现浇泡沫轻质土技术及应用

现浇泡沫轻质土技术及应用

广东盛瑞土建科技发展有限公司

2011年 2011 年6 月

现浇泡沫轻质土技术 现浇泡沫轻质 土技术及应用 及应用

1 概念 1.

提提

2 性能 2.

纲纲

3 应用 3.

1 概念与制作

1.1 概念

从材料组成来说，泡沫轻质土指用物理方法将发泡 从材料组成来说， 剂水溶液制备成泡沫， 剂水溶液制备成泡沫 ，与必须组分 与必须组分水泥基胶凝材料 水泥基胶凝材料、水 水泥基胶凝材料、 及可选组分集料 及可选组分 集料、 、掺和料 掺和料、 、外加剂 外加剂按照一定的比例混合 按照一定的比例混合 搅拌， 搅拌 ，并经物理化学作用硬化形成的 并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料 并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。 种轻质材料。 种轻质材料。 从制作流程及工艺的角度，泡沫轻质土可理解为 从制作流程及工艺的角度， 泡沫轻质土可理解为泡 泡 沫与水泥浆或水泥砂浆 水泥浆或水泥砂浆按照一定的比例混合搅拌并经物 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。 理化学作用硬化形成的一种轻质材料 。

1 概念与制作

1.2 制作

胶凝材料 水 水泥( 水泥 (砂)浆 泡沫轻质土 掺和料 泡 沫

集

料

1 概念与制作

1.3 泡沫的生成

2 泡沫轻质土性能

1.轻质性：5 轻质性：5~13 13kN kN/m /m3 3。 2. 密度和强度可调节性。 密度和强度可调节性 。 根据 不同的材料组成用量、 不同的材料组成用量 、 不同的 气泡率， 气泡率 ， 可按工程需要调整密 度和强度。 度和强度 。 3. 良好的施工性。 良好的施工性 。 采用管路泵 送的方式现浇， 送的方式现浇 ， 可在狭小空间 浇筑， 浇筑 ， 自流平 自流平， ， 自硬化 自硬化， ， 无需 碾压或振捣。 碾压或振捣 。 4.硬化后可自立 硬化后可自立， ，可垂直填筑 可垂直填筑。 。 5.属水泥类材料， 属水泥类材料，与EPS轻质材 EPS轻质材 料相比， 料相比 ，具有更好的耐久性 具有更好的耐久性。 。 6. 良好的环保特性：对环境无 污染， 污染 污 ， 且可利用粉煤灰等工业 可利 粉煤灰 废渣， 废渣 ，具有优越的环保特性 具有优越的环保特性。 。

2 泡沫轻质土性能

0.5 0.0 0.5 1.0

单 单层浇注厚度 度(m)

1

2.1 密度特性 1.5

密度(kg/m 密度 (kg/m3) 2500 2300 1800~2000 1200~1600 200~300 500~1300 500 1300

材 料 湿密度(g/cm3) 混凝土 基层

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

常规填土 粉煤灰 EPS 泡沫轻质土

当泡沫轻质土单层浇筑厚度 泡沫轻质土的表观密度， 泡沫轻质土的表观密度 ，与 较大时， 较大时 ， 其底部因泡沫的压 其它土建材料相比， 其它土建材料相比 ， 一方面 缩变形， 缩变形 ， 表观密度会出现增 显示出较明显的轻质性， 显示出较明显的轻质性 ，另 大的趋势， 大的趋势 ， 故施工上， 故施工上 ， 通常 一方面， 一方面 ， 可根据工程需要在 控 制单层浇筑厚度 不 超过 大范围内进行调整。 大范围内进行调整 。 就工程 1应用而言 m . 应用而言， ， 常用的密度范围 为500 500~ ~1300 1300kg/m kg/m3。

