泡沫混凝土配合比的设计与调整

芦江龙

（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

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混合均匀，然后经过发泡机的泵送系统进行现场浇注施工，经自然条件下养护所形成的一种含有大量封闭气孔的轻型填筑材料。故具有轻质性、高流动性、底弹减震性好等特点，通过配合比设计满足具有适当的强度、轻质、高流动以及环保等工程需要。

其特点是发泡剂形成泡沫，泡沫是形成泡沫混凝土气孔的基础，在泡沫混凝土内均匀分布着大量的独立闭合胶质气泡，从而保证了它的轻质性，泡沫混凝土因无骨料，所以其混凝土抗压强度很低。因为材料的特殊性，可以在软基路堤的填筑、桥台台背填土、滑坡路段路堤的填筑、隧道坑口的填筑、寒冷地区道路的隔热层等部位得到广泛应用。因此，作为重量和环境负荷减少型混凝土，泡沫混凝土的研究和应用受到越来越多的重视。

1 泡沫混凝土的应用实例

在笔者参与施工的宁波绕城高速以及蒲都高速工程中，为了在较短的施工工期内，解决不良地基、台背填料自身收缩等因素引起的沉降，在桥台与路基结合部，填充泡沫混凝土，以发挥泡沫混凝土的优势，达到结合部及其附近沉降曲线的梯度变化缓慢化、均匀化的目的。现建235国道泰顺段改建工程中施工设计图纸[2]中就有泡沫混凝土，根据图纸设计要求：其设计用量3万m3，要求干重度为5.5～6.5kN/m3，抗压强度≥1.0MPa，流动度为160～200mm，其它技术指标要符合浙江省地方标准《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》DB33/T996-2015执行。作者根据其标准及规范要求，对泡沫混凝土的材料选用和配合比进行了设计。

2 泡沫混凝土配合比设计与调整

2.1 原材料的选择及用量

（1）水泥。水泥是泡沫混凝土强度的主要来源，也是首要影响因素，因为泡沫混凝土多数在常温下养护，且又掺入大量泡沫，水泥用量偏少，会造成泡沫混凝土强度偏低，这就需要加大水泥用量，但为了保证泡沫混凝土合理的容重，就应该在满足产品性能的基础上，尽量降低水泥用量，通常情况下，水泥的用量占干物料总量的70%～100%。在本工程中，选用乐清海螺水泥厂生产的海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥，图纸要求终凝时间不大于10h。其物理性能指标经检测合格[3]，符合普通硅酸盐水泥技术指标要求。

（2）发泡剂。依据图纸要求：稀释倍率≥40，发泡率≥20；产生的气泡应均匀、细微；产生的气泡泌水率低，稳定性好，且互不连通，能产生泡沫的物质很多，但并非所有能产生泡沫的物质都能作为泡沫剂使用。只有产生的泡沫在净浆混合时不破裂，具有足够稳定性，且不影响胶凝材料凝结硬化的物质才能用于制备泡沫剂。泡沫是形成泡沫混凝土气孔的基础，提高泡沫混凝土的强度，保持气孔的均匀性是重要的技术指标，想要获得符合技术要求的气孔结构，就必须有符合技术要求的泡沫，其发泡剂（稀释60倍）应满足表1所列性能要求[1]：

表1 发泡剂性能指标要求

依据指标，选择了温州国大土木工程技术有限公司生产的复合型发泡剂，经检测，该发泡剂沉降距、泌水量、发泡倍数符合《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》[1]中技术要求，其中泡沫密度实测值为48kg/m3。

（3）水。拌合用水采用山涧溪水，经外委检测符合《混凝土用水标准》[5]、《公路桥涵施工技术规范》[4]中用于素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土的技术要求。

2.2 配合比设计

2.2.1 泡沫剂的配比

泡沫的自身的性能决定了泡沫混凝土具有较低的抗压强度，配合比设计时，通过控制泡沫混凝土的干密度，来确定泡沫混凝土强度：（1）按泡沫混凝土干密度要求，确定水泥用量；（2）通过水泥用量，确定泡沫混凝土用水量；（3）按照胶凝材料、用水量，确定水泥净浆体积；（4）通过水泥净浆体积，确定泡沫体积；（5）按泡沫体积、实测泡沫密度，确定泡沫剂质量。根据这个原则，可以初步确定泡沫混凝土的配合比。

