文／陈金鹏 南京市园林经济开发有限责任公司 江苏南京 210000

薛超、黄宏亮、周玉杰 中铁四局集团有限公司南京分公司 江苏南京 210000

引言：

近年来，我国公路基础交通建设步入了高速发展阶段，面对复杂多变的施工环境，也带来了许多工程问题，如路基冻胀、桥头跳车等，对公路的稳定通行产生了极大的影响，并且使得维修管理费用明显增加。气泡混合轻质土作为一种人工合成的施工材料，具有容重小、强度与变形特性优于较好土体的特点，在大力开发的同时，也逐渐被推广。早在上世纪80 年代，西方国家便开始大力研究气泡轻质土，美国在贸易中心建设过程中，使用了气泡混合轻质土进行地基处理，从而减轻荷载，随后在公路建设中也大量使用，使用该技术材料填筑路基，有效改善了填土沉降大的问题。我国在气泡混合轻质土技术研究方面起步相对较晚，但是发展较快，随着该技术越来越成熟，其在今后的市政、公路基础建设中的应用范围也将会进一步扩大。

1、气泡混合轻质土技术概念简述

气泡混合轻质土是采用物理手段使得发泡剂水溶液转化为泡沫，同时加入水泥基胶凝、外加剂、水、掺和料等根据相应的比例混合搅拌从而逐渐形成的新型轻质材料。将水和原料土按照科学的比例混合慢慢形成浆体，并和细小稳定气泡群进行混合搅拌之后形成流体，最终凝固成型的现代化轻型填筑施工材料。早在20 世纪80 年代，日本便深入研究气泡混合轻质土，并在工程建设中大量使用，随后作为道路填充材料使用。随着技术标准以及相关设备的不断更新与完善，其应用范围也在不断扩大，大量研究成果问世，相应的技术规范也在不断完善，目前我国也将该材料大量应用于道路工程建设中，取得了显著的效果。气泡混合轻质土材料具有密度与强度灵活可调的特点，同时具有轻质性、高流动性、耐久性、经济环保等诸多优点，是道路工程建设的重要材料之一[1]。

2、气泡混合轻质土技术性能

2.1 物理性能

（1）容重性，气泡混合轻质土和普通材料相比较，其容重大小与配合比、龄期、实际环境状态等方面因素有关，气泡混合轻质土在最开始形成、固化、具体使用环节中，容重也会逐渐发生变化。一般情况下，在初凝之前，会受到设备流动状态的影响，容重最大，之后逐渐凝固之后，龄期会延长，如果无水浸润影响时，气泡混合轻质土当中的水分也会慢慢丧失，容重慢慢降低。单次进行浇筑的实际高度会对容重产生一定的影响，单次高度不能过大，尽可能不要超过1m 最佳，吸水则会造成气泡混合轻质土实际容量慢慢增加，如果是长期浸水环境下，在使用过程中，还应当充分考虑浸水可能会产生的影响，必要的情况下应当采取有效的防水措施，从而尽可能避免容重逐渐增加。（2）渗透性，气泡混合轻质土在特定水压作用影响下，会出现渗透，通过和外部进行连通的孔隙进行渗透，可以根据测定结果进一步分析研究，渗透系数也能够更加真实地反映出内部孔隙和外部连通状况，当容重减小时，气泡混合轻质土渗透系数逐渐增大。（3）干燥收缩性，气泡混合轻质土的实际收缩系数会受到水泥质量与砂之比的影响，当该值逐渐增大，收缩系数呈线性递减发展[2]。

