孫 富

中交隧道工程局有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000

1 泡沫混凝土概述

隨著社會的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，能源短缺成為很多國家目前面臨的嚴(yán)重問題，只有提高能源使用效率、節(jié)省能源使用量才能解決這一問題。因此，目前很多建筑工程項(xiàng)目在施工時越來越注重使用保溫隔熱性能良好的材料。泡沫混凝土主要由無機(jī)膠凝材料制成，只需往該物質(zhì)中添加泡沫，使之出現(xiàn)穩(wěn)定的氣孔結(jié)構(gòu)，即可制成泡沫混凝土[1]。因?yàn)榕菽炷僚_背回填技術(shù)不僅能降低容重，回填的材料不需要開展碾壓作業(yè)，還具有施工工期短、經(jīng)濟(jì)效益高等顯著優(yōu)點(diǎn)，所以其作為土建行業(yè)高新技術(shù)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家深受歡迎并被廣泛使用[2]。

泡沫混凝土除了具備優(yōu)質(zhì)的保溫隔熱性能，在密度、延展性等方面也有明顯的優(yōu)勢。此外，該材料成本較低、施工難度低，相比于其他材料更適合應(yīng)用在基坑回填環(huán)節(jié)中。目前，國內(nèi)越來越多的道路工程項(xiàng)目使用了這一材料，顯著提升了道路的安全性能，延長了使用壽命。

2 原材料選取

文章選取某實(shí)際項(xiàng)目作為研究對象，該項(xiàng)目中橋臺填筑材料選用泡沫混凝土，項(xiàng)目規(guī)定其路床濕容重為6.5kN/m3，路基濕容重為6kN/m3，同時兩者的28d抗壓強(qiáng)度分別大于1.0MPa、0.5MPa，流動度大小維持在160～200mm。泡沫混凝土的強(qiáng)度、容重、流動度指標(biāo)的大小將對其性能產(chǎn)生重要影響，因此設(shè)定上述指標(biāo)以保障泡沫混凝土的使用性能。通過檢測，項(xiàng)目涉及的所有材料都滿足專業(yè)應(yīng)用技術(shù)規(guī)定，詳細(xì)使用指標(biāo)如下：

（1）水泥。水泥主要成分是P·042.5硅酸鹽，其密度超過3000kg/m3，滿足硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)要求；

（2）水泥發(fā)泡劑。城市快速路項(xiàng)目中使用較多的是WF-600型號水泥發(fā)泡劑，其密度超過900kg/m3，滿足泡沫混凝土中的相關(guān)規(guī)定，滿足該項(xiàng)目使用要求；

（3）拌和用水?？蛇x用施工場所周圍的河水，通過試驗(yàn)檢測，河水滿足設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 泡沫混凝土技術(shù)參數(shù)

選擇合適的參數(shù)展開研究分析關(guān)系到能否設(shè)計(jì)出科學(xué)的泡沫混凝土配合比。文章在研究時將泡沫混凝土路床作為參考，便于更好地研究其配合比。

（1）干密度。對于泡沫混凝土而言，干密度是一個基礎(chǔ)性的物理指標(biāo)，從根本上影響配合比的設(shè)計(jì)[3]。專業(yè)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程指明，泡沫混凝土的成分選擇取決于項(xiàng)目所需的干密度指標(biāo)。在該項(xiàng)目中，查詢技術(shù)規(guī)程得出路床項(xiàng)目中泡沫混凝土的干密度屬于A06級，具體數(shù)值為6kN/m3。

（2）強(qiáng)度。若將泡沫混凝土填筑在臺背中，其強(qiáng)度同樣是影響配合比的關(guān)鍵因素之一，即28d抗壓強(qiáng)度必須超過1.0MPa，可以略微超過標(biāo)準(zhǔn)，使其結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

（3）水泥配比。在絕大多數(shù)情況下，可以通過在泡沫混凝土中添加水泥以起到固化效果，即在常溫環(huán)境下水泥凝固后將處于固化狀態(tài)，如果將其填充到泡沫混凝土中，可以提升整體強(qiáng)度及性能，因此經(jīng)研究決定選用水泥干物料作為施工材料。

（4）水料比（水灰比）。泡沫混凝土在配比時可以以水和干物料的配合比為依據(jù)。干物料的主要成分為水泥，而添加的水資源量往往取決于水泥水化所需耗費(fèi)的水量，以及施工預(yù)制、攪拌所需的水量。

3.2 泡沫混凝土設(shè)計(jì)思路

首先通過下式進(jìn)行設(shè)計(jì)：

式中：P干為干密度大小，按照設(shè)計(jì)規(guī)定，該項(xiàng)目中干密度數(shù)值取600kg/m3；Sa為待預(yù)制好的泡沫混凝土靜置養(yǎng)護(hù)28d后，干物料質(zhì)量及內(nèi)部非蒸發(fā)物質(zhì)量的系數(shù)值大小，參考該項(xiàng)目，普通硅酸鹽水泥值為1.2；Mc為每立方米泡沫混凝土所需要的水泥質(zhì)量，kg。由此，計(jì)算出水泥質(zhì)量為500kg/m3。

