李浩 王躍虎

摘要 為研究氣泡混合輕質(zhì)土在高速公路改擴建項目中的應(yīng)用，以提高路基整體性和穩(wěn)定性，從而提升公路整體通行能力。文章結(jié)合實際工程，首先闡述了氣泡混合輕質(zhì)土的原材料設(shè)計、制備工藝及配合比設(shè)計，重點對氣泡混合輕質(zhì)土施工工藝進行研究。研究表明，氣泡混合輕質(zhì)土可作為路基填料可較好應(yīng)用于公路改擴建工程中。

關(guān)鍵詞 高速公路;改擴建;氣泡混合輕質(zhì)土

中圖分類號 U414;U418.8 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0117-03

0 引言

隨著我國高速公路建設(shè)事業(yè)的不斷進步，截至目前，全國高速公路總里程已穩(wěn)居世界第一位，極大促進了人們的日常出行需求。由于全國社會經(jīng)濟的大力發(fā)展，車輛保有量也在不斷增多，早些年修建的高速公路通行能力已很難滿足目前的行車要求，針對此類問題，采用的較普遍方式為對公路進行改擴建處理，以增強公路整體通行能力。在高速公路改擴建建設(shè)項目中，路基填料的選取較為重要，現(xiàn)階段常用于氣泡混合輕質(zhì)土作為路基填料，其施工簡單、成本低廉、質(zhì)量易于保證等特性而應(yīng)用較為廣泛。該文圍繞氣泡混合輕質(zhì)土的工程特性、原材料設(shè)計以及制備工藝進行展開，重點研究其施工工藝，并在具體工程中進行應(yīng)用研究。

1 氣泡混合輕質(zhì)土工程特性

1.1 輕質(zhì)性

通常氣泡混合輕質(zhì)土內(nèi)部存在較多氣泡群和空隙，其容重相對較小，可通過改變固化劑和氣泡的比例來調(diào)整自身的強度和容重。

1.2 施工和易性

氣泡混合輕質(zhì)土具備一定的流通性，可在滿足長距離泵送要求，同時無需進行壓實和振搗，可極大減少施工周期。

1.3 耐久性

氣泡混合輕質(zhì)土屬于水泥類材料，因此具備耐熱性和耐久性，比一般的高分子材料的性能更高，可滿足大多數(shù)交通荷載要求。

1.4 環(huán)保性

氣泡混合輕質(zhì)土的原材料可選用工業(yè)廢渣或粉煤灰，可實現(xiàn)資源的二次循環(huán)利用，降低對環(huán)境污染的影響。

1.5 隔熱和滲透性好

由于氣泡混合輕質(zhì)土存在較多氣泡，且空隙率較大，進而其傳熱效果較差，自身的保溫隔熱性能良好。另外，由于內(nèi)壁氣泡為獨立封閉狀態(tài)，因此具備良好的防滲透性能。

2 工程概況

某高速公路建設(shè)項目全線長45.07 km，雙向六車道設(shè)計，設(shè)計速度為120 km/h，路基寬度為34.5 m，公路全線橋隧比共計41.5%，其中路基工程相對占比較大。該高速公路自建成通車投入運營到現(xiàn)在已有十余年，由于當?shù)芈糜螛I(yè)迅猛發(fā)展，經(jīng)濟水平不斷提高，日交通量逐年增多，現(xiàn)階段高速公路路面較多標段已出現(xiàn)不同程度的病害問題，同時公路通行能力已無法滿足目前的車流量需求，時常會出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，因此，需要對該高速公路進行必要的改擴建處理，通過綜合比較選擇采用氣泡混合輕質(zhì)土作為路基填料進行路基施工，并對氣泡混合輕質(zhì)土制備工藝和施工方案進行研究。

3 氣泡混合輕質(zhì)土工程特性分析

3.1 原材料設(shè)計

3.1.1 發(fā)泡劑[1]

項目選用復(fù)合類型的發(fā)泡劑材料，首先采用發(fā)泡機對發(fā)泡劑進行稀釋處理，后對其主要性能指標進行檢測，檢測結(jié)果如表1所示。

3.1.2 水泥

選用P·O42.5R型號水泥材料，該水泥的物理性能和化學(xué)性能指標如表2、表3所示。

3.1.3 粉煤灰

項目選用Ⅱ級粉煤灰材料，其主要技術(shù)指標如表4所示。

3.2 制備工藝

氣泡混合輕質(zhì)土的制備主要通過預(yù)制泡沫、制備膠凝材料漿體和泡沫漿體攪拌三個關(guān)鍵工序?qū)崿F(xiàn)，其制備工序流程如圖1所示。氣泡混合輕質(zhì)土的制備原理為物理發(fā)泡，具體為將發(fā)泡劑在水中進行稀釋溶解成溶液，再采用高壓空氣機制備泡沫，通過調(diào)節(jié)氣壓來調(diào)整泡沫密度[2]。其制備流程具體如下：

