浅析发泡混凝土在管线回填处理的应用

摘要：我们现在管理的项目越来越多，而基础的本身条件也错综复杂，基础处理时的问题也越来越多，特别是在管道工程施工过程中会遇到与地下已有管道的交叉问题很常见。通常的那些填充方法已经不能满足轻质且不能夯实的工程需要，以往的技术遇到了难题。提高管道工程质量，攻克技术难关，必须依靠科技进步，采用先进技术，包括新材料的应用。而轻质发泡混凝土技术在解决桥头跳车，减轻填土路堤重量，减轻荷载保护管道方面有明显的效果。轻质发泡混凝土是利用物理方法制备泡沫，再将泡沫加入到胶凝材料、粉煤灰、填料、水及各种外加剂组成的料浆中，经搅拌、浇注成型、养护而成的多孔轻质材料。其内部含有大量细小、封闭、均匀分布的气孔，具有轻质高强、隔热保温、防火隔音、抗水减震等特性。

关键词：基础处理 轻质发泡混凝土 发泡剂

绪论：

本人现在就职于北京绿都基础设施投资有限公司工程一部，我们承担着各类工程的建设工作，包括房建、市政道路、管线等各类工程项目。作为项目的管理者，业主代表，需要对整个工程负责。我现在所管理的项目-平谷区再生水厂及再生水利用工程管线工程辛寨石河与河段附近发现有供水管线，该段不可以剧烈开挖与夯实回填，此时我就想到两年前在北京四方如钢混凝土制品厂时成功应用于南水北调中线京石段应急供水工程（北京段） 102、103号供水管线保护工程中的一种新型基础处理建筑材料-轻质发泡混凝土，我方正考虑将轻质发泡混凝土应用于平谷区再生水厂及再生水利用工程管线工程，现在我将详细介绍下轻质发泡混凝土和在102、103号供水管线保护工程中应用的情况，希望能为类似工程问题提供借鉴的作用。

1.轻质发泡混凝土的定义、特点

1.1轻质发泡混凝土的定义

轻质发泡混凝土是采用机械的方法将发泡剂水溶液制成泡沫，与必须的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轻质发泡混凝土的特点

①轻质性，干体积密度可在200～1600Kg/m3内调节；

②强度的可调节性，度可在0.3～7.5MPa的范围内调整；

③高流动性；

④固化后的自立性；

⑤良好的施工性，浇筑时不需振捣和碾压作业，可进行远距离或在窄小空间内施工；

⑥耐久性；

⑦良好的隔热、隔音效果及抗冻融性能；

⑧具有良好的抗震性能，由于其轻质性，地基荷载越小，抗震力越强；

⑨轻质发泡混凝土吸收率较低。

2.工程实例

南水北调中线京石段应急供水工程（北京段） 102、103号供水管线保护工程

2.1工程概况

102、103号供水管线位于京保路东侧，两管线间距10.5米，管径分别为DN1200/DN1500，材质为螺旋焊接钢管。因PCCP主线施工单位在供水管线保护桁架未拆除的情况下用大型土方机械将供水管线回填，后经业主协调由PCCP主线施工单位将回填的土方挖除，但在管线开挖过程中供水管线桁架吊杆出现断裂，导致供水管线保护桁架丧失悬吊作用。目前供水管线周围土方已清至供水管线底部，供水管线处于稳定状态，由于目前正处于冬季，供水管线下部土方已经受冻，由于该回填土回填时间不长，密实度不高，造成地基承载力较低，容易在春天受冻土融化及雨水侵袭影响产生沉陷，严重影响南水北调管道上方长阳路102#和103#两条上水管线的使用和运营安全，管线距离南水北调管道管顶约2m。

根据建设单位要求，为保证施工质量安全，必须对沉陷区域回填进行处理，结合目前气候、环境、工期、质量、费用等因素，供水管线采用发泡轻质混凝土将供水管线周围土方进行换填，保证供水管线不出现下沉。

