昆明路通科技发展中心 云南省昆明市 650051
摘要：高原山区低等级公路的改扩建施工，是提升其通行能力及安全性的必要手段。然而在旧路改扩建过程中，传统的施工工艺往往受到地形、交通、环境等的限制，在路基加宽、三背回填等施工中，会造成填料压实不足，质量难以保障等问题。泡沫混凝土作为填料材料应用于老路改扩建工程，可较为有效的解决上述问题。本文通过对泡沫混凝土材料、配合比试验研究，得到了水灰比、和水泥用量指标，通过对泡沫剂量和防水剂掺量的研究，得到了泡沫混凝土强度的变化曲线。
关键词：山区公路；改扩建工程；泡沫混凝土；配合比；性能
0 问题的提出
云南是典型的高原山区，公路大多都是傍山而建，大量的山区低等级公路通行能力及安全性能相对较差。为进一步提升山区公路的运行品质，必须通过改扩建施工来实现。但是，采用传统施工工艺进行老路改扩建施工，路基加宽、三背回填等施工质量难以保障。泡沫混凝土利用其自身轻质、自密实等特点，可广泛应用于山区公路改扩建施工。水灰比、防水剂、泡沫掺量等指标变化对泡沫混凝土性能有较大影响。为进一步研究泡沫混凝土性能随不同影响因素的变化规律，本文对泡沫混凝土的配合比和性能加以研究，为我省高原山区公路改扩建施工中对泡沫混凝土的应用提供理论指导。
1 泡沫混凝土原材料
水泥为泡沫混凝土的主要原料，发泡剂为主要成泡材料，制作过程中采用物理方法或化学方法，引入气泡，凝结硬化后形成大量孔隙，最终形成轻质多孔混凝土。
1.1 水泥
水泥硬化为泡沫混凝土提供强度。由于改扩建施工中采用泡沫混凝土作为填料，对其抗折强度不做要求，抗压强度要求也相对较低，所以采用普通的水泥均可达到使用要求。但是考虑快速开放交通的需要，在高原山区公路改扩建施工中，优先考虑硫铝酸盐水泥作为泡沫混凝土制备原材料，因其3d的抗压强度即可满足通行要求。
1.2 发泡剂
发泡剂的种类有松香型发泡剂、蛋白质发泡剂、合成发泡剂和复合型发泡剂，其中复合型发泡剂和蛋白质发泡剂的稳定性和起泡能力相对较好，参照《泡沫混凝土用泡沫剂》（JG/T2199-2013）的规定，泡沫剂的性能指标如下。
泡沫剂性能指标表 表 1-1
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1.3 水
普通饮用水，如选用其他水，需进行性能试验检测。
2 水泥净浆参数指标试验研究
本研究根据泡沫混凝土的组成，以及现场施工对泡沫混凝土工作性的要求，分别对水泥净浆水灰比、最低水泥用量、泡浆拌和物流动度三项指标进行分析和试验研究。
2.1 水灰比
泡沫混凝土在本质上就是由气泡、水、水泥组成的水泥混凝土，但其与普通水泥混凝土最大的不同就在于其强度的主要影响因素使泡沫掺量是，而不是水灰比，因此，泡沫混凝土水灰比的确定参考《水泥混凝土施工规范》JTJ-2012的规定，有抗冻要求的为水灰比最大为0.46，无抗冻要求的为0.48。
2.2 最低水泥用量
由于改扩建工程中所需要的泡沫混凝土，强度要求并不高。相较普通混凝土的强度指标，其强度达到普通混凝土的1/10就可满足要求。同时考虑水泥净浆与泡沫的混合特性，最终确定泡沫混凝土的水灰比0.5～0.6，最低水泥用量300kg。
2.3 泡浆拌和物流动度
泡沫混凝土的形成是通过泡沫均匀分散在水泥浆体中，如何保证水泥浆体既有利于泡沫的均匀分散，又有利于施工工艺。针对这个问题，我们设计了泡浆拌和物流动度的试验，水泥采用保山昆钢嘉华水泥有限公司西麟普硅42.5，泡沫剂选用河南华泰新材料有限公司HT-8型，试验用水为自来水，对拌合物的塌陷度、流动度进行检测，观察搅拌成型情况、气泡分布均匀程度。试验结果如下所示：
泡浆拌和物流动度试验（w/c=0.5） 表2-1
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根据表2-1，综合成型情况、气泡分布情况以及塌陷度情况分析泡浆拌和物适宜的流动度以170~190mm为宜，在此范围内既有利于泡沫的均匀分散，又满足施工工艺的工作度要求。
3 泡沫混凝土的配合比设计
配合比设计主要考虑其要满足干密度、强度、经济合理性及耐久性的要求。
3.1 干密度的确定
针对不同的应用目的，及不同的试验要求，泡沫砼的配合比设计控制指标也有不同的选取，本研究是在山区公路改扩建中的应用，优先考虑的是泡沫混凝土的轻质性和自密性，因此选取干密度和强度作为配合比设计的控制指标。
根据工程实际情况确定试配干密度
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（3.1）
Mw=
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Mc （3.2）
式中：
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—试配干密度（kg/m3）
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—质量系数，硅酸盐水泥一般取1.2，硫铝酸盐水泥取1.4
Mw— 泡沫混凝的单位用水量（kg/m3）
Mc— 泡沫混凝的单位水泥用量（kg/m3）
