泡沫輕質(zhì)混凝土在綠色生態(tài)道路工程中的應(yīng)用

胡 藝

（廈門信息集團(tuán)建設(shè)開發(fā)有限公司， 福建 廈門 361021）

綠色生態(tài)道路是以質(zhì)量?jī)?yōu)良為前提，以節(jié)約資源、環(huán)保生態(tài)、高效節(jié)能、服務(wù)提升為主要特征的道路，是實(shí)現(xiàn)道路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展的重要前提。

1 定義

利用發(fā)泡裝置將發(fā)泡劑水溶液制成泡沫[1]，并與水泥、骨料、摻和料、水及其他外加劑成分按一定的比例充分混合均勻，制成料漿，硬化后所形成的一種含有大量輕微孔洞的輕質(zhì)土工材料。施工時(shí)通過專用的攪拌機(jī)攪拌，攪拌機(jī)配備上料區(qū)、旋轉(zhuǎn)攪拌區(qū)、配套主機(jī)等系統(tǒng)，作業(yè)時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝料，通過攪拌設(shè)備、起泡設(shè)備完成攪拌并經(jīng)過自帶的泵送設(shè)備通過高壓管道泵送送至施工工作面。

2 特性

泡沫輕質(zhì)混凝土技術(shù)通常用設(shè)計(jì)好的機(jī)械設(shè)備將泡沫劑水溶液制備成泡沫，[2]再將這些泡沫加入含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種不同外加劑等組成的料漿中，經(jīng)過充分混合攪拌、澆注系統(tǒng)成型、養(yǎng)護(hù)保養(yǎng)工作而成的一種大量輕微孔洞建筑材料。由于含有大量封閉的細(xì)孔，具有以下良好的物理力學(xué)性能（重量輕，整體性和直立性好，流動(dòng)性高，防水性能強(qiáng)，耐久性好，強(qiáng)度范圍廣，抗震性強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保）和安全性等。

2.1 重量輕

泡沫輕質(zhì)混凝土材料因其材料內(nèi)部均勻分布大量的獨(dú)立閉合膠質(zhì)氣泡，氣泡膜是一種具有較強(qiáng)韌性的物質(zhì)，氣泡之間互不通水，從而使建筑材料的容重最小可達(dá)150 kg/m3，相當(dāng)于一個(gè)普通商品混凝土的1/2～1/10。施工管理過程中，輕質(zhì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)荷載小，可以減少對(duì)工程建設(shè)其他結(jié)構(gòu)層的擾動(dòng)。

2.2 整體性和直立性

泡沫輕質(zhì)混凝土采用水泥為固化劑，具有與普通混凝土初凝、終凝等特性，硬化后具有良好的直立性。泡沫輕質(zhì)混凝土可分層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆注施工，固化后對(duì)擋土墻等結(jié)構(gòu)幾乎不存在向外的推擠力且與工程的主體相互緊密貼合，因此可以現(xiàn)場(chǎng)采用垂直分層澆筑，從而簡(jiǎn)化施工防護(hù)、減少橋臺(tái)等設(shè)計(jì)。

2.3 耐久性好

泡沫輕質(zhì)混凝土屬于水泥基的建筑材料，其使用壽命與混凝土同等，具備極好的耐久性。

2.4 流動(dòng)性高

攪拌混合后的泡沫輕質(zhì)混凝土漿料呈液體狀態(tài)發(fā)展，可以通過自帶的管道系統(tǒng)經(jīng)泵送設(shè)備進(jìn)行泵送，現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)垂直高度100 m、水平距離500 m的遠(yuǎn)距離輸送，可流動(dòng)至作業(yè)面的各個(gè)角落和縫隙。

2.5 強(qiáng)度范圍廣

通過配合比進(jìn)行調(diào)整水泥等膠凝材料的種類和摻用量、發(fā)泡劑和發(fā)泡倍率、氣泡群密度，使得泡沫輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度可在0.4 MPa～2.2 MPa的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以滿足不同施工部位的施工需求和設(shè)計(jì)需求。

