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论文泡沫轻质土充填技术及应用 陈忠平1 孙仲均2 钱争晖3 1 广州大学 2 中国建筑科学研究院 3北京市热力集团 泡沫轻质土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺合料、外加剂等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。由于其良好的性能，目前已在采空区充填、道路加宽、软弱地基处理、基坑及管线回填、工程应急抢险等方面得到广泛应用。 一、泡沫轻质土的制作与原材料 泡沫轻质土的制作流程如图1所示 ： 胶凝材料 + 水 → 水泥(砂)浆 + + → 泡沫轻质土 掺 合 料 泡 沫 + 集 料 图1泡沫轻质土的制作流程图 制作泡沫轻质土的原材料应符合相关国家标准的规定。 胶凝材料硅酸盐水泥应符合《通用硅酸盐水泥》GB175的规定；快硬硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥应符合《快硬硫铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥》JC933的规定；对于矿山采空区充填使用的某些特殊水泥基胶凝材料，应根据当地集料、掺合料和水质情况通过试验确定。 对集料的要求是其最大粒径不宜超过5mm。 掺合料应符合下列要求： 1 粉煤灰应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596的规定。 2 磨细矿渣粉应符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046的规定。外加剂应符合《混凝土外加剂》GB8076的规定。 拌和水不应含有影响泡沫稳定性、泡沫轻质土的强度及耐久性的有机物、油污等杂质。 发泡剂应符合下列要求： 1 对环境应无不良影响，宜采用界面活性类发泡剂； 2 在0℃以上的温度环境，发泡剂不应出现离析现象； 3 稀释倍率不宜小于100； 4 标准泡沫密度宜为40kg/m3～2011/3/2 ［作者简介］陈忠平，1997年取得日本九州大学博士学位。2001年回国，现任广州大学工程材料研究所所长，教授；广东盛瑞土建科技发展有限公司总经理。通讯地址：511440广州市番禺区石楼镇官桥村清华科技园，广州创新基地5楼D座，电话图2泡沫轻质土的现场制作设备 二、泡沫轻质土的优点 1轻质性：根据不同需要，泡沫轻质土容重可控制在5 kN/m3～15kN/m3 图3无侧限抗压强度与容重之间的关系 2密度和强度可调节性。根据不同的材料组成用量、不同的气泡率，可按工程需要调整密度和强度； 3良好的施工性。采用管路泵送的方式现浇，可在狭小空间浇筑，自流平，自硬化，无需碾压或振捣；现场施工状况如图4所示。 图4泡沫轻质土的现场浇筑状况 4硬化后可自立，可垂直填筑，如图5所示； 图5垂直填筑施工实例 5泡沫轻质土属于水泥类材料，与EPS轻质材料相比，具有更好的耐久性； 6良好的环保特性：对环境无污染，且可利用粉煤灰等工业废渣，具有优越的环保特性。 三、泡沫轻质土的特性 1 密度特性 混凝土 基层 常规填土 粉煤灰 EPS 泡沫轻质土 密度 2500 2300 1800～2000 1200～1600200～300500～1300 1m 。单层浇筑厚度与湿密度之间的关系如图6所示。 图6 泡沫轻质土单层浇筑厚度与湿密度之间的关系图 2 强度特性 随着气泡率的增加，泡沫轻质土的强度逐渐降低；在气泡率相同的情况下，砂的含有率越大，泡沫轻质土的强度越低。控制泡沫轻质土强度的核心因素是配合比。影响强度的因素还有： 1）水泥标号：标号越高，强度越高； 2）养护温度:养护温度越高，强度越高； 3）集料、掺和料及外加剂。 水灰比、气泡含有率与抗压强度之间的关系如图7所示。 图7水灰比、气泡含有率与抗压强度之间的关系 其他强度指标与抗压强度qu之间的关系如下： 抗折强度＝0.33qu；抗拉强度＝0.20qu；抗弯强度＝0.35qu；劈裂强度＝0.20qu；CBR＝25.06qu－0.646；弹性模量＝730qu。 3 应力应变特性 泡沫轻质土的无侧限破坏特性以脆性破坏为主，在脆性破坏前，应力与应变呈现较好的线弹性关系 ，如图8所示。 图8泡沫轻质土的应力与应变关系 4 耐久性 1）干湿的影响 干湿循环试验表明，历经干湿循环10次, 泡沫轻质土的抗压强度基本不变（图9）。 图9 干湿循环次数与抗压强度的关系 泡沫轻质土的长期养护试验表明,与最高强度相比，室外暴露养护强度降低幅度大约为30%~50%，浸水养护大约为20%~40%，室内暴露为10%~20%；试验同时表明，湿密度越大、掺砂量越多，其强度降低幅度越小。 奍护条件与抗压强度之间的关系如图10所示。 泡沫轻质土作为充填材料，工程上应避免直接暴露使用。在地下水位以下使用时，应采取提高水泥用量等