泡沫混凝土实用生产技术及其应用

泡沫混凝土实用生产技术及其应用主要内容一、泡沫混凝土的定义及生产二、泡沫混凝土的发展历史三、泡沫混凝土物理力学特性四、泡沫混凝土对泡沫的技术要求五、影响泡沫混凝土生产质量的主要因素六、泡沫混凝土的应用七、泡沫混凝土质量控制和检测八、泡沫混凝土在浙江省的应用实例一、泡沫混凝土的定义及生产泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆和其他外掺材料按一定的比例充分均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的轻型填筑材料。泡沫混凝土是加气混凝土中的一个特殊品种,它的孔结构和材料性能都接近于加气混凝土,他们二者的差别,只是在气孔形状和加气手段之间的差别。加气混凝土气孔一般是椭圆形的,而泡沫混凝土受毛细孔作用的影响,产生变形,形成多面体。加气混凝土是利用化学发气,通过化学反应,由内部产生气体而形成气孔,泡沫混凝土则是通过机械制泡的方法,先将发泡剂制成泡沫,然后再将泡沫加入水泥形成泡沫浆体,再经自然养护而成。二、泡沫混凝土发展历史泡沫混凝土很早以前在房建领域已经得到广范的应用，主要用于屋面的防水保温隔热和地面辐射供暖工程。用于交通建设则是引进日本、韩国、德国等国家的先进技术和成熟经验后于2003年开始试验施工，先后在中江高速公路、京珠高速公路、301国道内蒙古自治区段、武汉长江大桥桥头堡加固工程、国家奥林匹克体育场(鸟巢)外围地下连续通道工程、河北西部沿海高速、唐津高速公路河北段项目上得到应用。随着人类对环境保护问题的重视和国家对建筑节能的拉动，泡沫混凝土这一集新技术、环境保护、资源合理利用为一身的产品前景将会十分广阔。日本名神高速公路的滑塌修复照片江鹤高速公路软基桥台台背回填国道301内蒙古海拉尔公铁立交桥台背减荷回填奥林匹克公园市政配套工程----成府路隧道工程泡沫混凝土回填工程武汉长江大桥桥头堡减载换填甘肃金川集团公司的井下充填照片三、泡沫混凝土物理力学特性1、轻质性在泡沫混凝土内均匀分布着大量的独立闭合胶质气泡，气泡膜是一种具有较强韧性的物质，气泡之间互不通水，从而使材料的容重可以控制在3—18kN/m3。2、强度的可调节性通过调整水泥的种类、掺量和气泡含有率，泡沫混凝土的强度可在0.3-5.0Mpa的范围内调节。3、高流动性泡沫混凝土具有良好的流动性，可通过管道泵送，实现垂直高度100米、水平距离500米的远距离输送。4、固化后的自立性泡沫混凝土由于使用水泥作为固化剂，通常在水泥初凝后就会开始固化自立，固化后对挡土结构物几乎没有推挤力，因而可进行垂直填筑,从而可以简化防护、桥台等的设计。5、低弹减震性好泡沫混凝土的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。6、防水性能强泡沫混凝土具有相对独立的封闭气泡及良好的整体性，其透水系数为10-5cm/s量级，吸水率较低，使其具有一定的防水性能。7、耐久性能好泡沫混凝土属水泥类材料，具有与水泥砼材料同等的耐久性。8、良好的隔热、隔音效果及抗冻融性能泡沫混凝土含有大量的气泡，其气泡体积含有率可达40-70%，导热系数小，具有良好的隔热、隔音效果及抗冻融性能。9、环保性能好泡沫混凝土所需原料为水泥和发泡剂，发泡剂大都接近中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染和消防隐患。四、泡沫混凝土对泡沫的技术要求泡沫是形成泡沫混凝土气孔的基础，要获得符合技术要求的气孔结构，就必须得先有符合技术要求的泡沫。对泡沫的基本技术要求有以下5个方面，缺一不可：1、泡沫稳定性越高越好，稳泡时间越长越好稳定性好的泡沫，其液膜坚韧、机械强度好，另外，它有自我保水性，可长时间保持泡沫液膜的厚度和完整性。2、泡沫越均匀越好，泡径应大小一致最大泡径和最小泡径之间相差不能太大，可以避免压应力在大泡孔处集中而降低抗压强度。