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— 水灰比，一般取0.5~0.6
3.2 泡沫剂用量的确定
计算泡沫剂的用量
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（3.3）
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（3.4）
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（3.5）
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（3.6）
式中：V1—加入泡沫前浆体总体积（m3）；
V2—泡沫体积（m3）；
K—富余系数，通常大于1，一般情况下取 1.1~ 1.3；
My—所需泡沫液的质量（kg）；
Mp—泡沫剂的单位用量（kg/m3）；
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—水泥密度（一般取3.1×103kg/m3）；
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—水的密度（一般取1.0×103kg//m3）
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—实测泡沫的密度（kg/m3）
β —泡沫剂稀释倍数
3.3 修正系数的确定
试件在标准条件下养护28d，进行干密度检测，其干密度为。
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（3.7）
用（3.7）式中的系数
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对各组成材料进行调整，得到一组新的各材料的单位用量，然后在这组的基础上泡沫用量各增减1%，制成三组试件，养护28天后进行干密度和抗压强度的测试，确定最终的配合比。
4 防水剂的影响分析
考虑到泡沫混凝土在软基处治中，有可能在地下水位线以下浇筑的情况，有必要采取相应的防水措施。试验选用憎水型的防水剂，设计密度300~600kg/m3，水泥采用昆明水泥厂石林普硅42.5；憎水剂选用硬脂酸钙，掺量为1.5%，试验分析干密度、浸水饱和抗压强度、吸水率、软化系数的变化情况如下：
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通过以上试验结果可知，加入防水剂，泡沫混凝土的实测干密度比设计干密度略微变大，且比未掺加防水剂的泡沫混凝土干密度大。设计干密度为300kg/m3的泡沫混凝土，吸水率明显下降，其他试块因防水剂的掺入，吸水率也都比未掺加防水剂的试块低。掺加防水剂的试块28d抗压强度要明显高于未掺防水剂的试块。
5 泡沫掺量对混凝土强度的影响分析
泡沫混凝土的抗压强度与水灰比有密切关系，泡沫掺量对水灰比大小（浆体稠度）影响显著。泡沫混凝土孔径越小，孔壁越厚，泡沫混凝土强度越大，反之则越小。
试验选用了几个不同水泥厂家生产的普通硅酸盐42.5水泥（表5-1），水灰比0.5、发泡剂选用河南华泰凝材料有限公司生产的HT复合型发泡剂，试配密度从300~1000kg/m3的泡沫混凝土。
水泥材料选用表 表5-1
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根据试验结果，综合分析以上各组泡沫混凝土强度与密度的关系，两者之间大致呈如下对应关系：
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6 结论
（1）泡沫混凝土水灰比及最低水泥用量主要从耐久性考虑，参考《水泥混凝土施工规范》JTJ-2012的规定，有抗冻要求的为水灰比最大为0.46，无抗冻要求的为0.48。
（2）考虑水泥净浆与泡沫的混合特性，最终确定泡沫混凝土的水灰比0.5～0.6，最低水泥用量300kg。
（3）综合成型情况、气泡分布、塌陷度、结果分析泡浆拌和物适宜的流动度已170~190mm为宜。
（4）加入防水剂，泡沫混凝土的实测干密度比设计干密度略微变大，且比未掺加防水剂的泡沫混凝土干密度大。设计干密度为300kg/m3的泡沫混凝土，吸水率明显下降，掺加防水剂的试块28d抗压强度要明显增高。
（5）随着泡沫混凝土密度的增大，泡沫混凝土强度逐渐增大。
参考文献：
[1] 张巨松.泡沫混凝土[M].哈尔滨工业大学出版社，2016.
[2] 袁成成，胡倩.泡沫混凝土配合比设计及性能研究[J] 中华建设，2018，（1）：112-113.
[3] 马腾坤.泡沫混凝土凝结时间的研究进展[J].混凝土.2015，（11）：142-145.
[4]狄启光，王勇.不用水泥种类对破灭混凝土强度的影响[J].河北交通职业技术学院学报，2016，（2）：24-26
[5] JGJ/T 341-2014 泡沫混凝应用技术规程[S] 中国建筑工业出版社.2014
[6] JG/T2199-2013泡沫混凝土用泡沫剂[S] 中国建筑工业出版社.2013
[7] JTJ-2012 水泥混凝土施工规范[S] 中国建筑工业出版社.2012