2.6 節(jié)能環(huán)保

原料為通用硅酸鹽或硫鋁酸鹽水泥、水和發(fā)泡劑。其中大部分發(fā)泡劑材料都接近中性，不含苯、甲醛等有害物質(zhì)，避免了環(huán)境污染和消防隱患，可大量利用粉煤灰、礦渣、石粉等工業(yè)廢料，能夠有效減少土地開挖量、節(jié)約土地資源且無毒無害，不會(huì)損壞周邊范圍土地的自然環(huán)境和性質(zhì)。

2.7 安全性

安全性除體現(xiàn)在強(qiáng)度、填筑體的抗滑抗傾覆穩(wěn)定性和包括地基在內(nèi)的整體穩(wěn)定性等要求外，還體現(xiàn)了耐久性的要求。耐久性是指使用期間在循環(huán)加載、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、長(zhǎng)期暴露等條件下，泡沫輕質(zhì)混凝土的性能指標(biāo)不會(huì)明顯衰減。由泡沫輕質(zhì)混凝土耐久性試驗(yàn)(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所檢測(cè))可以看出（見圖1）：當(dāng)離路面頂面的厚度大于25 cm時(shí)，汽車等外部荷載所引起的附加應(yīng)力不超過總應(yīng)力的1/5（0.14 MPa）；若泡沫輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度取疲勞強(qiáng)度均值0.88 MPa，其應(yīng)力比Y=0.16，則泡沫輕質(zhì)混凝土路基可使用N≈1029次。顯然能足夠抵抗汽車動(dòng)荷載，使用年限完全足夠。

圖1 泡沫輕質(zhì)土耐久性試驗(yàn)（圖片來源：作者自繪）

3 主要應(yīng)用

根據(jù)不同的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)分析及泡沫輕質(zhì)混凝土材料特性，泡沫輕質(zhì)混凝土在道路工程、橋梁工程中主要應(yīng)用于橋臺(tái)臺(tái)背填土、橋梁減跨、山區(qū)陡峭路段的路基填筑等[3]。

3.1 橋臺(tái)臺(tái)背填土

橋頭跳車問題是一個(gè)暫時(shí)無法解決的世界性難題，橋梁工程在運(yùn)營(yíng)階段的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的80%使用在道路橋梁的過渡段落及橋臺(tái)臺(tái)背的回填位置，橋頭跳車的主要影響因素是臺(tái)背回填土的土質(zhì)不符合要求、壓實(shí)度不足、不均勻沉降，而現(xiàn)有工藝是將原有路面采用銑刨后進(jìn)行攤鋪一層新道路路面的施工工法，從而消除減少通車運(yùn)營(yíng)后的不均勻沉降導(dǎo)致的現(xiàn)有路面的坡度差；由于銑刨后加鋪路面增加了路面厚度，也增加了永久荷載，維修保養(yǎng)后的總沉降將進(jìn)一步加大，必然會(huì)在后期的某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)再次采用同樣的加鋪道路路面的施工工法進(jìn)行維修，如此反復(fù)不但會(huì)導(dǎo)致后期維修與后期繼續(xù)產(chǎn)生沉降的惡性循環(huán)，還存在施工時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用過高等問題。泡沫輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用，可有效解決軟基路段預(yù)壓不充分遺留的工后沉降、橋頭跳車問題。

在橋臺(tái)與道路路基之間填筑楔形泡沫輕質(zhì)混凝土可使橋臺(tái)與道路路基相交部位附近沉降曲線的梯度變化減緩，甚至均勻。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）可以很大程度地降低施工填土荷載重量，減輕構(gòu)造物背后的土體壓力，減少路基的附加應(yīng)力，抑制路基的差異沉降和側(cè)移，提高路堤和路床的整體性和穩(wěn)定性。

（2）緩解橋臺(tái)與路基結(jié)合部材料的剛性突變。

（3）減少差異沉降和不均勻沉降、徹底消除臺(tái)背路堤填料本身的工后沉降。

（4）泡沫輕質(zhì)混凝土硬化后具有良好的直立性，不會(huì)對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向壓力，所以幾乎不會(huì)有推擠。