2.2 力学性能

（1）应力～应变特性，数据显示，气泡混合轻质土主要是以脆性破坏形式为主，在此之前，应力和应变呈现弹性关系。因浇注高度会对容重产生直接的影响，完成浇注成型的试样高处容重则更小，高处气泡含有率偏高，所以高处强度和低处相比较偏低，试样受压环节中，破坏裂纹大多数情况下在成型高处慢慢开始。（2）抗压强度与影响因素，气泡混合轻质土抗压强度，很多时候会受到原材料、环境、温度、气泡含有率、龄期等诸多方面因素的影响。无侧限抗压强度则会根据气泡含有率逐渐变化增加而慢慢降低，固化材料类型与标号也会对无侧限抗压强度产生不同程度的影响，在条件相同的状况下，采用高炉矿渣水泥的抗压强度明显更高于一般水泥，水泥标号逐渐增加的同时，抗压强度也会随之增加，但是整体幅度明显减小。在气泡含有率基本相同时，砂和水泥比越大，抗压强度也就会越低，在一定区域范围之内，其还会受到温度的影响逐年变化增大，长时间浸水会导致材料强度降低，所以，需要尽可能地避免出现长时间浸水状况，同时还需要对暴露面采取有效的防护措施。（3）抗折强度，材料的抗折强度比较低，通常在0.4MPa。（4）CBR 特性，研究数据显示，当材料局部压力逐渐增大并逐渐达到一定值后，材料中的孔洞慢慢出现压溃，但因存在侧线，导致材料的整体强度并不会丧失，还可能会由于材料重新压实之后，承载力会有一定的提高，和规定的强度相比较，依然可以满足实际要求，符合道路工程路基填土具体规范[3]。

2.3 隔热性能

气泡混合轻质材料中有着很多封闭泡沫，使得其自身导热系数相较于填土路基更低，后者通常是前者的4-5倍左右，气泡混合轻质土具有良好的隔热性能，但其与气泡含有率密切相关，当含有率越高，导热系数也就越小，气泡混合轻质土材料的实际导热系数也就越小，隔热性能更加突出。

2.4 耐久性能

气泡混合轻质土是一种新型的水泥材料，其和EPS材料相比较，耐久性更好，其耐酸与耐碱性能和一般的混凝土相比较为类似。

3、施工工艺方法及规定

3.1 地基处理

根据设计标高及尺寸具体要求开挖、清理以及整平处理，根据路基具体情况，设置排水沟，确保排水系统完善，及时清除地表与地基水[4]。

3.2 合理设置排水布

在正式施工之前，需要在基底部分铺设透水布，之后在气泡混合轻质土表面进行防水布铺设，确保防水布和挡板间密切搭接。

3.3 模板

要确保模板的刚度与强度符合实际要求，在具体安装环节中，模板和地基间一定要固定和密接，从而有效避免出现漏浆与垮塌问题。在完成搅拌之后，气泡混合轻质材料通常使用泵送方式进行传输。

3.4 输送距离

为了保障在输送过程中，气泡相对稳定，材料不离析的基础上，一级泵送的距离最远为500m，实际输送距离如果超过了这一范围，需要合理设置中继泵送装置，或者将气泡混合移送到泵送管出口周边区域。

3.5 浇筑具体方法

为了切实保障气泡混合轻质土材料当中，气泡均衡分布且独立，就必须要将材料离析隔离控制，使其处于最小状态，在具体施工环节中，还应当尽可能地避免出现过度振动的现象，浇筑环节中可采取以下方面，也就是从软管的前部进行浇筑，出料口应当埋进气泡混合轻质土材料当中，并且尽可能地距离其表面较近，同时还应当注意避免在下雨时进行施工。

4、质量控制技术与施工质量管理措施

4.1 工程质量控制技术

4.1.1 组分结构

气泡混合轻质土材料主要是由气体、液体以及固体等多种介质共同组成，其为多孔介质新型材料，其轻质性主要是因为当中含有的泡沫空隙逐渐形成的，因此，泡沫轻质土非常重要的结构特性之一便是多孔性。气泡混合轻质土是一种水泥材料，从前期制备以及使用等环节中，其也具备水泥的凝结性，具备初凝、终凝时间，是一种水硬性材料，强度一般会随着龄期变化而不断增长[5]。

