引言

泡沫轻质土是一种利废、环保、节能、低廉且具有不燃性的新型建筑节能材料。泡沫轻质土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种多孔材料。由于其含有大量封闭的孔隙，具有整体性、环保性、重量轻、强度高、低弹减震、抗震性好、施工方便等诸多优点，可以用于建筑物屋面找坡、保温；泡沫混凝土砌块在框架结构中用作隔热填充墙体或与薄钢板制成复合墙板；补偿地基、道路、桥梁、隧道、大型构筑物的填充层；公路护坡、路基、河岸、港口的挡土墙；制成轻质假山、盆景、仿木材料等园林制品。

1          泡沫轻质土的形成原理及特性

1.1 泡沫轻质土定义

泡沫轻质土（又称泡沫轻质混凝土）是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与（必须组分）水泥基胶凝材料、水及（可选组分）集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。

1.2 泡沫的形成

泡沫是由细小空气泡组成的分散体系，气泡之间有细微的液体薄膜隔开。由于液体的表面张力，液体表面有自动缩小的趋势，因而纯静液体经搅动后并不能产生大量泡沫。在纯静液体中，两个气泡相碰就会毫无阻碍地结合在一起，最后气泡全部破裂。但如果在液体中溶解一种能降低气-液界面张力的物质，使形成在组成上与其他液体有区别的，且有一定机械强度的临界层，那么在两个气泡相碰时，这种临界层便可作为“缓冲层”防止气泡破裂，泡沫济液体在强大的高压空气的吹动下，形成大量的表面涨力极强的一个个的气泡。

1.3 泡沫轻质土结构

将已制得的泡沫加入到由水泥、水等组成的料浆中均匀搅拌后即成为泡沫砼混合料，泡沫的气泡就变为互相隔开的气泡。气泡的壁体是泡沫料浆的微粒和水构成，它在毛细管作用下多少要产生变形而变成多面体。混合料中的细孔分布得愈均匀、尺寸愈小，则泡沫砼强度愈高。

1.4 泡沫轻质土特性

1.4.1 轻质性

泡沫轻质土内含有大量的微小气泡群，其容重可通过调整土体中的气泡和固化剂的含量，可以按照需要使其容重在5～16kN/m3 内进行必要的调整。

1.4.2 强度的可调节性

和容重的可调节性原理一样，通过改变各种成分的配合比，泡沫轻质土的强度可以在300～1500kN/m2 的范围内进行调整。

1.4.3 高流动性

泡沫轻质土具有良好的流动性，通过管道泵送，其最大输送距离可达500m 以上，最大泵送高度可达30m。

1.4.4 固化后的自立性

由于使用水泥作为固化剂，通常在浇筑5 h后就会开始固化，且固化后可以自立，可进行垂直填土，且对挡土结构物几乎没有推挤力。

1.4.5 良好的施工性

由于其具有良好的流动性和固化后的自立性，且不需振捣和碾压作业，可进行远距离或在小空间内施工。此外，泡沫轻质土中混有大量的气泡群，成品的体积可达到材料体积的3 倍以上。

1.4.6 耐久性

属水泥类材料，与高分子材料相比，其耐久性、耐热及抗油污能力强，具有水泥材料同等的耐久性。

1.4.7 隔热性

泡沫轻质土中含有大量的气泡，具有良好的隔热性。

2  工程概况

滨江新区新南路东段（天沙河路-滨江大道）工程第II标段k1+500-k2+983.356，位于滨江新区启动区内，西起天沙河路，向东接滨江大道，全长约1.483公里，规划红线宽度60米，道路工程（含管线桥）、地基处理工程、排水工程（含结构工程）、消防、信息管道工程。目前，滨江大道平面交叉除匝道FA0段与输油管相交处采用管线桥保护施工方法外，平交主线段、匝道FB0段与输油管相交处其上方均采用泡沫轻质土进行换填减载保护处理。本工程泡沫轻质土设计方量7974.4m3。

3  泡沫轻质土路堤设计

3.1 泡沫轻质土填筑高度设计

泡沫轻质土在高速公路结构中所处的位置见图1。

图 1 泡沫轻质土在道路结构中所处的位置

根据荷载要求，重叠区路堤高度须满足式（1）

式中：H1、H2、H3———分别为路面结构层、泡沫轻质土及常规填土厚度，m；

R1、R2、R3———分别为路面结构层、泡沫轻质土及常规填土的平均重度，kN/m3。

根据高速公路设计，自原地面到路面顶面总高度为4.2 m。路面结构层平均重度R1=23 kN/m3，泡沫轻质土的重度R2=8 kN/m3，常规填土的平均重度R3=18 N/m3。

根据式（1）计算泡沫轻质土填筑高度H2≥1.91 m。为确保路基路面整体荷载，最终确定减载路段统一按2m 高度填筑泡沫轻质土。

3.2 主要技术指标

泡沫混合轻质土是利用其轻质性来减少软基附加应力的轻型填土技术，它的开发为公路等基础建设的软基处理提供一种新的技术手段，为确保泡沫轻质土的质量，其主要技术指标应满足表1 的要求。

