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氣泡混合輕質(zhì)土在工程中的幾大應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)是什么?

一、前言

在工程施工中，泡沫輕質(zhì)土又名氣泡混合輕質(zhì)土應(yīng)用比較廣泛，由于泡沫輕質(zhì)土具有很多的優(yōu)勢(shì)，所以，在工程施工的過(guò)程中，可以結(jié)合工程施工的需要，做到真正合理的使用泡沫輕質(zhì)土（發(fā)泡混凝土）。

二、氣泡混合輕質(zhì)土的形成原理

1、泡沫輕質(zhì)士定義

泡沫輕質(zhì)土（又稱(chēng)泡沫混凝土）是用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與（必須組分）水泥基膠凝材料、水及（可選組分）集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料。

2、固化材料

固化材料可以分為主劑和輔劑兩種，主劑主要是起固結(jié)、加強(qiáng)土體骨架的作用，而輔劑是以催化、早凝為目的的固化材料；主劑以水泥類(lèi)為主，加入士中后與水發(fā)生水化作用產(chǎn)生Ca（OH）2產(chǎn)物，Ca（OH）2與粘土顆粒發(fā)生離子交換形成固化物，達(dá)到加固土體骨架的作用；輔劑是指石肩粉、硅粉等輔助材料，加入這些材料的目的在于減少主劑的用量，達(dá)到降低造價(jià)的目的。

3、基料、外加劑

泡沫輕質(zhì)土中的可選組分，根據(jù)工程的需要決定是否摻加。基料即原料土的要求：為了達(dá)到與固化劑及氣泡的充分混合，并確保泡沫輕質(zhì)土的流動(dòng)性，原料土的直徑宜小于5mm，對(duì)于不滿足要求的原料土，應(yīng)先期進(jìn)行解泥及必要的篩分處理。外加劑和混凝士外加劑類(lèi)似。

4、泡沫的形成

泡沫是由細(xì)小空氣泡組成的分散體系，氣泡之間有細(xì)微的液體薄膜隔開(kāi)。

由于液體的表面張力，液體表面有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，因而純靜液體經(jīng)攪動(dòng)后并不能產(chǎn)生大量泡沫。在純靜液體中，兩個(gè)氣泡相碰就會(huì)毫無(wú)阻礙地結(jié)合在一起，在后氣泡全部破裂。但如果在液體中溶解一種能降低氣-液界面張力的物質(zhì)，使形成在組成上與其他液體有區(qū)別的，且有一定機(jī)械強(qiáng)度的臨界層，那么在兩個(gè)氣泡相碰時(shí)，這種臨界層便可作為"緩沖層"防止氣泡破裂，泡沫濟(jì)液體在強(qiáng)大的高壓空氣的吹動(dòng)下，形成大量的表面漲力極強(qiáng)的一個(gè)個(gè)的氣泡。

5、泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)

將已制得的泡沫加入到由水泥、水等組成的料漿中均勻攪拌后即成為泡沫砼混合料，泡沫的氣泡就變?yōu)榛ハ喔糸_(kāi)的氣泡。氣泡的壁體是泡沫料漿的微粒和水構(gòu)成，它在毛細(xì)管作用下多少要產(chǎn)生變形而變成多面體?；旌狭现械募?xì)孔分布得愈均勻、尺寸愈小，則泡沫砼強(qiáng)度愈高。

三、泡沫輕質(zhì)士的工程特性

1、輕質(zhì)性

輕質(zhì)性是現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土有顯著的特性，與幾種常規(guī)土建材料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重相對(duì)要低。

2、容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性調(diào)整現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的組成成份比例，即調(diào)整配合比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重和強(qiáng)度可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)。工程上，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)士的容重一股可在3-12kN/m3之間調(diào)節(jié)；而無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的調(diào)節(jié)范圍為0.3-5.0MPa，作為土工填筑材料，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)十的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通?？刂圃?.3-~1.2MPa，

3、良好的施工性現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)士的流動(dòng)性高，可通過(guò)軟管泵送，現(xiàn)場(chǎng)施工澆注點(diǎn)與制作點(diǎn)可分離，且澆注點(diǎn)占的施工空間極小，可在狹小空間內(nèi)施工。當(dāng)作為路基填筑的替代材料時(shí)，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土澆注施工無(wú)須振搗碾壓，施工便捷高效。良好施工性還體現(xiàn)在現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土基本可連續(xù)澆注施工，無(wú)須在施工過(guò)程中進(jìn)行特別的養(yǎng)生處理。

4、良好的環(huán)保特性可大量利用粉煤灰等工業(yè)廢渣做原材料，促進(jìn)資源的再生利用，有利于環(huán)保；與土工泡沫塑料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土屬無(wú)機(jī)質(zhì)材料，無(wú)論用于地上，地下工程，其對(duì)環(huán)境均無(wú)污染作用，環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯；當(dāng)用于道路擴(kuò)建、山區(qū)陡峭路段等道路工程中，可節(jié)省土地資源，避免高填高挖等對(duì)環(huán)境的破壞，對(duì)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境意義重大。

四、泡沫輕質(zhì)土在施工中的應(yīng)用

自2001年我國(guó)從日本引進(jìn)泡沫輕質(zhì)士以來(lái)，我國(guó)進(jìn)行了研究及開(kāi)發(fā)，并應(yīng)用于實(shí)體工程，取得了巨大的成果。泡沫輕質(zhì)土不僅在建筑工程軟土地基填筑、管線回填、屋面保溫等）中的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，而且在高等級(jí)公路、地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（如橋涵臺(tái)背回填、道路加寬、減荷換填、解決橋頭跳車(chē)等）中也取得了一些應(yīng)用。