4.1.2 关键技术

气泡轻质土制备工艺的不同环节都具有共同点，即混合，主要体现在多步骤以及不同比例的混合特点。发泡剂稀释，其主要是通过科学的比例，将发泡剂稀释成发泡液，这样也有利于对发泡全过程进行计量，主要体现在发泡剂和稀释水之间的混合。水泥浆搅拌，其主要是水泥和水之间发生混合反应，在这个过程中需要对水泥浆配合与搅拌时间进行合理控制。泡沫制备，该环节是发泡液和压缩空气有效混合的环节，以发泡液与压缩空气输送为动力，从而形成泡沫流，这个过程中，混合比例主要和泡沫密度值有直接关系。因属于气液混合，控制过程中难度较大，装备的发泡剂性能、发泡技术等会直接影响控制质量，主要体现在泡沫密度是否稳定。泡沫和水泥浆之间混合，这个过程中，混合比例与轻质土实密度及气泡率密切相关，其中也包括了气、液、固三种介质，也是最难控制的部分，装备系统及混合技术会直接关乎控制质量，体现为轻质土密度稳定性，是否相对均匀。

4.2 质量控制环节

气泡轻质土组分结构以及制备工艺的关键环节在很大程度上也直接影响气泡轻质土质量控制，怎样保障轻质土密度均匀性与稳定性合理是非常关键的，材料组分结构特点对其有重要的影响。发泡技术、混合技术等对轻质土密度稳定性及均匀性都有着决定性作用。施工设备、混合技术等不达标则会导致密度控制不合理，并且存在粉状夹芯层的情况，并且极大地影响路基整体质量状况，如果是发泡剂技术不达标，则会导致完成浇注的泡沫轻质土在终凝之前发生消泡沉陷。气泡轻质土凝结特征也会对质量均匀性产生极大的影响，在相同浇注区域的浇注层，在浇注环节中由于设备产能不足时，不能在初凝期间顺利完成浇注，这样会造成完成初凝的轻质土材料受到流动与挤压方面因素的影响，并逐渐形成剪切裂缝，导致其内部结构被破坏[6]。

4.3 发泡剂性能

气泡混合轻质土发泡剂性能也会对泡沫质量产生极大的影响，并直接影响其质量，对发泡剂性能加以检验的具体方法有泌水率与消泡试验，前者可明确泡沫的稳定性，后者则能够明确泡沫在水泥浆当中的稳定性，两者之间发生共同反应，则可体现发泡剂的性能。如果发泡剂的性能优良，其稳定性也就越高，泌水率低，实密度率低，只有实密度低增加率，气泡轻质土材料的质量稳定性与均匀性才能够得到有效保障。

4.4 装备技术基本要求

气泡混合轻质土的应用范围不断扩大，使用量也在不断增加，其工程质量标准也大幅提升，为了保障轻质土施工质量均匀性及稳定性的最终目标，就必须要对制作现场、输送以及浇注等各个环节加强管控，同时也对施工设备提出了更加专业的要求，如，自动化系统数据显示功能、产能要求、发泡装置应具备自动稀释功能，水泥浆输送泵也应当确定为流量泵，禁止使用泡沫凝土与发泡水泥设备代替轻质土专用设备施工。要使用专业拌合站，禁止使用小型的搅拌机[7]。

4.5 施工质量管理

4.5.1 施工原材料与配合比的质量控制

在正式施工之前，需要针对施工各个环节的实际需求，对容重、强度以及其他相关性能指标等进行合理设计，配合比设计环节应当按照规定围绕着容重、强度等有序展开，配合比设计还涵盖了原材料的选择，轻质土的成分具体比例确定。流动值需满足施工性能指标，特殊情况除外，流动值标准在180±20mm。配合比试配过程中，要确保满足该要求，还应当确保容重、强度及其他相关性能指标满足实际要求。原材料还需要合理控制，发泡剂，在稀释倍率及发泡倍率确定的情况下，其稳定性较好，消泡程度也明显减小，将发泡剂和其他相关材料根据具体情况进行配合比制作，在满足流动值的基础上，其湿容重应当控制在5%之内，不然发泡剂不能满足实际要求。水泥，在选择水泥时，应当针对工程项目具体情况，选择当地产水泥，并开展试配试验，当试验结果未达到要求时，则应当调整水泥的品牌与标号，从而确保满足条件。原料的粒径应当控制在5mm 之内，并选择细砂，其他材料，掺入外加剂以及粉煤灰过程中，需要确保发泡剂具有良好适应性，同时满足要求，不然应当考虑是否掺入适量的粉煤灰与外加剂。