2.2工程实施方案

本工程采用浇筑发泡混凝土的方法，利用其轻质，减轻荷载， 对102、103号供水管线进行加固保护。根据轻质发泡混凝土密度与强度的关系曲线图（见下图表1），平衡密度与强度最佳状态，我方定以管线中线为界，下方为800容重，上方为600容重轻质发泡混凝土，终凝后的抗压强度可达到2MPa。轻质发泡混凝土与土体产生很好的结合性，从而做到无缝隙连接，达到原状土自密实，且压实系数可达到0.93，完全可以满足对102、103号供水管线进行加固保护的要求。

表1 轻质发泡混凝土的密度与强度值的关系列

2.3轻质发泡混凝土的原材料及配合比

2.3.1水泥

水泥是构成轻质发泡混凝土材料的主要胶凝材料，普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等均可作为泡沫混凝土的胶凝材料。轻质发泡混凝土是一种大水灰比的流态混凝土，采用普通硅酸盐水泥时，水泥完成水化的理论水灰比为0.227左右。由于发泡剂所产生泡沫的稳定时间有限，为了保证气泡不破碎就必须缩短胶凝材料的凝结时间，提高发泡混凝土的性能，本工程采用PO42.5R普通酸盐水泥为胶凝材料来制备轻质发泡混凝土。

2.3.2粉煤灰

粉煤灰在发泡混凝土里掺量比较大，一方面可以降低水泥用量减低水化热，防止硬化过程构件开裂或变形，同时还可以变废为宝，粉煤灰的最高掺量可达60%，在满足性能要求的条件下，大大降低了生产成本。

2.3.3发泡剂

传统发泡剂质量的好坏直接影响到发泡混凝土的质量，能产生泡沫的物质有很多，但并非所有能产生泡沫的物质都能用于泡沫混凝土的生产。只有发泡倍数够大、在泡沫和料浆混合时薄膜不致破坏具有足够的稳定性、对胶凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂，才适合用来生产泡沫混凝土。本工程采用的为复合型发泡剂，与水稀释倍数为1：20左右，产生的泡沫稳定，也不易塌模。

2.3.4高效减水剂

聚羧酸盐为最新一代高性能减水剂，在各种高效减水剂中，它的性能最为优异。高效减水剂的用量一般在水泥量的1.0%～2.5%之间。它的化学结构含有羧基负离子斥力，以及多个醚侧链与水分子反应生成的强力氢键所形成的亲水性立体保护膜产生的立体效应，使它具有极强的水泥分散效果和分散稳定性。它的减水率高达30%～40%，在保持强度不变时节约水泥25%，在保持水泥用量不减时可提高混凝土强度30%以上。

2.3.5轻质发泡混凝土配合比

施工中严格按照试验配比进行操作，轻质发泡混凝土配比表见表2。

图3 现浇轻质发泡混凝土施工流程

2.4.1浆体材料的制备

胶凝材料采用水泥，掺合料为粉煤灰。因泡沫要向料浆体混合，故轻质发泡混凝土的生产首先要制备胶凝材料浆体。浆体制备前，胶凝材料与填充料等称量并输送至拌和机；同时水由计量泵侧送入拌和机，拌制出近似于膏状浆体，为加入泡做准备。

2.4.2 泡的制备

在胶凝材料浆体制备同时，发泡机已制成泡沫，准备加入搅拌机和浆体混合。在制泡沫前，应先将发泡剂计量后加水稀释，制成水稀释液。原状发泡剂不能直接加入发泡机发泡。

2.4.3 泡与胶凝浆体的混合搅拌和输送

泡沫和胶凝浆体分别制好以后，将泡沫和浆料使用ZJ-100型发泡混凝土自动化机械搅拌均匀，生产出泡沫浆体，打开泵体开关，直接输送至仓内卸料。

2.4.4 轻质发泡混凝土浇筑

轻质发泡混凝土按水平分层进行浇筑，当下填筑层终凝后方可进行上填筑层的填筑。分层厚度控制在60cm～80cm，太薄不利于单层轻质发泡混凝土的整体性，太厚容易引起下部轻质发泡混凝土中的气泡压缩影响容重，对施工操作也带来不便。轻质发泡混凝土填筑间隔每12h浇注一层为宜。浇筑时需从软管的前端直接开始，且软管出料口需埋入轻质发泡混凝土中。