表 1 泡沫混合轻质土主要技术指标

4  泡沫轻质土施工

4.1 施工准备

4.1.1 拌合站场地建设

a、按照设备的尺寸及布置图，对主机、泵、发泡装置等关键设备的摆放场地，采用C20 混凝土进行硬化处理。设置排水沟，保证整个场地的水平，并排水顺畅。

b、用红砖砌筑20m3 蓄水池和两级排污沉淀池。

c、根据设备的生产用水和功率等要求，计算好水管的大小和电缆的规格，安装水电等设施，供水能力在20 吨/小时以上，电的安装功率为120KW。

4.1.2 设备配置

泡沫轻质土施工设备选用华鑫博越国际土木建筑工程技术（北京）有限公司的“泡沫轻质土制备输送站”，产能高达60-90m3/h，整个输送站最大可实现120-180m3/h的施工能力。主要机具设备如下表。

4.1.3 施工场地准备

a、打坝、排水、清淤进行台背泡沫轻质土路基基槽的整平碾压施工，做好防、排水工程等施工准备工作。基槽开挖边坡坡比除设计明确规定的外，其余坡比应控制在1:0.8～1:1 范围内。

b、填筑50cm 山皮土，整平碾压完铺设防渗土工膜。

c、施工保护面板使泡沫土施工区域形成封闭的浇筑区域。

d、施工前，应清除浇筑区基底杂物，尤其应排清基底的积水；当在地下水位以下浇筑时，应有降水措施，严禁在基底有水的状态下浇筑施工。

4.2 配合比设计

本项目工程设计要求湿容重≤6.0kN/m3；200mm≥流动值≥160mm；泡沫标准密度50kg/m3。消泡试验泡沫轻质土湿密度增加率不超过10%。

施工配合比强度试验试块采用10cm×10cm×10cm立方体试块。抗压强度试验方法同普通混凝土强度试验方法，但要求压力机采用小量程砂浆压力机进行抗压试验，且强度结果不做尺寸折减。施工配合比强度试验以6块试块为一组，共做2组分别测定7天和28天龄期强度。当7天龄期抗压强度≥0.3MPa或28天龄期抗压强度≥0.6MPa时，该配合比方可作为施工配合比采用。

泡沫轻质土试配强度应满足下式要求：

qu≥1.05qc

试中qu--泡沫轻质土试配强度（MPa）

qc--泡沫轻质土试配强度（MPa）

试配试验时，经湿密度、流值和消泡试验符合要求后，再制取试件进行养护做抗压试验。当消泡试验确定的湿密度增加率无法满足要求时，应调整发泡剂的稀释倍数或种类，或调整配合比组成材料的种类和用量，重新进度试配试验。经试配，选定本工程施工配合比，见表2：

表2  配合比

水泥 水 湿密度 流值 抗压强度

320 580 578 170 0.8

4.3 施工工艺及方法

泡沫轻质土的生产流程：泡沫的生成→水泥浆或水泥砂浆的制备→泡沫轻质土的生成即泡沫与水泥(砂)浆的混合。泡沫轻质土的现场施工流程：基层清理→按设计要求支好模板→ 浇水湿润→泡沫砼浇筑→养护→ 检验和成品保护

图2 泡沫轻质土施工工艺流

1）模板

施工时，为了防止泡沫轻质土的溢出，施工中模板之间，模板与地基之间的间隙应尽量消除填塞密实，必要部位采用防水土工膜进行封堵。

2）输送

泡沫轻质土在由管道或泵管输送的过程中消解量是极小的。但如果使用预拌混凝土车和翻斗车进行输送的话，由于振动使得气泡消解，湿润度、空气含量将发生变化，流动性也降低。因此，针对本工程的特点，采用移站施工，管道进行泵送。

3）浇筑

泡沫轻质土中气泡既有独立细微的特点，也具有分散性。为减少气泡的消解及材料分离现象，施工过程中要避免过度振动，并且要控制好浇筑厚度宜为0.6m 每层。这是考虑消泡的影响：一次浇筑太厚自重压力增大会使气泡消泡过多，太薄则增加浇筑的临空面消泡损失率加大，二者对气泡轻质土的轻质性有一定影响。

4）养护

泡沫轻质土浇筑完成后为了防止由于急速干燥而产生裂缝，固化后需要在表面覆盖塑料薄膜进行保湿养护。

5  结语

由本工程的实际应用表明：泡沫轻质土在路基处理中使用具有较好地减载效果；泡沫轻质土配比设计得当时，具有较高的强度，完全可以替代上路床的施工；鉴于本工程实际应用效果，泡沫轻质土由于其重度和强度等的优越性能，将具有良好的应用前景。