（5）縮短施工建設(shè)工期。

圖2 臺(tái)背沉降曲線示意圖（圖片來源：作者自繪）

3.2 橋梁減跨

當(dāng)上跨既有道路的跨線橋梁高度較高時(shí)，常規(guī)橋梁跨數(shù)和橋梁長(zhǎng)度通常是以兩個(gè)臺(tái)前錐坡坡腳凈距作為設(shè)計(jì)的控制依據(jù)。而為了解決橋梁橋臺(tái)錐坡放坡長(zhǎng)度過長(zhǎng)的問題，通常設(shè)計(jì)結(jié)果是橋梁總長(zhǎng)遠(yuǎn)大于所跨既有道路要求的寬度，其實(shí)原本1跨橋橋梁就能解決的跨越既有道路問題通常需要2～3跨才能解決，若設(shè)計(jì)用薄壁式橋臺(tái)，會(huì)因橋臺(tái)后背填土過高，土體側(cè)向壓力大，施工的橋臺(tái)會(huì)存在質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)；為了抵抗后背土體側(cè)向壓力，勢(shì)必出現(xiàn)提高薄壁橋臺(tái)樁基及臺(tái)身的工程造價(jià)。

圖3 橋梁減跨工法示意圖（圖片來源：作者自繪）

4 質(zhì)量控制因素

發(fā)泡液、發(fā)泡設(shè)備、攪拌設(shè)備和膠凝材料，這四個(gè)要素是決定泡沫輕質(zhì)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量的主要因素[4]。

4.1 發(fā)泡液

發(fā)泡液就是發(fā)泡劑與水溶液在發(fā)泡設(shè)備的作用下將空氣引入，而產(chǎn)生大量泡沫群的一種混合物質(zhì)。發(fā)泡液是影響泡沫輕質(zhì)混凝土澆筑穩(wěn)定性質(zhì)量的第一要素，主要決定了稀釋倍率、泡沫數(shù)量（即發(fā)泡倍率）、氣泡群密度的穩(wěn)定性和發(fā)泡設(shè)備一同影響泡沫的泌水率。

4.2 發(fā)泡設(shè)備

發(fā)泡設(shè)備決定了發(fā)泡劑是否可以制成一群質(zhì)量合格的氣泡群，制成的氣泡群質(zhì)量、氣泡群的密度和氣泡群的均勻性，也影響氣泡群的適應(yīng)性及濕容重。

4.3 攪拌設(shè)備

攪拌設(shè)備是將水泥基漿料與氣泡群攪拌混合成為泡沫輕質(zhì)混凝土的設(shè)備，攪拌設(shè)備決定了施工過程中泡沫輕質(zhì)混凝土的速度和均勻性，影響氣泡群的穩(wěn)定性和氣泡存留率。

4.4 膠凝材料

膠凝材料決定了泡沫輕質(zhì)混凝土的抗壓強(qiáng)度[5]。當(dāng)然，其與外加劑、發(fā)泡劑性能、氣泡群質(zhì)量和氣泡群摻量、氣泡群密度等也有很重要的關(guān)系，同時(shí)也影響泡沫輕質(zhì)混凝土的穩(wěn)定性和流動(dòng)度。

圖4 泡沫輕質(zhì)混凝土制備工藝流程（圖片來源：作者自繪）

5 結(jié)語

綠色道路是以牢固樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念，落實(shí)“四個(gè)交通”發(fā)展要求，促進(jìn)道路發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)，建設(shè)以質(zhì)量?jī)?yōu)良為前提，以資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效、服務(wù)提升為主要特征的綠色道路，實(shí)現(xiàn)道路建設(shè)的健康可持續(xù)發(fā)展。而泡沫輕質(zhì)土具有減少填土荷載重量，減輕附加應(yīng)力和土體側(cè)壓力，抑制了軟土地基的沉降和破壞，增大穩(wěn)定、安全系數(shù)，節(jié)約資源，施工高效便捷，工期短，生態(tài)環(huán)保等一系列優(yōu)勢(shì)，有利于交通工程施工的順利進(jìn)行。因此，泡沫輕質(zhì)土在交通工程中有著非常廣闊的應(yīng)用前景，是非常值得深入推廣的。