道路用泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

摘 要：道路工程屬于城市化發(fā)展中最為常見(jiàn)的一種基礎(chǔ)建設(shè)，扮演著連接城市血脈的關(guān)鍵角色。但傳統(tǒng)道路建設(shè)存在一定問(wèn)題，需要尋找一種更為環(huán)保、高效的替代方案?；诖耍菽炷磷鳛橐环N新型建筑材料，逐漸受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文主要是對(duì)泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，并對(duì)道路用泡沫混凝土應(yīng)用展開(kāi)研究，旨在控制泡沫混凝土生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)工程建設(shè)效果提升。

關(guān)鍵詞：道路；泡沫混凝土；混凝土配合比；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 前言

泡沫混凝土作為一種輕質(zhì)混凝土，是由水泥、砂子、水和發(fā)泡劑經(jīng)過(guò)混合之后形成的輕質(zhì)混凝土，其密度相比普通混凝土更輕，具有良好的保溫、隔熱性能與吸音效果，同時(shí)具備優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度、抗震性和抗凍融性能。將泡沫混凝土應(yīng)用到道路工程當(dāng)中，可發(fā)揮出減輕道路自重、減少地基沉降的重要作用，促進(jìn)道路質(zhì)量提升。但在對(duì)泡沫混凝土進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，容易因質(zhì)量控制而存在一定問(wèn)題，所以需根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)節(jié)配合比例和泡沫量，讓不同工程的要求得到有效滿(mǎn)足，促進(jìn)泡沫混凝土力學(xué)性能提升。

2泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)要求

2.1設(shè)計(jì)原則與目標(biāo)

將泡沫混凝土應(yīng)用在工程建設(shè)當(dāng)中，需對(duì)其性能與生產(chǎn)流程（圖1）進(jìn)行有效把握，將其與普通混凝土之間的差異區(qū)分出來(lái)，并以“組成、結(jié)構(gòu)、性能”為主要的配制原則，讓其配合比設(shè)計(jì)與實(shí)際需求相符，更好地滿(mǎn)足工程建設(shè)需求，促進(jìn)工程質(zhì)量提升[1]。

2.2技術(shù)參數(shù)與要求

技術(shù)參數(shù)的合理選擇會(huì)對(duì)泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)產(chǎn)生重要影響，其主要包括干密度、強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、水泥配比、輕集料配比以及水料比。干密度屬于泡沫混凝土的重要物理性能，各類(lèi)材料的選擇、用量均與該性能密切相關(guān)。一般可將干密度分為氣干密度和絕干密度，前者即混凝土于自然空氣中干燥后的密度，后者即混凝土于105℃～110℃下烘烤到恒定質(zhì)量的表觀(guān)密度。泡沫混凝土通常會(huì)因多孔性、吸水性影響，由絕干密度進(jìn)行表示，可將泡沫混凝土養(yǎng)護(hù)后的干燥質(zhì)量充分反映出來(lái)，具體需結(jié)合不同工程而定；泡沫混凝土強(qiáng)度主要由抗壓、抗折、抗沖擊強(qiáng)度構(gòu)成，承重類(lèi)工程以抗壓強(qiáng)度為關(guān)鍵，板材制品對(duì)抗折、抗沖擊強(qiáng)度更為關(guān)注，具體需要結(jié)合不同產(chǎn)品的技術(shù)要求進(jìn)行確定。一般來(lái)說(shuō)，為對(duì)泡沫混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行保證，需將配制值控制在大于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的3%～10%的范圍內(nèi)[2]；導(dǎo)熱系數(shù)是對(duì)泡沫混凝土的保溫情況進(jìn)行衡量的重要標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)需以干密度作為基礎(chǔ)，因?yàn)楦擅芏忍幱谳^低水平時(shí)，其導(dǎo)熱率也處于較低水平，為對(duì)預(yù)期保溫效果進(jìn)行保證，需對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行關(guān)注；輕集料具有高孔隙率，因此顯示出較高吸水率，同時(shí)，其密度處于較低水平，使得輕集料對(duì)產(chǎn)品的吸水率、密度、導(dǎo)熱率產(chǎn)生較大影響，需對(duì)其配比與用量進(jìn)行關(guān)注，一般是結(jié)合密度要求控制在150～1200 kg/m3范圍內(nèi)；水料比是泡沫混凝土的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，是指總用水量與干物料質(zhì)量之間的比值，且比值要對(duì)水泥水化反應(yīng)的需求進(jìn)行有效滿(mǎn)足，要對(duì)其澆筑的容易程度進(jìn)行保證，避免給澆筑的穩(wěn)定性帶來(lái)不良影響。

3泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1原材料的選擇

3.1.1水泥

水泥在泡沫混凝土中扮演粘合劑的角色，其主要功能是對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)化。泡沫混凝土多以常溫狀態(tài)展開(kāi)養(yǎng)護(hù)，并將大量泡沫摻入其中，容易出現(xiàn)強(qiáng)度較低的問(wèn)題，因此需對(duì)水泥用量進(jìn)行關(guān)注，結(jié)合具體的工程要求和混凝土的性能目標(biāo)來(lái)對(duì)水泥用量進(jìn)行明確，讓混凝土所需強(qiáng)度、穩(wěn)定性得到有效保證。但是為了讓混凝土容重處于合理狀態(tài)當(dāng)中，需盡可能降低水泥用量，避免造成材料成本增加問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，水泥用量配合比需結(jié)合骨料的類(lèi)型和粒度、泡沫穩(wěn)定劑的用量、水灰比等因素做出綜合考慮[3]。另外，水泥中不可添加會(huì)影響泡沫穩(wěn)定的材料，可適當(dāng)增加一定比例的熟料，促進(jìn)水化速度加快，并對(duì)泡沫的穩(wěn)定性進(jìn)行強(qiáng)化。因此，可選用常見(jiàn)的P.O42.5R硅酸鹽水泥作為主要水泥材料，對(duì)其物理性能、技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行保證。

3.1.2粉煤灰

粉煤灰即煤粉經(jīng)過(guò)燃燒后剩余的物質(zhì)，將其應(yīng)用在泡沫混凝土的制備當(dāng)中，可發(fā)揮出良好的活性作用，讓混凝土的強(qiáng)度和耐久性得到有效提升。同時(shí)，粉煤灰自身具備顆粒微小的特點(diǎn)，可對(duì)水泥顆粒之間存在的間隙進(jìn)行有效填充，促使混凝土密實(shí)性獲得有效提升，發(fā)揮出強(qiáng)化混凝土抗?jié)B性、耐久性的重要作用。此外，粉煤灰具備的穩(wěn)定特性能夠讓凝土的和易性得到有效改善，對(duì)離析現(xiàn)象進(jìn)行有效抑制，讓混凝土變得更加均勻、一致?？偟膩?lái)說(shuō)，將粉煤灰用于泡沫混凝土，能夠讓其性能、質(zhì)量得到有效提升，使其使用壽命獲得有效延長(zhǎng)。

3.1.3發(fā)泡劑

發(fā)泡劑屬于泡沫混凝土的關(guān)鍵成分，其主要作用即產(chǎn)生氣泡，讓混凝土的體積呈現(xiàn)出膨脹現(xiàn)象，讓密度得以降低，促進(jìn)混凝土輕質(zhì)性能提升。對(duì)發(fā)泡劑的質(zhì)量進(jìn)行衡量的指標(biāo)主要有發(fā)泡倍數(shù)、堅(jiān)韌性、泌水量，其性質(zhì)與泡沫質(zhì)量、用水量呈現(xiàn)出密切相關(guān)的關(guān)系，因此需對(duì)泡沫劑與用水量的比例進(jìn)行有效控制。一般來(lái)說(shuō)，可將稀釋倍率、發(fā)泡率分別控制在≥40、≥20，產(chǎn)生的氣泡需處于均勻、細(xì)微的狀態(tài)，產(chǎn)生的氣泡泌水率要處于較低水平[4]。泡沫能對(duì)氣孔均勻性進(jìn)行有效衡量，只有符合技術(shù)要求的泡沫才有利于良好氣孔結(jié)構(gòu)的形成。具體來(lái)說(shuō)，要選擇符合工程要求的發(fā)泡劑種類(lèi)，如蛋白質(zhì)發(fā)泡劑（圖2），并且要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)其最佳比例進(jìn)行確定，結(jié)合其他配合料做配比設(shè)計(jì)，確保泡沫混凝土能夠正常生產(chǎn)和使用。

3.1.4穩(wěn)泡劑

穩(wěn)泡劑是可以增加泡沫穩(wěn)定性的添加劑，讓泡沫在混凝土中保持穩(wěn)定的狀態(tài)，使其不容易出現(xiàn)破裂或坍塌現(xiàn)象。雖然將穩(wěn)泡劑加入發(fā)泡劑中會(huì)讓發(fā)泡倍數(shù)呈現(xiàn)出一定降低現(xiàn)象，但可促進(jìn)穩(wěn)定性提升。常見(jiàn)的穩(wěn)泡劑有有機(jī)穩(wěn)泡劑和無(wú)機(jī)穩(wěn)泡劑兩種類(lèi)型，前者具有較好的短期穩(wěn)定性，后者具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐高溫性，其用量需結(jié)合具體工程要求進(jìn)行配比，避免給混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性帶來(lái)不利影響。