4.5.2 过程质量控制

为了保证工程质量，需要加强过程质量控制，首先是原材料的精度，严格控制在±2%以内，在施工过程中，要确保材料符合具体设计要求，在搅拌施工过程中，还应当不定期的检测混合轻质土材料的湿容重、流动值以及空气含有率等各项指标，误差要控制在±1%左右，每2 次/日对流动值、湿容重进行检测，同时也需要定期检测空气含有率[8]。

4.6 前期准备工作

4.6.1 基槽及垫层处理

在气泡轻质土正式浇注之前，需要对路基基槽进行开挖，并切实做好相关准备工作，如防、排水工程等环节，施工垫层，严格根据标准要求对垫层顶标高加强控制。浇注之前，需要检查基槽低于开挖的侧壁有无残留松土，保障浇注的部分和基槽底、侧壁等都能够密实接触。在浇注之前，需要明确浇注顶标高线，在具体浇注环节，以宽纵向约20m 为浇筑区域浇注施工，每一次浇注完毕。

4.6.2 配比试验

在消泡试验过程中，应当明确发泡剂和其他相关材料适应性，施工配合比试验，需提前明确配合比，气泡混合轻质土的配比优化，可考虑添加适当的早强激发剂，塑形膨胀剂与增稠剂，优化气泡混合轻质土结构的抗裂与稳泡性能，从而提高结构稳定性与耐久性。

4.6.3 设备配备

使用广东东升科技发展有限公司气泡轻质土进行设备制备，此设备能够确保多步骤、自动化控制，从而达到自动控制轻质土密度、泡沫流量、密度等多个方面，产能也大大提高，从而有效改变传统设备存在的不足和缺陷，达到轻质土施工质量均匀性与稳定性的目标。

4.7 施工具体工序

先进行施工坡面开挖，包括了坡面台阶纵向与横向排水软管、锚筋施工，等到混凝土强度慢慢达到80%之后，再进行气泡轻质土浇筑施工，在整个浇筑环节中，要严格按照设计要求，铺设水平钢筋网。路基顶部路面结构层与防撞护栏部分，一定要在轻质土路基强度逐渐达到0.5Mpa 以上才能够正常展开施工。

4.8 浇筑施工

拌和站将拌制的水泥浆要及时运往现场，并通过输送泵送到制备站，水泥浆和经泡沫混合之后泵送到浇注面，前端制备站会根据浇注工区改变慢慢移动。气泡群要和水泥基浆料均匀混合，气泡混合轻质土在泵送管道中停留时间要合理控制在1h 之内，在分区开展浇注作业过程中，单层浇注厚度要控制在80cm，从而确保单层浇注施工时间在水泥浆初凝之前顺利完成，下浇筑层终凝之后再继续上层浇筑作业。在填筑顶层浇筑完之后，还需要在表面覆盖塑料薄膜，同时保湿养护约7d 左右，气泡轻质土顶层还需铺设防渗膜进行包裹，并设置护栏基座。每间隔20m 需设置2cm 通缝，在缝内填充泡沫塑料板。

结语：

气泡混合轻质土是一种新型的施工材料，其具有轻质性、高流动性，密度与强度可灵活调节，施工过程便捷等诸多特征，从而能够有效降低填土施工荷载以及附加应力，改善地基不均匀沉降与侧移，不断提高路基的整体稳定性与可靠性。地下结构物表面压力也明显减少，结构物的使用寿命也明显得到提高，同时能够有效遏制路堤差异沉降以及错位现象。近年来，该材料被广泛应用于各个领域当中，取得了显著的效果，该施工材料集环保、价廉、新技术于一体，具有广阔的应用前景，也为我国工程建筑行业的健康稳定发展奠定了良好的基础。