2.2.2 水料比

水料比是影响泡沫混凝土的一个重要技术参数，是总用水量与各种干物料质量的比值，水料比不仅要满足水泥水化反应的需要，更要满足搅拌及浇注成型的需要，既要容易浇注，又不会影响浇注的稳定性。

2.3 计算初步配合比

2.3.1 计算和确定泡沫混凝土配制强度

（1）确定泡沫混凝土立方体抗压强调标准值fcu，k=1.0MPa，

（2）按照《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》5.2.3配合比试验28d抗压强度宜采用目标设计值的1.05倍，确定混凝土配制强度fcu，o=1.05MPa。

2.3.2 计算和确定泡沫混凝土材料用量

（1）按照《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》查附录D混凝土试验配合比推荐值经验数据，选取水泥用量mc=450kg/m3，用水量mw=270kg/m3。

（2）按照《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》5.2.2根据已知的水泥用量及水用量确定单位体积泡沫混凝土所需泡沫体积Vf：

（3）确定泡沫用量，泡沫用量mf=pf×Vf=28.03kg/m3

2.3.3 确定基准配合比各种材料用量

经试拌，泡沫混凝土流动度为216mm，不满足设计要求，对配合比进行用水量调整，调整用水量为258kg/m3，测得泡沫混凝土流动度为196mm，满足设计要求，确定基准配合比掺配为：mc∶mf∶mw=450∶28.03∶258。

2.4 配合比调整

（1）保持泡沫用量不变，以基准配合比水泥用量可分别减少和增加10%进行配合比调整。

配合比1：水泥用量为405kg/m3，各材料为：

mc∶mf∶mw=450∶28.03∶258经试拌流动度为224mm，不满足设计要求，对配合比用水量调整，调整为240kg/m3，测得流动度为192mm，满足设计要求，其配合比1掺配为：mc∶mf∶mw=450∶28.03∶240。

配合比2：水泥用量为495kg/m3，各材料为：

mc∶mf∶mw=495∶28.03∶258经试拌流动度为173mm，满足设计要求。

（2）三组混凝土拌合物性能，干重度、力学性能结果如表2所示。

表2 三组配合比混凝土性能

根据表2可以看到泡沫混凝土抗压强度与干重度之间具有良好的相关性，即在组成、配比和制备工艺相同的条件下，抗压强度与干重度具有对应关系。因此，在泡沫混凝土配合比设计时，应该以干重度为基础，在保证干重度的前提下来设计符合结构所要求的强度值，强度应以满足这一密度等级产品的使用性能为标准。

（3）性能测试。测试试件采用28d龄期的抗压强度、干重度，试验方法参考DB33/T996-2015《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》进行。成型试件尺寸为100mm×100mm×100mm。

泡沫混凝土浇筑横断面可采用到梯形、矩形或者结合工程功能需要而确定，浇筑宜分层浇筑，单层厚度宜0.3m～0.8m，基础底部应设置排水垫层并结合现场情况设置排水盲沟或泄水孔，当浇筑厚度大于一定程度时，应与常规填土路基的纵向、横向衔接宜设置台阶式过渡，当泡沫混凝土单体长度超过15m或结构物截面形态发生变化时应设置沉降缝，可用一定厚度的聚苯乙烯板、沥青麻絮等进行填塞。具体流程如图1。

图1 泡沫混凝土生产流程

3 结束语

泡沫混凝土的材料组成是影响强度的首要因素，包括水泥种类和强度等级、发泡剂种类和发泡倍数。在施工中，严格控制材料用量及搅拌工艺要求。泡沫混凝土可用于新建路堤、拓宽路堤、特殊部位处治等工程，经在本工程中应用后观察，泡沫混凝土大幅度降低了桥台及其附近荷载，对其他结构物几乎没有任何推挤作用，具有较高的稳定性，经业主和设计等单位现场观摩，均认为达到了应有的效果。随着科研的进一步深入，原材料的改进，泡沫混凝土在工程中的应用前景会更加广阔。