3.1.5細(xì)集料、石灰和水

泡沫混凝土需以顆粒較小的細(xì)集料為主，通常為砂子、碎石，其作用即填充混凝土空隙，促使混凝土的密實(shí)性和強(qiáng)度獲得提升，其具體比例需結(jié)合混凝土等級(jí)、用途進(jìn)行確定。石灰的主要作用是對(duì)混凝土的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如控制凝結(jié)時(shí)間、提高耐久性等，通常是按照一定比例加入水泥當(dāng)中。水的主要作用即攪拌、流動(dòng)和凝固，其用量需結(jié)合配合比的要求來(lái)確定，過(guò)少會(huì)致混凝土難以流動(dòng)，過(guò)多會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度、密實(shí)度產(chǎn)生影響。

3.2配合比設(shè)計(jì)

3.2.1設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)階段的泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)尚無(wú)統(tǒng)一公式，主要是借助理論分析與經(jīng)驗(yàn)參考來(lái)進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，以此對(duì)特定密度范圍內(nèi)的組分材料用量進(jìn)行確定，并以實(shí)際生產(chǎn)作為依據(jù)，針對(duì)配合比參數(shù)做好靈活調(diào)整、優(yōu)化。普遍來(lái)說(shuō)，以表觀(guān)密度作為基礎(chǔ)展開(kāi)設(shè)計(jì)是比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)思路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需對(duì)泡沫混凝土的密度值、泡沫體積量進(jìn)行關(guān)注，并對(duì)其性能展開(kāi)檢測(cè)，讓其與實(shí)際施工需求保持相符。

3.2.2計(jì)算初步配合比

本次工程為道路改建工程，結(jié)合設(shè)計(jì)要求了解到泡沫混凝土的設(shè)計(jì)用量為3萬(wàn)m3，干重度、抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)度分別為5.5～6.5 kN/m3、≥1.0 MPa、160 mm～200 mm。為對(duì)上述設(shè)計(jì)要求進(jìn)行滿(mǎn)足，首先要對(duì)泡沫混凝土的配置強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fcu，k=1.0 MPa，然后結(jié)合DB33T 996-2015《公路工程泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）中的要求將強(qiáng)度配制為fcu，o=1.05 MPa。其次，對(duì)混凝土材料用量進(jìn)行計(jì)算。先要開(kāi)展干密度試驗(yàn)，選取3塊相同的試件置于60℃的電風(fēng)干燥箱保溫24h后，接著在80℃、105℃溫度下烘干，直到其質(zhì)量恒定，對(duì)試件長(zhǎng)寬高進(jìn)行計(jì)算，選取3次結(jié)果平均值做好干密度的計(jì)算。將《規(guī)范》中推薦的混凝土試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值，選取水泥、水的用量分別為mc=450kg/m3、mw=270kg/m3，其中mw = φ （mc+mfa+m1 +ms）。然后結(jié)合《規(guī)范》中的計(jì)算要求針對(duì)單位體積的混凝土所需泡沫體積展開(kāi)計(jì)算：Vf =1-mc /ρc-mw /ρw=0.584 m3，泡沫用量：mf =ρf×Vf =28.03 kg/m3。式中，φ代表水料比；mc、mfa、m1、ms、mw分別代表水泥、粉煤灰、細(xì)料、砂子和水的用量；Vf、mf分別代表泡沫體積與用量；ρc、ρw、ρf分別代表水泥密度、水密度、泡沫密度。最后，對(duì)基準(zhǔn)配合比的材料用量進(jìn)行確定，mc ： mf ： mw=450：28.03：270，經(jīng)由攪拌的泡沫混凝土流動(dòng)度為216 mm，與本次工程設(shè)計(jì)要求處于不相符狀態(tài)，需對(duì)用水量進(jìn)行調(diào)整，將其基準(zhǔn)配合比確定為450：28.03：258[5]。

