泡沫混凝土在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

李洪明

（保山公路局，云南 保山 678000）

公路運(yùn)輸是云南地區(qū)主要交通出行和物流運(yùn)輸?shù)姆绞?。云南山高谷深，每年因地質(zhì)原因、道路防護(hù)不到位等因素，管養(yǎng)的公路在雨季上坍下塌呈常態(tài)，修復(fù)費(fèi)錢費(fèi)力。泡沫混凝土作為一種新型材料具有輕質(zhì)、可塑，成型固化后的自密性、自立性及對地基承載力要求低等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)值得推廣使用的新材料。

1 國內(nèi)泡沫混凝土在公路上的應(yīng)用現(xiàn)狀及公路養(yǎng)護(hù)需求前景

1.1 國內(nèi)運(yùn)用情況

泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)在本世紀(jì)初進(jìn)入我國。國內(nèi)已有多條道路建設(shè)使用輕質(zhì)泡沫混凝土的記錄，如：天津中央大道輕紡經(jīng)濟(jì)區(qū)聯(lián)絡(luò)線路基填筑、杭新景高速之江大橋橋臺背填筑，均取得良好效果。2017年云南省公科院以“泡沫混凝土在高原山區(qū)公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用技術(shù)研究”為課題，對泡沫混凝土替代圬工砌體進(jìn)行路基的拓寬及回填施工進(jìn)行試驗(yàn)研究，為云南省泡沫混凝土在公路上的應(yīng)用提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)和解決方案。

1.2 泡沫混凝土與傳統(tǒng)方法加固路基的優(yōu)缺點(diǎn)比較

以往養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)中，路基缺口的處治多來用漿砌片塊石或現(xiàn)澆混凝土的方式。傳統(tǒng)的圬工砌體有如下弊端：一是墻背回填質(zhì)量難以保證；二是路基坍塌處多為高陡邊坡或地質(zhì)軟弱不良地段，對地基承載力要求較高，施工成本高，占用較多土地資源；三是用工多進(jìn)度慢，在邊通車邊施工的情況下存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)澆輕質(zhì)泡沫混凝土工法修復(fù)路基缺口可以減小構(gòu)造物體量，降低地基承載力要求；可以規(guī)避因大挖大填帶來的擋墻安全隱患等弊病，減少對土地資源占用和對環(huán)境的破壞；可以降低人力成本加快施工速度，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)；可以做到防護(hù)與回填一體，避免路基修復(fù)后因回填不均勻發(fā)生沉降導(dǎo)致路面二次沉陷問題。

1.3 泡沫混凝土新材料在公路養(yǎng)護(hù)中的運(yùn)用

保山公路局依托2020年實(shí)施的公路安全生命防護(hù)工程，在G219線黃南段K7340+780～K7340+800右側(cè)、K7343+500～K7343+530右側(cè)，采用泡沫混凝土對兩段路基缺口進(jìn)行防護(hù)與回填一體的處治實(shí)驗(yàn)，共澆筑泡沫混凝土898.37m3?？⒐ず蠼?jīng)第三方檢測，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，澆筑整體性完整，強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)，運(yùn)行正常。（傳統(tǒng)構(gòu)造物處治設(shè)計(jì)方案和泡沫混凝土設(shè)計(jì)方案如圖1、圖2所示）

圖1 傳統(tǒng)構(gòu)造物路基缺口處治設(shè)計(jì)方案

圖2 泡沫混凝土路基缺口設(shè)計(jì)方案

2 泡沫混凝土的性能、特性

泡沫混凝土是將發(fā)泡劑通過物理或化學(xué)方法制備成泡沫水溶液，再按比例均勻加入到由水泥、水、外加劑（集料）制成的漿液中，經(jīng)專用設(shè)備混合攪拌、澆筑成型后含有大量封閉氣孔的輕質(zhì)材料，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）單位體積質(zhì)量輕：干容重在350kg/m3～1450kg/m3，為普通圬工砌體和填料重量的1/2～1/8，對地基承載力要求較低；（2）流動性好、能自密，其流值在170mm～190mm之間，無需振搗；（3）凝固后呈直立、自立狀態(tài)，側(cè)向壓力較??；（4）其強(qiáng)度和耐久性取決于壁厚、結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣泡大小和排列，方便施工配比的調(diào)整。

3 泡沫混凝土原材料及配合比

3.1 原材料組成

（1）水泥。使用的水泥要滿足《水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGF30-2015）中對水泥相關(guān)技術(shù)的指標(biāo)要求，水泥是泡沫混凝土強(qiáng)度的決定性來源，是重要的膠凝材料，一般使用價(jià)格低、購買方便的普通硅酸鹽水泥較多，水泥強(qiáng)度多用42.5#。

（2）發(fā)泡劑。發(fā)泡劑種類有很多，其品質(zhì)對泡沫混凝土的質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。選用發(fā)泡能力強(qiáng)，發(fā)泡穩(wěn)定，耐酸堿度高，硬化無害的發(fā)泡劑為佳。本次選用的是：FP-180水泥發(fā)泡劑，屬動物蛋白型，是一種環(huán)保型、性能較好，泡沫穩(wěn)定的發(fā)泡劑，滿足表1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 發(fā)泡劑性能指標(biāo)

