城市快速路工程台背回填泡沫混凝土配合比设计

孙 富

中交隧道工程局有限公司南京分公司，江苏 南京 210000

1 泡沫混凝土概述

随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大，能源短缺成为很多国家目前面临的严重问题，只有提高能源使用效率、节省能源使用量才能解决这一问题。因此，目前很多建筑工程项目在施工时越来越注重使用保温隔热性能良好的材料。泡沫混凝土主要由无机胶凝材料制成，只需往该物质中添加泡沫，使之出现稳定的气孔结构，即可制成泡沫混凝土[1]。因为泡沫混凝土台背回填技术不仅能降低容重，回填的材料不需要开展碾压作业，还具有施工工期短、经济效益高等显著优点，所以其作为土建行业高新技术在经济发达的国家深受欢迎并被广泛使用[2]。

泡沫混凝土除了具备优质的保温隔热性能，在密度、延展性等方面也有明显的优势。此外，该材料成本较低、施工难度低，相比于其他材料更适合应用在基坑回填环节中。目前，国内越来越多的道路工程项目使用了这一材料，显著提升了道路的安全性能，延长了使用寿命。

2 原材料选取

文章选取某实际项目作为研究对象，该项目中桥台填筑材料选用泡沫混凝土，项目规定其路床湿容重为6.5kN/m3，路基湿容重为6kN/m3，同时两者的28d抗压强度分别大于1.0MPa、0.5MPa，流动度大小维持在160～200mm。泡沫混凝土的强度、容重、流动度指标的大小将对其性能产生重要影响，因此设定上述指标以保障泡沫混凝土的使用性能。通过检测，项目涉及的所有材料都满足专业应用技术规定，详细使用指标如下：

（1）水泥。水泥主要成分是P·042.5硅酸盐，其密度超过3000kg/m3，满足硅酸盐水泥的标准要求；

（2）水泥发泡剂。城市快速路项目中使用较多的是WF-600型号水泥发泡剂，其密度超过900kg/m3，满足泡沫混凝土中的相关规定，满足该项目使用要求；

（3）拌和用水。可选用施工场所周围的河水，通过试验检测，河水满足设计施工标准。

3 配合比设计

3.1 泡沫混凝土技术参数

选择合适的参数展开研究分析关系到能否设计出科学的泡沫混凝土配合比。文章在研究时将泡沫混凝土路床作为参考，便于更好地研究其配合比。

（1）干密度。对于泡沫混凝土而言，干密度是一个基础性的物理指标，从根本上影响配合比的设计[3]。专业应用技术规程指明，泡沫混凝土的成分选择取决于项目所需的干密度指标。在该项目中，查询技术规程得出路床项目中泡沫混凝土的干密度属于A06级，具体数值为6kN/m3。

（2）强度。若将泡沫混凝土填筑在台背中，其强度同样是影响配合比的关键因素之一，即28d抗压强度必须超过1.0MPa，可以略微超过标准，使其结构更为稳定。

（3）水泥配比。在绝大多数情况下，可以通过在泡沫混凝土中添加水泥以起到固化效果，即在常温环境下水泥凝固后将处于固化状态，如果将其填充到泡沫混凝土中，可以提升整体强度及性能，因此经研究决定选用水泥干物料作为施工材料。

（4）水料比（水灰比）。泡沫混凝土在配比时可以以水和干物料的配合比为依据。干物料的主要成分为水泥，而添加的水资源量往往取决于水泥水化所需耗费的水量，以及施工预制、搅拌所需的水量。

3.2 泡沫混凝土设计思路

首先通过下式进行设计：

式中：P干为干密度大小，按照设计规定，该项目中干密度数值取600kg/m3；Sa为待预制好的泡沫混凝土静置养护28d后，干物料质量及内部非蒸发物质量的系数值大小，参考该项目，普通硅酸盐水泥值为1.2；Mc为每立方米泡沫混凝土所需要的水泥质量，kg。由此，计算出水泥质量为500kg/m3。

