試分析巖土工程中泡沫輕質材料的作用

李焱

引言：伴隨著巖土工程的迅速發展，很多新的技術與材料被應用起來。泡沫輕質材料作為一種重量輕、隔熱性能好的巖土工程新材料已經在很多領域的巖土工程中得到了廣泛的應用。但就當前的巖土工程新技術的應用現狀來講，還尚處于起步的階段，本文針對EOS、SLS、FLM等新型輕質材料的特征與功能進行分析，分別介紹了其在巖土工程中的使用。

一、泡沫輕質材料概述

隨著新技術與新材料的出現，泡沫輕質材料在巖土工程中的應用越來越多。泡沫輕質材料是指密度為0.3-1.0g/cm?，導熱系數在0.08-0.29W/（m.K）范圍內的材料。就當前建筑工程對于泡沫輕質材料的應用上來看，應用最多的就是輕骨料混凝土、加氣混凝土與泡沫混凝土，前兩者主要用于建筑結構方面，而泡沫混凝土則常常用在屋面板與熱力管道的保溫層中。輕質材料主要包括EPS、SLS、FLM等幾種類型的材料，EPS通常適用于巖土工程的路堤處理上，密度為0.02-0.04 g/cm?之間，大約是普通土密度的1/70-1/50，屬于輕質的材料。使用后可以有效減少路堤的重量，但其蠕變性較大，長期強度不高，所以就應用來說還存在一些缺陷。

而SLS材料相對來說密度要大一些，且比EPS材料價格相對便宜，主要由輕骨料、水泥與其他一些材料攪拌、壓制而成，主要運用于公路地基的加固操作，可有效的減少沉降，縮短工期，降低成本造價，以成為當前首選的輕質材料之一。

二、泡沫輕質材料的特征

1、泡沫輕質材料的研制

泡沫輕質材料主要由水泥、泡沫劑以及水，還有一些砂、粉煤灰等摻合料組成，為滿足應用的廣泛性，與穩定性、封閉性要求，拌合時會加入少量的膨潤土。而在實驗時首先加入水泥、砂以及粉煤灰等材料用水進行混合，讓混合后的漿體稠度達到要求，再用水將泡沫劑進行一定程度的稀釋，攪拌成泡沫漿，保證其穩定性。最后才將泡沫漿與水泥漿混合，攪拌均勻后的泡沫水泥砂漿要進一步保證其稠度與流動性以及可泵性，最終才能倒入模具中進行養護室內的養護，經過規定的齡期后再測試其抗壓強度。

2、泡沫輕質材料的力學特征

水泥含量與材料密度、含氣量等因素是決定泡沫輕質材料力學指標的重要因素。配方的泡沫輕質材料力學指標也有所不同，就下表1中顯示，在水泥含量為每立方米80-276kg的范圍內，密度在0.617-1.07 g/cm?，其單軸強度為0.17-1.08MPa。從這個范圍內的輕質材料配比可以看出，因工程的配比與密度要求，泡沫輕質材料在干燥狀態的抗壓強度小于飽和狀態的抗壓強度，其強度損失基本在10%-28%左右。因泡沫材料具有多空機構，強度由空隙之間的膠結物強度和毛細連接強度決定，因此，在干燥狀態下，毛細力消失，所以強度就會降低，所以特別適用于含水量較大的巖土工程環境。在實際的工程應用中，對于強度的要求較高，密度要求低時，只需要增加水泥的用量與泡沫劑的用量就可以達到效果。針對密度要求低的要求，可以適當的減少水泥用量，適當增加其他材料的用量，總體配置滿足工程需求，且經濟節約的泡沫輕質材料。

表1 不同配方的泡沫輕質材料力學指標

注：Rs為飽和狀態時的抗壓強度，Rd為干燥狀態時的抗壓強度，濕密度是指漿體的澆注密度。

三、泡沫輕質材料在巖土工程中的具體應用

1、泡沫輕質材料的優點分析

前面說到，泡沫輕質材料的自身重量輕，流動性強，因此可以減少工程荷重，通過泵壓送的方式，可以方便的在邊角地區進行灌注并不受限制。其次，泡沫輕質材料在灌注后不需要壓實操作，需要的設備機械比較小，能實現提高施工效率的目標。如果要在1km的范圍內施工，只需要一個可以接500長管道的攪拌裝置進行壓送就可以了，其自立性能好，凝固后能直立起來，可以做支承簡易墻體，還可以用來坐模板。另外，水泥、砂石以及泡沫劑等材料可以進行輕松的調整，以設計要求制作出需要強度的材料，而且搬運機械較少，施工體積卻很大。

2、泡沫輕質材料的主要應用

2.1 針對軟弱地基的處理可以采用泡沫輕質材料來置換掉軟土層，經過科學的材料配比，可以制作出地基所需要的材料強度，將輕質材料作為輕質填土置換軟土地基，保證地基不會產生較大的沉降，且工程可以及時開工，將進一步節約了成本與時間。

2.2 用于陡坡地區進行土坡穩定時，可以用泡沫輕質材料來置換掉坡頂的一些土壤，從而達到減輕土坡重量，增加土坡穩定性的效果。另外，對于較為陡峭的山坡填土施工來說，普通的填土材料缺乏穩定性，施工操作也比較困難。因此，泡沫輕質材料不僅有良好的自立性，更能在陡坡上保持自身的穩定性，非常易于施工操作。

2.3 泡沫輕質材料可以減輕土的壓力，還能拓寬填土施工。將輕質材料作為擋土墻的填料，不僅可以減少豎向的荷載，更是一種良好的膠結材料，不易產生側向的荷載，為減少沉降，節約事故處理費用提供了良好的前提。如果是城市施工需要拓寬路堤時，更可以采用泡沫輕質材料來解決，不需要放坡便可以保持穩定，并且不易出現較大的沉降現象，也可以省去地基處理環節，是城市拓寬填土施工的重要措施。

結語

由此看來，泡沫輕質材料在巖土工程上的應用對實現節約工程成本，實現各階段巖土施工難點，進一步推動巖土事業發展有著重要的意義。我們應大力的發展和使用泡沫輕質材料在各個領域中的使用，進一步發揮其各項優點，實現自我價值。

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（作者單位：重慶市黃浦建設（集團）有限公司）