（3）水。干凈、天然的水即可。本次采用的是山泉水，事前做過水檢驗(yàn)，符合混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 防護(hù)泡沫混凝土配合比確定

普通泡沫混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度≥1.0MPa?？紤]用于路基缺口處治的泡沫混凝土對強(qiáng)度、耐久性的要求較高，于是按1.5MPa強(qiáng)度來設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)干密度按450kg/m3、550kg/m3、600kg/m3進(jìn)行了試配，水灰比為1：2，按如下公式來計(jì)算得出相應(yīng)的材料用量：

試配后28天試壓件抗壓結(jié)果如表2所示。

表2 泡沫混凝土試配試件抗壓強(qiáng)度

最終選取干密度550kg/m3，水泥用量458kg/m3，水229kg/m3，泡沫劑用量1.5kg/m3作為施工配合比。施工時(shí)水泥、水計(jì)量誤差在±2%，發(fā)泡劑計(jì)量誤差在：±1%，由生產(chǎn)設(shè)備自動控制計(jì)量。

4 泡沫混凝土施工方法

4.1 生產(chǎn)設(shè)備

20型泡沫混凝土生產(chǎn)設(shè)備一套（由主機(jī)、攪拌機(jī)、上料機(jī)組成），每小時(shí)產(chǎn)能15m3，其他輔助設(shè)備有發(fā)電機(jī)，蓄水罐，輸送管，水車。

4.2 施工方法及注意事項(xiàng)

（1）測量：按設(shè)計(jì)圖紙測量放線，標(biāo)定好開挖深度、寬度及分臺。

（2）基礎(chǔ)開挖：依據(jù)設(shè)計(jì)圖和放線對基坑進(jìn)行開挖，臺階一次開挖成型，并進(jìn)行修整以滿足設(shè)計(jì)要求，完畢后進(jìn)行檢測報(bào)驗(yàn)。

（3）立模。立模是關(guān)鍵。模板順直，支撐穩(wěn)固，對有板拼縫的地方封堵，防止跑漿、漏漿，檢查報(bào)驗(yàn)合格后方可。

（4）按施工配比進(jìn)行試配，試澆筑?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整設(shè)備參數(shù)，計(jì)量精準(zhǔn)。

（5）泡沫混凝土分層澆注，層間在30～80cm，間隔8-12小時(shí)；澆筑過程中還需按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置沉降縫，按分塊、分層逐步進(jìn)行澆筑（如圖3）。

圖3

（6）質(zhì)量控制：按表3要求進(jìn)行試驗(yàn)抽檢，及時(shí)做好現(xiàn)場調(diào)整。

表3 泡沫混凝土質(zhì)量檢測項(xiàng)目

（7）注意事項(xiàng)及輔助措施：泡沫混凝土具有輕質(zhì)、低強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)多空等特性。它的強(qiáng)度和耐久性取決于孔壁的厚度和孔的大小、排列。作為暴露在野外露天環(huán)境下的一種結(jié)構(gòu)材料，會被風(fēng)化和水解，且不耐直接碾軋。輔助措施：a.基坑底墊一層20～30cm碎石，并增設(shè)向外引流的盲溝，避免基坑底地下水的侵蝕；b.外立面用M10砂漿按1～1.5cm的厚度進(jìn)行抹面處理，用于隔絕空氣、雨水，防止風(fēng)化；c.頂面預(yù)留路面結(jié)構(gòu)層的厚度，避免行車直接接觸碾軋，引起損壞。

5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要根據(jù)工程采用泡沫混凝土擋土墻施工費(fèi)用作為路基缺口修復(fù)的直接工程費(fèi)用，與采用C20片石混凝土擋土墻及借方回填的施工直接工程費(fèi)用進(jìn)行對比，結(jié)果如表4。

表4 直接工程費(fèi)用對比表

通過以上對比分析，采用泡沫混凝土擋土墻比采用片石混凝土現(xiàn)澆擋土墻在直接工程費(fèi)用的投入節(jié)約6萬元，直接經(jīng)濟(jì)方面具備一定的優(yōu)勢?？紤]到用泡沫混凝土能縮短施工工期，減少用地及征地費(fèi)用，做到支擋與回填一體所帶來路基安全穩(wěn)定的養(yǎng)護(hù)效益，所以用泡沫混凝土新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圬工砌筑處治路基缺口病害，具有較好的應(yīng)用優(yōu)勢和推廣前景。

6 結(jié)束語

泡沫混凝土作為一種新材料在養(yǎng)護(hù)工程中運(yùn)用于路基缺口處治，能較好地發(fā)揮它的輕質(zhì)、自密和固化后的自立性優(yōu)點(diǎn)，縮短了工期，降低了對軟弱、高陡不良地質(zhì)的要求，減少用地和征地帶來的成本上升的弊端，消除工后沉降，降低后續(xù)養(yǎng)護(hù)成本，因此其具有良好的推廣運(yùn)用前景。