式中：Mw为每立方米的泡沫混凝土所需使用的水资源质量，kg；φ为水灰比，随泡沫混凝土流动性适当调整，通常情况下维持在0.5～0.6。

基于此，可以计算出水资源使用量为300kg/m3。

式中：V为每立方米的泡沫混凝土所需的泡沫质量，kg；K为富余系数，该系数值大小取决于所使用的发泡剂数目、预制时间及损耗，该项目测试过程中需要选用稳定性能较强的发泡剂，使K维持在1.1～1.3；V1为掺入发泡剂前，水泥、粉煤灰等物质的体积，m3；V2为泡沫添加量，m3。

通过计算得出为0.645m3。

综合考虑经济效益和泡沫混凝土自身的各项性能指标，可以初步设计出配合比。随后，在维持水胶比、发泡剂稀释状况之类的指标参数固定的前提下，适当修改水泥掺入量，得出三种配合比，如表1所示。

表1 A06泡沫混凝土配合比 单位：kg

3.3 泡沫混凝土相关指标试验方法

将施工模拟区域作为试验点，用来测试三种配合比的泡沫混凝土性能，同时依照《泡沫混凝土》（JG/T 266—2011）第7.3.3条中所规定的混泡沫凝土强度标准，依照规定标准有序开展试验，详细对比三种配合比下混凝土的流动度、湿容重指标及其内部气泡结构的均匀度。

4 试验结果及分析

4.1 泡沫混凝土性能检测结果

要想获得质量达标的泡沫混凝土，混凝土流动度是最关键的因素。此外，湿容重、强度等性能指标同样在很大程度上影响最终质量，需要在配制时予以重视[4]。文章共设计了三种类型的泡沫混凝土，通过对比试验观察其各项指标，并如实记录汇总，试验结果如表2所示。

表2 泡沫混凝土流动度、湿容重、28d抗压强度试验结果

4.2 试验结果分析

（1）研究该材料的流动度测试结果。无论是哪一编号的泡沫混凝土，其流动度均符合设计标准，保持在160～200mm。在实际施工时，会受到外界天气等环境因素的干扰，因此可以根据实际施工情况适当添加水量，确保其流动度稳定控制在设计范围内。此外，试验中发现适当增加用水量不仅能起到稀释的效果，还能让内部气泡均匀在水泥浆液内部结构中流动，提升整体流动性。

（2）研究该材料的湿容重指标测试结果。由于该工程中这一材料被用在填筑工序中，即通过借助泡沫混凝土容重小、硬度大、流动性能佳等特征提升地基的抗压能力，缓解给挡墙造成的推力，提升其减震效果。由于泡沫混凝土本身流动性能更佳，能够均匀分布在不规则空间内，在最大程度上减小沉降量，避免出现桥头跳车。可见湿容重指标同样对其最终质量至关重要。综合比较得出，前两种混凝土的配合比湿容重数值已经远远超过设计容重标准值，第三种混凝土的比湿容重与标准值之间的误差更小。泡沫混凝土的湿容重会在很大程度上左右地基的承重能力，基于此，三种混凝土材料中第三种更具优势。

（3）研究该材料的抗压强度检测报告。要想确保最终混凝土材料的强度满足设计需求，在试配时可以适当提升设计强度。该项目测试过程中所有试配强度都选择了设计指标的110%。此外，当确保强度值均符合设计标准后，还要考虑成本最小化，综合对比后第三种混凝土经济效益最佳。

5 结束语

泡沫混凝土凭借其自身具备的环保、容重低、经济指标好等优势，目前已被广泛运用于各类道路工程台背回填工程。文章通过对这一材料的配合比展开详细分析研究，掌握泡沫混凝土质量控制标准，提升了项目泡沫混凝土的性能，优化了原有的泡沫混凝土配合设计，有效节约了项目成本，可为类似项目提供参考。