气泡混合轻质土,是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡形成泡沫,并将泡沫与固化剂、粘土、砂子、水和其它外掺材料均匀混合,然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型,经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质填筑材料。该材料性能介于普通填土、混凝土及土工泡沫塑料之间,具有轻质高强、弹性模量大、隔热保温、低碳环保、良好的施工性和优异的耐久性等特点。该产品通过减轻施加于地基上的附加应力,抑制软弱地基的破坏和沉降,从根本上解决软基路堤中的填挖方路堤、新旧路堤及路堤与结构物之间的差异沉降问题,减小地下结构物所承受的土压力,提高结构物的使用寿命。该产品性能完全符合《气泡混合轻质土填筑工程技术规范》(CJJ/T177-2012)的要求,产品具有以下几个特点:
(1) 轻质高强
气泡混合轻质土的主要特点是容重比一般的填土小(通常为普通填土的1/3),强度比一般的填土高,且可以根据不同的工程需要调整容重和强度大小(容重在3-16 kN/m3,强度在0.5-35.0MPa),解决不同的工程难题。且由于其具有轻质和高强的特点,故对地基的要求较低,减少施工时对地基处理的工程量,同时,由于其轻质特点,对地基产生的荷载较小,因此用于路基拓宽填料中,能有效避免产生差异沉降。
(2) 弹性模量大
气泡混合轻质土的弹性模量较一般路基填料大,填筑后变形小,后期沉降小,适合作为刚柔结合处的路基填筑。
(3) 良好的施工性
由于不含大颗粒骨料,所以其流动性较高,可以填充任何不规则空间,且自密实性好;可通过软管输送,节省施工便道,并可进行平行作业,进而缩短工期;只需使用简单的机器可实现自动化作业,可实现800米的远距离输送,工作量为150—300m3/工作日,且由于施工不需要大型设备亲临现场作业,大大降低了施工荷载,进而保证了结构的安全性。
(4) 直立性
由于采用水泥作为固化剂,浇注后可固化直立,因此可大大减少土石方数量,进而节约建设成本;同时由于固化后的直立性,可大大减少占用农田的数量及拆除路边建筑物的数量,与国家节约土地的大政方针相一致;而且固化后的直立性,可大大减少填料对护面的侧压力,进而缩小防护工程的规模。
(5) 隔热保温
气泡混合轻质土内含有大量的气泡,其气泡体积含有率可达40%~70%,导数系数小,具有良好的隔热、隔音效果及抗冻保温性能。
(6) 优良的耐久性
气泡混合轻质土是水泥基的闭孔发泡材料,属于无机硅酸盐类材料,与其它高分子填充材料相比,其耐久性、耐热、抗紫外线以及抗油污能力强,具有水泥混凝土材料同等的耐久性。
(7) 低碳环保
气泡混合轻质土的主要原料为工程弃土、水泥和起泡剂,起泡剂为中性,不含苯、甲醛等有害物质,避免了环境污染和消防隐患。该材料属于无机类填筑材料,与其它化工类轻质填筑材料相比,不污染水源;由于使用了大量的工程弃土,既环保又不会造成环境污染,其碳排放当量几乎为零。
气泡混合轻质土由于容重轻,强度高,流动性好,固化后可自立等优点,可用于拱上填料(见图1),减少常规土压力对桥拱的压力,提高了安全性。用于地铁、隧道填筑(见图2)以及地下车库填筑(见图3)能有效减小地下结构物的土荷载,提高底下结构物的安全稳定性,同时高的流动性和自密实性可以避免填筑不密实造成的安全隐患。
普通台背回填由于桥台附近地方狭窄,施工时压实机具不能过分靠近台背,填料颗粒间孔隙无法完全消除,压实度难以达到设计要求,无法保证施工质量。而气泡混合轻质土由于具有良好的流动性、轻质高强、施工过程中不需振捣和机械碾压作业等特点,可有效解决台背回填(见图4)过程中难压实问题。该材料的弹性模量较大,用于台背回填可缓解桥台与台背填土的刚柔突变,彻底消除填料自身的施工后沉降问题;同时由于气泡混合轻质土固化后可直立,对桥台结构物无侧压力,可降低填土荷载,提高路基的稳定性;该材料还具有高的流动性和自密性,可保证台背回填施工的质量。
气泡混合轻质土由于具有良好的流动性、轻质高强、施工过程中不需振捣和机械碾压作业等特点,用于坑道填筑(见图5)能有效解决狭窄空间及地下空洞填筑难,并可有效避免回填不密实导致的安全隐患。
气泡混合轻质土由于具有轻质高强和直立性的特点,用于一般路基填筑时(见图6)可以进行直立填筑,不需要进行振捣和机械碾压作业,降低了对周围建筑物的影响,不需要放坡,避免征地和建筑物拆迁等问题,节省大量资金。
气泡混合轻质土用于路基拓宽(见图7)可采用垂直填筑,无需放坡,避免拆迁和征地等问题,且采用气泡混合轻质土拓宽路基可以不需要改变原有的排水系统,不需要振捣和碾压等作业,缩短施工周期,降低施工成本。更重要在于使用气泡混合轻质土填筑可大幅度地降低对地基的荷重,提高拓宽路基的稳定性,减少新老路基产生的差异沉降,防止路面出现纵向裂缝,可大幅度降低公路运营后的维修费用。
气泡混合轻质土用于山区路堤(见图8)可进行垂直填筑,不需放坡,避免拆迁和减少征地费用,节约昂贵的土地资源;可降低填土荷重、减少填土路基自身的滑动力矩, 提高路基的抗滑稳定性;可简化挡土墙结构,降低施工难度;减少挖填方量,避免原有地形、地貌等自然环境的破坏等优点;且施工性好,不需振捣, 不需机械碾压等作业。
当跨越道路的跨线桥较高时,常规做法是通过增加桥长来解决桥台台前锥坡放坡长问题,这样做不但成本高,而且由于台后填土高,土压力大,桥台存在很大的安全隐患。而气泡混合轻质土由于具有轻质高强、高流动性以及固化后可直立的特点,可有效解决桥台台前锥坡问题(见图9),同时可以减少桥长,降低成本,且固化后对结构物无侧向压力,提高了桥台的安全稳定性。
冻胀—融沉,是冻区土体的基本变形特征,也是导致冻区路基产生病害的主要原因所在。而气泡混合轻质土由于具有隔热保温的特点,若采用气泡混合轻质土填筑寒冷地区路堤(见图10)可有效保持路基土体的温差在允许范围内,避免路面载荷和季节变化共同作用下,引起路基冻土冻融交替形成冻胀、融沉、翻浆以及纵向裂缝等病害,确保道路免受冻害破坏,降低道路的运营及维修成本。
气泡混合轻质土的施工流程见图11
采用搅拌、发泡、泵送于一体的设备进行现场施工。
3.3注意事项
1) 浇注时,如遇到下雨天,应立即停止施工。
2) 浇筑完成后,为了防止由于迅速干燥而产生裂缝,固化后需要覆盖塑料薄膜或土工进行保湿养生,且养生时间不宜小于7天。
3) 在填筑体达到设计抗压强度后,方可在填筑体顶面进行机械或车辆作业。作业前,应先铺一层覆盖层,厚度不宜小于20cm。
4) 夏季施工时,应避开高温时段浇注;冬季施工时,应对浇筑设备、泵送管道、发泡剂及浇筑区域等采取保温防冻措施。