附施工过程中的照片：

2.4.5 轻质发泡混凝土施工注意事项

①.避免在雨天浇筑：在泡沫混凝土尚未凝结硬化时，雨水会导致严重的消泡现象及水泥浆流失，使泡沫混凝土容重和抗压强度难以控制。

②.避免在高温天气施工：在高温天气施工时必须加强养护工作。

③.避免在负温下施工：在负温下施工时，应首选快硬硫铝酸盐水泥作为固化剂。为防止消泡现象产生，应避免使用早强剂、防冻剂等外加剂，如必须使用此类外加剂时，应事先通过试验确定外加剂品种及配合比，试验结果应包括表观密度、湿密度、流值、28d无侧限抗压强度。当时为3月初，北京天气还比较冷，我们采取在每天上午十点到下午五点进行浇筑，以保证轻质发泡混凝土的质量。

④.轻质发泡混凝土专用发泡剂应避免在负温下使用。如必须在负温下使用时，应使用电加热棒预热，并使用温度计连续测量，液体温度达到5℃以上时，方可投入搅拌。

2.4.6轻质发泡混凝土的养护

现场浇筑泡沫混凝土采用常规的自然养护法，由于当时气温比较低，所以浇筑完之后用草栅覆盖，以保证混凝土与室外温差不会太大。

2.5轻质发泡混凝土施工现场质量控制要点

工程的质量不但与技术相关，也与管理有着密切的关系，本人在绿都公司工作的这几年深深体会到了，管理给工程和工作带来的卓越成效。一套好的管理体系能给工作带来事半功倍的效果。

普通填土在正常情况下经过一段时间会慢慢变得稳定。相反，气泡混合轻质混凝土成品的质量如果不认真管理却会给使用带来长期的影响。因此，气泡混合轻质混凝土在质量管理方面比普通填土要重要的多。

轻质发泡混凝土的最大特点是具有流动性和轻重性。因此，在轻质发泡混凝土的质量管理方面，确认是否达到了规定的流动性和轻重性标准非常重要。

2.5.1原材料的质量管理

原材料的质量是轻质发泡混凝土质量好坏的关键，所以要严格控制气泡混合轻质混凝土中原料水泥、粉煤灰、水、发泡剂、减水剂的质量。

①.水泥：采用能达到所要求的等级、不过期、不受潮的水泥。

②.水：可采用一般工程用水，参照普通混凝土用水标准。不能采用对气泡混合轻质土的强度和耐久性有不良影响的含有垃圾和油污的水。

③.发泡剂：采用能保证发泡质量，并能确保轻质发泡混凝土的轻质性和流动性的发泡剂，保证浇筑后不塌模。

2.5.2搅拌及浇筑工程中的质量管理

和普通混凝土一样，轻质发泡混凝土在搅拌时的质量管理要求更高。因为在搅拌时的质量管理中要确保轻质发泡混凝土的流动性和轻质性，所以投料要准确，必须按照湿密度、空气量、流动值的标准进行控制。

湿密度是控制轻质发泡混凝土干密度最重要的步骤，所以再刚刚浇筑时及浇筑期间要不定时、多次检测，以保证轻质发泡混凝土的干密度。

2.5.3固化后的质量管理

检测龄期7d的抗压强度，然后根据7d的抗压强度与28d强度的线性关系判断28d强度。

①.轻质发泡混凝土强度

②.在进行轻质发泡混凝土顶面回填土方施工前，侧面回填土方的顶面不得低于轻质发泡混凝土顶面；

③.轻质发泡混凝土层浇注完成后7d内，严禁直接在轻质发泡混凝土顶面行驶车辆和其他施工机械。路面施工必须在顶层泡沫砼养护7d以后进行；

④.如果在轻质发泡混凝土内有后埋管线，在开挖沟槽时对钢丝网应进行切割，防止大范围破坏钢丝网。

结束语

该低密度轻质发泡混凝土的强度能较好地控制在设计要求的范围内，质轻的特性较好的又为工程减小自重，自密实无需夯实，成功解决了102、103号供水管线保护工程的难点，且经济、实用，截止目前状况良好。轻质发泡混凝土在该项目的成功应用为类似工程的基础处理堤供了一种新的借鉴经验，为我们管理的项目中碰到基础处理时就可以优先推荐轻质发泡混凝土。

参考文献：

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[3]闫振甲 何艳君，泡沫混凝土实用技术 30-40，63-70。