（1）采用機械設(shè)備來攪拌氣泡混合輕質(zhì)土，提前對攪拌機進行清理，且預(yù)拌攪拌量在攪拌機1/4左右的同類型氣泡混合輕質(zhì)土混合料。

（2）對各原材料進行稱重處理，稱重偏差控制在±0.55左右，向攪拌機中摻加水泥、粉煤灰、水等材料并攪拌2 min左右，以制得膠凝材料，攪拌保持均勻連續(xù)，避免出現(xiàn)離析。

（3）結(jié)合設(shè)定的稀釋倍率配置發(fā)泡劑溶液，調(diào)整閥門將發(fā)泡液制備成泡沫，直至泡沫可均勻從出口流出，泡沫的密度宜控制在48～52 kg/m3范圍內(nèi)。

（4）將泡沫結(jié)合設(shè)計比例均勻加入膠凝材料中攪拌2～4 min。

（5）將拌和得到的氣泡混合輕質(zhì)土均勻倒入模具中，模具內(nèi)壁提前涂刷一層脫模劑，裝模完畢后采用保鮮膜進行覆蓋，嚴禁出現(xiàn)晃動，避免氣泡破滅。

（6）成型1～2 d后進行拆模處理，拆出的試件放入塑料袋內(nèi)進行密封處理，并放置養(yǎng)護室中按照齡期進行養(yǎng)生處理。

3.3 配合比設(shè)計

由于氣泡混合輕質(zhì)土的流動性較低，其混合料泵送所需壓力較大容易堵管，且其混合料若在管道中長時間滯留時容易產(chǎn)生離析，因此在進行氣泡混合輕質(zhì)土施工前應(yīng)充分考慮氣泡混合輕質(zhì)土流動性的情況下進行必要的配合比設(shè)計。氣泡混合輕質(zhì)土中重要成分之一為拌和水，用于提升施工和易性和水化反應(yīng)。氣泡混合輕質(zhì)土的水灰比會直接影響其泵送過程中的流動阻力，因此也須嚴格控制其水灰比大小[3]。氣泡混合輕質(zhì)土設(shè)計指標如表5、表6所示。

4 氣泡混合輕質(zhì)土施工工藝研究

4.1 氣泡混合輕質(zhì)土制備

提前對各項原材料進行室內(nèi)性能試驗，結(jié)合試驗結(jié)果來確定各項原材料的具體摻入含量，再結(jié)合數(shù)據(jù)對比進行配比優(yōu)化。嚴格按照優(yōu)化后的配合比制備氣泡混合輕質(zhì)土，并做好妥善存儲。氣泡混合輕質(zhì)土的制備主要包括泡沫預(yù)制、膠凝材料漿體制備、泡沫與漿體均勻混合攪拌三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氣泡混合輕質(zhì)土發(fā)泡方式主要采用物理發(fā)泡，即將發(fā)泡劑稀釋溶于水，配置成溶液，通過高壓空氣機制得泡沫，可以通過調(diào)節(jié)空壓機中的氣壓大小來控制泡沫密度。

4.2 性能測試

4.2.1 濕容重測試

氣泡混合輕質(zhì)土的單位體積重量為濕容重，須遵循《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》（CJJT 177—2012）相關(guān)規(guī)范進行展開，其具體步驟為：將氣泡混合輕質(zhì)土拌合物攪拌均勻后倒至塑料燒杯并將其裝滿，并確保在取樣后的5 min內(nèi)完成;采用電子秤對標準筒進行稱量處理，再將拌合物緩慢倒至標準筒內(nèi)，采用平口刀輕敲筒壁，保證試樣充滿標準筒，并采用平口刀對表面進行刮平處理，再一齊進行稱重處理;重復(fù)上述試驗，取兩次試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為氣泡混合輕質(zhì)土的最終濕容重。

4.2.2 流動度測試

評價新拌氣泡混合輕質(zhì)土流動性的主要指標為流動度，需遵循《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》（CJJT 177—2012）相關(guān)規(guī)范進行展開，其具體步驟為：先采用塑料燒杯取適量新拌氣泡混合輕質(zhì)土拌合物，再將試樣緩慢倒至空心圓筒內(nèi)，采用平口刀輕敲使試樣充滿空心圓筒并將筒口處刮平;緩慢將空心圓筒垂直提起，此時試樣會自然坍落，時間控制在3～7 s之內(nèi);靜置1 min后結(jié)合鋼尺測量坍落體最大水平直徑;重復(fù)上述試驗，取兩次試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為氣泡混合輕質(zhì)土的最終流動度。