3、泡径越小越好，应以0.1～1mm为主相同的原料和配方，相同的设备和工艺，1mm泡径的泡沫混凝土的抗压强度，要比3mm泡径的泡沫混凝土，至少高20%。4、泡沫泌水率越低越好，避免使用乳状泡沫主要是保证泡沫中的气泡数量和泡沫混凝土的气孔率，也就是保证泡沫混凝土的密度。5、泡沫对胶凝材料没有负作用胶凝材料是泡沫混凝土强度的主要来源，泡沫的加入不能影响其胶凝性，也就是不产生胶凝负作用。五、影响泡沫混凝土生产质量的主要因素发泡剂、发泡机、搅拌机和胶凝材料这四个要素是决定泡沫混凝土生产质量的主要因素。1、发泡剂发泡剂就是能使其水溶液在机械作用力引入空气的情况下，产生大量泡沫的一类物质，发泡剂是影响泡沫混凝土浇注稳定性的第一因素，主要决定了泡沫量（发泡倍数）、泡沫的稳定性，和发泡机共同决定泡沫的泌水率。2、发泡机发泡机决定了发泡剂能否制成泡沫，制成的泡沫泡径的大小和泡沫的均匀性。3、搅拌机搅拌机是水泥浆体与泡沫混合成为泡沫混凝土的场所，他决定了施工过程中混泡的速度和均匀性，影响泡沫的稳定性和泡沫存留率。4、胶凝材料胶凝材料决定了泡沫混凝土的强度，当然和泡沫掺量也有很大关系。同时也影响稳定性，快凝胶凝材料的浇筑稳定性好。六、泡沫混凝土的应用（一）、用于软基路堤的填筑（二）、用于桥台台背填土（三）、用于道路加宽（四）、滑坡路段路堤的填筑（五）、陡峭及急转弯地段的填筑（六）、隧道坑口的填筑（七）、作为溶岩覆盖层表面路堤的填料（八）、作为寒冷地区道路的隔热层（九）、地下空洞的填充（十）、隧道空隙的填充（一）用于软基路堤的填筑各种软基处理技术的比较泡沫混凝土技术的开发及在公路建设中的成功应用将为软基处理提供一种新的技术手段。其主要优点如下：（1）可大幅度地降低填土荷载，减少软基的附加应力，抑制软基的沉降和侧移，提高路堤的稳定性。（2）可简化甚至取消软基处理，简化软基路堤中地下结构物的结构设计。（3）施工工期短。（二）、用于桥台台背填土1、桥头跳车产生的原因①不良地基引起的沉降②台背填料自身压缩引起的沉降③刚柔突变引起的沉陷跳车2、采用泡沫混凝土技术缓解桥头跳车问题在桥台与路基结合部之间填充的楔形泡沫混凝土体则可达到使桥台与路基结合部附近沉降曲线的梯度变化缓慢化、均匀化目的。其优点主要体现在以下方面：①可大幅度地降低填土荷载，减少软基的附加应力，抑制软基的沉降和侧移，提高路堤的稳定性。②缓解桥台与路基结合部材料的刚性突变；③彻底消除填料自身的工后沉降；④填土自身能够自立，对桥台结构物几乎没有推挤任用；⑤施工工期短。使用泡沫轻质土后的桥基差异沉降曲线（三）、用于道路加宽1、在公路的道路加宽工程中，大多采用原路基两侧拼接加宽的方式。①公路加宽就需要新征土地。②新加宽的路基与原路基沉降差异，会导致路面及路堤两侧附近的结构物被拉裂破坏，增加公路运营后的维修养护费用。③路基加宽施工，需要运入大量的施工设备及材料，会对已经超负荷运行公路交通带来更大的压力。④公路加宽施工环境受限，因而施工工期长。2、泡沫混凝土加宽道路的主要优点泡沫混凝土具有容重小，流动性好，固化后可以自立等特性。这种材料应用于道路加宽时，主要有以下一些优点：①可垂直填土，节省用地、减少拆迁，节省投资。以5米高的填土路堤为例，假设路堤坡度为1:1.5，如果从路堤坡角内侧开始垂直填土，单幅路堤可增加7.5米的宽度，即单幅加宽两个车道而不需重新征地。②在软基路段进行扩幅填土时，可大幅度地降低填土荷重，减少新老路堤的沉降差异。③施工时不需机械震捣和碾压。④通过配管泵送泡沫混凝土，作业面小，几乎不影响现有交通。⑤施工工期短，可使工程提前投入使用，给投资者带来超前收益。（四）、滑坡路段路堤的填筑当公路路线经过山区滑坡体时，常规工法通常会增加滑坡体荷重，使滑坡体可能再次失稳（如上图），需要对滑坡体进行额外的抗滑处治；当滑坡体规模较大时，设计上一般采用调整线路避开滑坡体的方法来解决抗滑处理难题。如采用泡沫混凝土对滑坡体进行部分换填，利用轻质性，使路基路面总荷载小于换填部分的重量，则可确保滑坡体的稳定（如上图），无需对滑坡体进行处治，即使滑坡体规模很大，亦无须调整线路而增加公路里程长度，可取得显著的技术经济效益和社会效益。