式中：Mw為每立方米的泡沫混凝土所需使用的水資源質(zhì)量，kg；φ為水灰比，隨泡沫混凝土流動性適當(dāng)調(diào)整，通常情況下維持在0.5～0.6。

基于此，可以計(jì)算出水資源使用量為300kg/m3。

式中：V為每立方米的泡沫混凝土所需的泡沫質(zhì)量，kg；K為富余系數(shù)，該系數(shù)值大小取決于所使用的發(fā)泡劑數(shù)目、預(yù)制時間及損耗，該項(xiàng)目測試過程中需要選用穩(wěn)定性能較強(qiáng)的發(fā)泡劑，使K維持在1.1～1.3；V1為摻入發(fā)泡劑前，水泥、粉煤灰等物質(zhì)的體積，m3；V2為泡沫添加量，m3。

通過計(jì)算得出為0.645m3。

綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和泡沫混凝土自身的各項(xiàng)性能指標(biāo)，可以初步設(shè)計(jì)出配合比。隨后，在維持水膠比、發(fā)泡劑稀釋狀況之類的指標(biāo)參數(shù)固定的前提下，適當(dāng)修改水泥摻入量，得出三種配合比，如表1所示。

表1 A06泡沫混凝土配合比 單位：kg

3.3 泡沫混凝土相關(guān)指標(biāo)試驗(yàn)方法

將施工模擬區(qū)域作為試驗(yàn)點(diǎn)，用來測試三種配合比的泡沫混凝土性能，同時依照《泡沫混凝土》（JG/T 266—2011）第7.3.3條中所規(guī)定的混泡沫凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，依照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)有序開展試驗(yàn)，詳細(xì)對比三種配合比下混凝土的流動度、濕容重指標(biāo)及其內(nèi)部氣泡結(jié)構(gòu)的均勻度。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 泡沫混凝土性能檢測結(jié)果

要想獲得質(zhì)量達(dá)標(biāo)的泡沫混凝土，混凝土流動度是最關(guān)鍵的因素。此外，濕容重、強(qiáng)度等性能指標(biāo)同樣在很大程度上影響最終質(zhì)量，需要在配制時予以重視[4]。文章共設(shè)計(jì)了三種類型的泡沫混凝土，通過對比試驗(yàn)觀察其各項(xiàng)指標(biāo)，并如實(shí)記錄匯總，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 泡沫混凝土流動度、濕容重、28d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）研究該材料的流動度測試結(jié)果。無論是哪一編號的泡沫混凝土，其流動度均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保持在160～200mm。在實(shí)際施工時，會受到外界天氣等環(huán)境因素的干擾，因此可以根據(jù)實(shí)際施工情況適當(dāng)添加水量，確保其流動度穩(wěn)定控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。此外，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增加用水量不僅能起到稀釋的效果，還能讓內(nèi)部氣泡均勻在水泥漿液內(nèi)部結(jié)構(gòu)中流動，提升整體流動性。

（2）研究該材料的濕容重指標(biāo)測試結(jié)果。由于該工程中這一材料被用在填筑工序中，即通過借助泡沫混凝土容重小、硬度大、流動性能佳等特征提升地基的抗壓能力，緩解給擋墻造成的推力，提升其減震效果。由于泡沫混凝土本身流動性能更佳，能夠均勻分布在不規(guī)則空間內(nèi)，在最大程度上減小沉降量，避免出現(xiàn)橋頭跳車。可見濕容重指標(biāo)同樣對其最終質(zhì)量至關(guān)重要。綜合比較得出，前兩種混凝土的配合比濕容重?cái)?shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)容重標(biāo)準(zhǔn)值，第三種混凝土的比濕容重與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差更小。泡沫混凝土的濕容重會在很大程度上左右地基的承重能力，基于此，三種混凝土材料中第三種更具優(yōu)勢。

（3）研究該材料的抗壓強(qiáng)度檢測報告。要想確保最終混凝土材料的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)需求，在試配時可以適當(dāng)提升設(shè)計(jì)強(qiáng)度。該項(xiàng)目測試過程中所有試配強(qiáng)度都選擇了設(shè)計(jì)指標(biāo)的110%。此外，當(dāng)確保強(qiáng)度值均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，還要考慮成本最小化，綜合對比后第三種混凝土經(jīng)濟(jì)效益最佳。

5 結(jié)束語

泡沫混凝土憑借其自身具備的環(huán)保、容重低、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好等優(yōu)勢，目前已被廣泛運(yùn)用于各類道路工程臺背回填工程。文章通過對這一材料的配合比展開詳細(xì)分析研究，掌握泡沫混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，提升了項(xiàng)目泡沫混凝土的性能，優(yōu)化了原有的泡沫混凝土配合設(shè)計(jì)，有效節(jié)約了項(xiàng)目成本，可為類似項(xiàng)目提供參考。