4.2.3 抗壓強度測試

由于氣泡混合輕質(zhì)土內(nèi)含有許多微小且封閉的氣孔，其受力情況較為獨特，需遵循《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》（CJJT 177—2012）相關(guān)規(guī)范進行展開，試件規(guī)格設(shè)定為100 mm×100 mm×100 mm，一組三塊，其具體步驟為：首先對試件按照規(guī)定齡期進行養(yǎng)護，且確保試件表面無明顯缺陷;測量尺寸后選取較平整一面作為承壓面，對準壓力機上下板與試件的位置，進行碾壓試驗，加荷速率控制在2 kN/s左右，待試件內(nèi)部出現(xiàn)明顯裂縫時即可停止碾壓;取三塊試件抗壓強度算術(shù)平均值作為氣泡混合輕質(zhì)土最終抗壓強度。

4.3 施工準備

正式施工前施工單位根據(jù)設(shè)計方案和圖紙于規(guī)劃好的路基橫斷面位置設(shè)置相應(yīng)的坡腳樁體結(jié)構(gòu)，且對原路基邊坡進行適當?shù)亻_挖，以提高新舊路基之間的整體拼接效果。待擋板混凝土澆筑完成后及時將表面雜物進行清除，并采用砂漿砌筑的方式在外部設(shè)置一層擋板。

4.4 設(shè)備管路布設(shè)

正式施工前施工單位應(yīng)規(guī)劃好氣泡混合輕質(zhì)土拌和區(qū)域，合理控制氣泡混合輕質(zhì)土拌和位置、泵送范圍和距離等。同時對混凝土泵送管路距離進行合理規(guī)劃，提前做好地形地質(zhì)勘察，結(jié)合實際情況確定出合理的管路布設(shè)圖紙，管路中各接頭連接緊密，嚴禁在泵送中出現(xiàn)脫管、炸管現(xiàn)象，不得存在管路彎折，一定情況下可適當減少管路長度。泵送管路出口處和上部應(yīng)分別安裝截止閥門和出氣閥門[4]，以均衡管路內(nèi)部壓力，防止存在真空。

4.5 泵送施工

管路布設(shè)完畢后應(yīng)立即進行氣泡混合輕質(zhì)土的泵送施工。施工技術(shù)人員首先對管道內(nèi)部進行潤濕再干燥，以均衡管內(nèi)壓強差，防止裂管和爆管現(xiàn)象發(fā)生。氣泡混合輕質(zhì)土的泵送應(yīng)遵循先慢后快，在泵送過程中定期檢查管內(nèi)壓力。此外，泵送還應(yīng)保持連續(xù)均勻，嚴禁出現(xiàn)停滯時間大于30 min的現(xiàn)象，泵送完畢后應(yīng)立即對各閥門和管道內(nèi)壁進行清洗，以防止混凝土凝結(jié)而污染管路，方便下次直接使用。

4.6 故障處理

在氣泡混合輕質(zhì)土的泵送施工過程中容易存在管路堵塞、脫落等現(xiàn)象，為保證氣泡混合輕質(zhì)土整體施工質(zhì)量，應(yīng)及時定期進行必要故障排查處理。若存在氣泡混合輕質(zhì)土堵塞管路現(xiàn)象，施工技術(shù)人員可采用輕錘的方式來輕敲管路，若仍存在堵管，此時應(yīng)及時停止泵送，并將堵塞處的管路拆卸，清理完畢后再連接固定好各拆件，檢查無誤后繼續(xù)進行泵送。若存在脫管問題，應(yīng)立即暫停泵送工作，對管路各項區(qū)域位置進行詳細排查。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段高速公路改擴建施工常用氣泡混合輕質(zhì)土作為路基填料，其具有施工簡單、成本低廉、質(zhì)量易于保證等特性。該文為研究氣泡混合輕質(zhì)土在公路改擴建中的應(yīng)用，首先闡述了氣泡混合輕質(zhì)土的原材料設(shè)計、制備工藝以及配合比設(shè)計，重點對氣泡混合輕質(zhì)土施工工藝進行研究。研究結(jié)果表明，采用氣泡混合輕質(zhì)土可作為路基填料可較好應(yīng)用于公路改擴建工程中，具有較好的可行性和實用性。

參考文獻

[1]林邦瑞. 現(xiàn)澆式氣泡混合輕質(zhì)土在改擴建工程的應(yīng)用——以泉南高速公路為例[J]. 福建建材， 2021（4）： 64-65+100.

[2]王新宇. 高速公路改擴建工程中的氣泡混合輕質(zhì)土施工質(zhì)量控制研究[J]. 廣東建材， 2020（4）： 38-40.

[3]陳向陽. 氣泡混合輕質(zhì)土在古武高速公路互通改擴建中的應(yīng)用[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）， 2019（11）： 52-54.

[4]楊力源， 趙緒濤. 氣泡混合輕質(zhì)土施工技術(shù)在道路改擴建工程中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息， 2015（20）： 248.