（五）、陡峭及急转弯地段的填筑1、可减少填挖工程量2、避免对原地形、地貌的破坏，消除工程的安全隐患3、可缩短施工工期。（六）、隧道进出口的处理隧道进出口的处理对环境、景观的影响较大，应尽量采用零开挖洞口，淡化洞口处理的方式。隧道进出口附近通常存在着偏土压、山体容易坍塌，给施工带来较大的不便。通常采用人工化的洞门结构处理方式对进出口进行较大面积的处理。工期长，所需人力、财力多，对进出口附近的环境景观破坏较大。在隧道的进出口处先期浇筑一定形状尺寸的泡沫混凝土土块，在此基础上进行隧道的进出口开挖处理。1、缓解隧道进出口开挖的偏围压，避免山体坍塌。2、避免破坏自然山体形态。尽可能维持自然地质地理环境平衡，环保优势明显。3、泡沫混凝土填筑体可作为隧道进出口的附属构造景观。4、施工便捷高效而安全。（七）、作为溶岩覆盖层表面路堤填料在溶岩分布地区，地下溶洞多，溶洞的覆盖层的情况较为复杂。在这些地段覆盖层上直接进行路堤的填筑时，由于填土荷载的作用（特别是高填土路堤），有可能出现溶洞覆盖层的承载力不足的问题，如将这些路堤改为桥梁，同样存在着桩基施工等难题。如果将原路堤填料改用泡沫混凝土，则可为解决上述难题提供一种新的技术手段。（八）、作为寒冷地区道路的隔热层在泡沫混凝土中，气泡的体积含有率可高达40%～70%，气泡的含有率大，不但容重小，减震性能好，而且导热系数小，隔热、隔音效果好，抗冻融性能强。当用作寒冷地区冻土与填土路堤之间的隔热层时，可较好地切断原冻土与外界的能量交换，起到隔热保温的效果，为解决寒冷地区道路的冻胀病害提供一种新的技术手段。（九）、地下空洞的填充在土建工程中，常遇到一些人、机械设备无法进入但又不得不充分填充的特殊空间，如各种原因形成的地下空洞，形状不规则、狭窄、矮小的建筑空隙，桥头搭板下的空洞等，常规的施工法常无法确保空洞的充分填充，给工程质量带来较大的安全隐患。泡沫混凝土具有良好的流动性、自硬性、施工过程中不需震捣和机械碾压作业、施工后不需要养生等特点，为一些特殊的地下空洞的填充提供了一种较好的、新的技术手段（图5）泡沫混凝土在涵洞背部填筑上应用典型纵断面（十）、隧道空隙的填充七、质量控制和检测（一）浇注方式（二）、单层浇注厚度一次浇注厚度过大时，由于泡沫混凝土自身重量的影响，深处的气泡受到压缩而使轻泡沫混凝土的湿容重有所增加。故原则上单层次浇注厚度不宜超过1.0m，同时考虑到单层浇注厚度太薄时消泡对泡沫混凝土容重的影响，原则上单层浇注厚度不应小于25cm。（三）、浇注时间为避免泡沫混凝土初凝后受到外力干扰，初凝固化后气泡出现破裂现象，单次浇注时间应以不超过水泥初凝时间为控制标准：上下相邻层位之间的浇注间隔时间以下层泡沫混凝土顶面可行人且不留脚印为标准，一般这个间隔时间均大于水泥终凝时间。（四）、原材料的计量精度（五）、施工时的质量管理（六）、固化后的质量管理八、泡沫混凝土在浙江省的应用实例练杭高速软基处理-泡沫混凝土施工现场09省道软基台背回填诸永高速K120+030～K120+200段高边坡坡脚滑坡（2005年11月16日滑坡）诸永高速公路滑坡路基填筑设计断面•诸永高速台州段滑坡体处置全景图-泡沫混凝土路基填筑桥台侧面诸永高速台州段滑坡体路段路基填筑桥头处理诸永高速公路台州段滑坡体路段路基填筑•处理前坡面防护：泡沫混凝土滑坡体治理抗滑桩坡面防护工程诸永滑坡体坡面防护•施工•施工诸永高速台州段滑坡体路段上边坡防护浙江省交通运输厅总工卞钧霈（右）向省委副书记、省长吕祖善（左）详细介绍泡沫混凝土在诸永高速的应用诸永高速金华段乌竹岭隧道塌腔回填施工设备布置•由于高差太大，拌合分两级进行，第一级水泥浆搅拌，第二级混泡，再通过泵送至回填口•总体•第一级•第二级台缙高速公路东延段路基泡沫混凝土换填工程上山高速公路上虞段路基泡沫混凝土拼宽工程嘉绍高速公路南接线桥台台后泡沫混凝土填筑工程路基坍塌现场坍塌区域山坳汇水区挡墙沉降缝增大区域杭新景高速公路千岛湖支