整，将其基准配合比确定为450：28.03：258[5]。

3.2.3配合比调整

对泡沫用量进行维持，将基准配合比作为基础，水泥量减少10%，其用量为mc =405 kg/m3，mc ： mf ： mw=405：28.03：258，经过搅拌的流动度为224 m，无法对设计要求进行有效满足。因此需将用水量调整为mw =240 kg/m3，流动度为192 mm，能够满足设计要求，其配合比确定为450：28.03：240。水泥量增加10%，其用量为mc=495 kg/m3，mc ： mf ： mw=495：28.03：258，经搅拌的流动度为173 mm，与设计要求保持一致。

4道路用泡沫混凝土的应用

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4.1原材料准备

道路用泡沫混凝土是一种轻质、高性能的建筑材料，主要用于路基填充当中，减轻土壤的重量负担，并有效降低路基沉降风险。其原材料主要包括水泥、沙子、水以及发泡剂等，要遵循上述配合比设计做好混凝土的准备工作，对最终施工效果的质量和稳定性进行有效保证。

4.2发泡与拌合

在对混凝土进行搅拌之前，需按照比例将发泡剂与水混合在一起，然后借助发泡机器将其打发成泡沫。接着将水泥、砂子和水按照计算好的配比放入搅拌机中，经过混合搅拌直到处于均匀混合状态，让泡沫可以均匀分布在混凝土中。然后对发泡好的泡沫与混合好的水泥砂浆进行拌合处理，避免出现过度搅拌现象，给泡沫稳定性造成不利影响。

4.3浇筑与固化

在对配制好的泡沫混凝土进行浇筑时，需对道路铺设的位置、现状进行明确，并对施工区域做好清理，将混凝土倒入道路铺设区域，并用镘刀进行均匀压实和抹平处理，对其平整度进行有效控制。完成浇筑后，需固化1d～2d，并在此过程中适当浇水，让混凝土表面保持适当湿润，促进混凝土强度和硬度提升。

4.4表面处理

完成混凝土固化处理后，需开展道路铺设工作，提前做好道路表面的清理工作，让其保持在无杂物状态。接着铺设泡沫混凝土，注意铺设时要力求平整，避免出现空鼓或裂缝。铺设完成后，对其表面进行必要的处理，如修整、打磨或者涂层，促进其耐久性和美观性强化。

5结论

综上所述，道路属于城市发展中的重要交通基础设施，不仅可以提供交通便利，还可促进城市发展。道路用泡沫混凝土作为一种新型建筑材料，具有轻质、保温、隔音等优异性能，在道路工程中的应用越来越多。为了将泡沫混凝土的优势充分发挥出来，需对其配合比进行合理设计，关注其原材料的选择与用量配比，将其科学地应用在道路工程建设实践当中，创造更安全、更耐久、更可持续的交通基础设施。

参考文献

[1]庄伟福.泡沫混凝土在路堤填筑中的应用研究[J].广东建材，2024，40（3）：110-113.

[2]高华，赵国庆，刘满金，等.基于含气量的泡沫混凝土配合比设计方法试验研究[J].混凝土，2024（1）：144-147+164.

[3]黄明洋，赵宝军，吴琛，等.泡沫混凝土的配合比设计及性能研究[J].中国建材科技，2023，32（4）：28-33.

[4]邓宇，任吉，谭春雷，等.泡沫混凝土砌块最佳配合比的确定[J].混凝土与水泥制品，2018（10）：64-67.

[5]杨波，靳壮壮，刘洋.基于有限元线性插值法的泡沫混凝土配合比优化[J].建筑结构，2023，53（S2）：1376-1380.

作者简介：连莲（1987.11-），女，汉族，山东荣成人，本科，中级职称，研究方向：混凝土配合比设计及质量控制。