1、在道路拓寬中的應(yīng)用

在我國(guó)的道路拓寬工程中，特別是在城市道路改造中，公路靠近民房和街道，施工場(chǎng)地狹小，材料運(yùn)輸困難，只能在現(xiàn)有場(chǎng)地條件下拓寬

因此，如何在不能增加用地面積，并盡可能的降低施工時(shí)地基變形對(duì)原有道路結(jié)構(gòu)和臨近建筑物的影響成為了一個(gè)難題。利用泡沫輕質(zhì)土的輕質(zhì)性，同時(shí)，初凝后就會(huì)開(kāi)始國(guó)化自立，固化后對(duì)擋土結(jié)構(gòu)物幾乎沒(méi)有推擠力，可進(jìn)行垂直填筑，可有效解決施工場(chǎng)地狹小問(wèn)題，且施工簡(jiǎn)便，節(jié)省投資15%~25%。以日本東名高速公路和京葉公路拓寬工程為例，順利解決了所述的工程場(chǎng)地狹小問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通影響很小化。
2、在回填灌漿中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的回填灌漿工程中，由于傳統(tǒng)灌漿材料的原因，易造成管道產(chǎn)生位移或受壓產(chǎn)生破壞，同時(shí)，如何解決不均勻沉降導(dǎo)致的管道嚴(yán)重破壞一直是個(gè)難題。利用泡沫輕質(zhì)士的高流動(dòng)性及輕質(zhì)性，實(shí)現(xiàn)了自流平，自硬化，無(wú)需碾壓或振搗，無(wú)需汽車(chē)運(yùn)輸。結(jié)合山西引黃工程連接段穿管回填灌漿的現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，采用專(zhuān)用泵送設(shè)備，一次回填泡沫混凝土220m3，泵送距離250m，回填長(zhǎng)度40m，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，泡沫輕質(zhì)士基本填滿了整個(gè)洞穿管與隧洞間的空隙，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.OMPa，達(dá)到了施工設(shè)計(jì)要求。與普通回填灌漿材料相比，采用泡沫輕質(zhì)土回填灌漿具有施工簡(jiǎn)便、回填速度快、回填充實(shí)度高、管道上浮力小、綜合成本低等優(yōu)勢(shì)。

3、在解決軟士路基橋頭跳車(chē)中的應(yīng)用

在我國(guó)南方地區(qū)，地基的含水量大，壓縮性高、強(qiáng)度低、滲透性差，屬于軟土地基。將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于橋頭軟土路基處理，具有以下優(yōu)

（一）可大幅降低填士荷載，減少地基的附加應(yīng)力，抑制地基的不均勻沉降和側(cè)移，提高路基的穩(wěn)定性：

（二）可緩解橋臺(tái)與臺(tái)背路基的剛性突變；

（三）有效消除填料自身的工后沉降；

（四）泡沫輕質(zhì)土的自立性使得對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有推擠作用；

（五）施工時(shí)自動(dòng)密實(shí)，無(wú)需振搗和碾壓，能有效解決臺(tái)背壓實(shí)難問(wèn)題。將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于軟土路基處理，可有效的解決因橋基間差異沉降等引起的橋頭跳車(chē)問(wèn)題，且平均降低工程造價(jià)15%-25%。

4、在地下連續(xù)通道減荷回填中的應(yīng)用

泡沫混輕質(zhì)土中的發(fā)泡劑使得其孔隙率高，具有一定的吸水性。將其應(yīng)用于連續(xù)通道減荷回填，當(dāng)膠凝材料采用快硬水泥時(shí)，可大幅度地降低其吸水率，提高減荷效果，且節(jié)省造價(jià)23%~35%，以北京成府路改造為例，北京成府路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且位于國(guó)家中心體育場(chǎng)段開(kāi)口寬度大

（橫向凈寬約24.5m），覆土深（部分通道覆士在6m以上），上有擋墻及消防車(chē)道等設(shè)施。根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及荷載要求，傳統(tǒng)輕型材料如EPS、輕質(zhì)粉煤灰、陶?；炷恋冗M(jìn)行了多次選擇論證，在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，對(duì)其經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、施工性等進(jìn)行了綜合評(píng)估，選用了泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行減荷回填。

5、在地鐵隧道減荷工程中的應(yīng)用

在泡沫輕質(zhì)土內(nèi)分布著大量的獨(dú)立閉合膠質(zhì)氣泡，氣泡之間互不通水，使其容重可以控制在3kN/m3~ 12kN/m3，同時(shí)，泡沫混輕質(zhì)士具有一定的孔隙率使其具有較低的彈性模量，從而對(duì)載荷具有良好的吸收和分散作用。以廣州新光快速路在番禺區(qū)部分路段的工程改造為例，該路段與廣州地鐵三號(hào)線重疊，為確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全，要求重疊區(qū)路堤荷載不超過(guò)60kpa，如不做處理，實(shí)際荷載將達(dá)90kPa以上。為滿足荷載要求，對(duì)路堤進(jìn)行減荷處理，采用了泡沫輕質(zhì)土路堤，經(jīng)抽樣取芯，證明泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于地鐵隧道減荷是完全可行的。

五、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，泡沫輕質(zhì)土優(yōu)勢(shì)眾多，在工程施工中，一旦發(fā)現(xiàn)有必要使用泡沫輕質(zhì)土，就要積極的利用泡沫輕質(zhì)土的效用，將其使用到工程，施工中，從而提高工程施工的質(zhì)量。

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