3.2.3配合比調(diào)整

對(duì)泡沫用量進(jìn)行維持，將基準(zhǔn)配合比作為基礎(chǔ)，水泥量減少10%，其用量為mc =405 kg/m3，mc ： mf ： mw=405：28.03：258，經(jīng)過(guò)攪拌的流動(dòng)度為224 m，無(wú)法對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行有效滿(mǎn)足。因此需將用水量調(diào)整為mw =240 kg/m3，流動(dòng)度為192 mm，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其配合比確定為450：28.03：240。水泥量增加10%，其用量為mc=495 kg/m3，mc ： mf ： mw=495：28.03：258，經(jīng)攪拌的流動(dòng)度為173 mm，與設(shè)計(jì)要求保持一致。

4道路用泡沫混凝土的應(yīng)用

4.1原材料準(zhǔn)備

道路用泡沫混凝土是一種輕質(zhì)、高性能的建筑材料，主要用于路基填充當(dāng)中，減輕土壤的重量負(fù)擔(dān)，并有效降低路基沉降風(fēng)險(xiǎn)。其原材料主要包括水泥、沙子、水以及發(fā)泡劑等，要遵循上述配合比設(shè)計(jì)做好混凝土的準(zhǔn)備工作，對(duì)最終施工效果的質(zhì)量和穩(wěn)定性進(jìn)行有效保證。

4.2發(fā)泡與拌合

在對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌之前，需按照比例將發(fā)泡劑與水混合在一起，然后借助發(fā)泡機(jī)器將其打發(fā)成泡沫。接著將水泥、砂子和水按照計(jì)算好的配比放入攪拌機(jī)中，經(jīng)過(guò)混合攪拌直到處于均勻混合狀態(tài)，讓泡沫可以均勻分布在混凝土中。然后對(duì)發(fā)泡好的泡沫與混合好的水泥砂漿進(jìn)行拌合處理，避免出現(xiàn)過(guò)度攪拌現(xiàn)象，給泡沫穩(wěn)定性造成不利影響。

4.3澆筑與固化

在對(duì)配制好的泡沫混凝土進(jìn)行澆筑時(shí)，需對(duì)道路鋪設(shè)的位置、現(xiàn)狀進(jìn)行明確，并對(duì)施工區(qū)域做好清理，將混凝土倒入道路鋪設(shè)區(qū)域，并用鏝刀進(jìn)行均勻壓實(shí)和抹平處理，對(duì)其平整度進(jìn)行有效控制。完成澆筑后，需固化1d～2d，并在此過(guò)程中適當(dāng)澆水，讓混凝土表面保持適當(dāng)濕潤(rùn)，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度和硬度提升。

4.4表面處理

完成混凝土固化處理后，需開(kāi)展道路鋪設(shè)工作，提前做好道路表面的清理工作，讓其保持在無(wú)雜物狀態(tài)。接著鋪設(shè)泡沫混凝土，注意鋪設(shè)時(shí)要力求平整，避免出現(xiàn)空鼓或裂縫。鋪設(shè)完成后，對(duì)其表面進(jìn)行必要的處理，如修整、打磨或者涂層，促進(jìn)其耐久性和美觀(guān)性強(qiáng)化。

5結(jié)論

綜上所述，道路屬于城市發(fā)展中的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，不僅可以提供交通便利，還可促進(jìn)城市發(fā)展。道路用泡沫混凝土作為一種新型建筑材料，具有輕質(zhì)、保溫、隔音等優(yōu)異性能，在道路工程中的應(yīng)用越來(lái)越多。為了將泡沫混凝土的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，需對(duì)其配合比進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，關(guān)注其原材料的選擇與用量配比，將其科學(xué)地應(yīng)用在道路工程建設(shè)實(shí)踐當(dāng)中，創(chuàng)造更安全、更耐久、更可持續(xù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施。

參考文獻(xiàn)

[1]莊偉福.泡沫混凝土在路堤填筑中的應(yīng)用研究[J].廣東建材，2024，40（3）：110-113.

[2]高華，趙國(guó)慶，劉滿(mǎn)金，等.基于含氣量的泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)方法試驗(yàn)研究[J].混凝土，2024（1）：144-147+164.

[3]黃明洋，趙寶軍，吳琛，等.泡沫混凝土的配合比設(shè)計(jì)及性能研究[J].中國(guó)建材科技，2023，32（4）：28-33.

[4]鄧宇，任吉，譚春雷，等.泡沫混凝土砌塊最佳配合比的確定[J].混凝土與水泥制品，2018（10）：64-67.

[5]楊波，靳壯壯，劉洋.基于有限元線(xiàn)性插值法的泡沫混凝土配合比優(yōu)化[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S2）：1376-1380.

作者簡(jiǎn)介：連蓮（1987.11-），女，漢族，山東榮成人，本科，中級(jí)職稱(chēng)，研究方向：混凝土配合比設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制。