2 泡沫轻质土性能

2.2 流动特性

2 泡沫轻质土性能

2.3 强度特性

随着气泡率的增加 ， 泡沫轻质土的强度逐 随着气泡率的增加， 渐降低；在气泡率相同的情况下， 渐降低；在气泡率相同的情况下 ， 砂的含有率 替代填 越大， 越大 ， 泡沫轻质土的强度将越低 泡沫轻质土的强度将越低。 。 故控制泡沫 土的常 用范围 轻质土强度的核心因素是配合比 轻质土强度的核心因素是 配合比。 。 同时， 同时 ，影响强度的因素还有： 1.水泥标号：标号越高， 水泥标号：标号越高，强度越高； 2.养护温度 养护温度: :养护温度越高 养护温度越高， ，强度越高； 3.集料、 集料、掺和料及外加剂 掺和料及外加剂。 。

2 泡沫轻质土性能

2.3 强度特性

其它性能指标与 抗压强度的关系

抗折强度＝ 抗折强度 ＝0.33· 0.33·qu qu 抗拉强度＝ 抗拉强度 ＝0.20· 0.20·qu qu 抗弯强度＝ 抗弯强度 ＝0.35·qu CBR＝25.06·qu 25.06·qu-0.646 弹性模量Ec≈200·qu

关系方程 呈线性

2 泡沫轻质土性能

2.4 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， 脆性破坏前 ，应力与应变呈现较好的线弹性关系

2 泡沫轻质土性能

2.5 耐久性

泡沫轻质土的耐久性重点在于其赋存环境 因素对其物理力学性能的影响上。 因素对其物理力学性能的影响上 。 这些环境因 素主要包括： 1.浸水的影响； 浸水的影响 2.干湿的影响； 3.冻融的影响； 冻融的影响 4.外部循环荷载的影响。 外部循环荷载的影响。

2 泡沫轻质土性能

2.5 耐久性耐久性-长期养护试验

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 30~ ~50 50% %,浸水养护大约为20 20% %~40 40% %,室内暴 露为10 10% %~20% 20%；试验同时表明：湿密度越大 ；试验同时表明：湿密度越大、 、掺砂量越多 掺砂量越多， ，其强 度降低幅度越低。 度降低幅度越低 。 工程上应尽量避免轻质土长期浸水并严禁直接暴露使用。 工程上应尽量避免轻质土长期浸水并严禁直接暴露使用 。

2 泡沫轻质土性能

3.0

2.5 耐久性耐久性-干湿循环试验

S/C=0.5,湿密度960 960kg/m3 kg/m3 S/C=0.75,湿密度980 980kg/m3 kg/m3 S/C=2,湿密度1090 1090kg/m3 kg/m3 S/C=1,湿密度830 830kg/m3 kg/m3

2.5

2.0

抗 抗压强度(M MPa)

1.5

1.0

0.5

0.0 0 2 4 6 8 10 12

干湿循环历经10次,强度基本不变

干湿循环次数(次)

2 泡沫轻质土性能

3.0

2.5 耐久性耐久性-冻融循环试验

配合比A 配合比B 配合比C 配合比D

2.5

抗压强度 度(MPa)

2.0

1 5 1.5

1.0

0.5

0.0 0 2 4 6 8 10 12

冻融循环次数(次)

冻融循环历经10次,强度基本不变

2 泡沫轻质土性能

2.5 耐久性耐久性-耐疲劳试验

疲劳寿命一般可用直接拉伸试验 、 间接拉 疲劳寿命一般可用直接拉伸试验、 伸试验和弯曲试验三种方法。 伸试验和弯曲试验三种方法 。 从材料的实际受 力特性和试验的复杂程度来看， 力特性和试验的复杂程度来看 ， 弯曲试验是比 其他两种试验更加可行和合理的试验方法。 其他两种试验更加可行和合理的试验方法 。本 次试验中采用三分点加载方法， 次试验中采用三分点加载方法 ， 这主要是保证 梁底面能有一段弯矩相等的均匀拉区 梁底面能有 梁底面能有一段弯矩相等的均匀拉区。 段弯矩相等的均匀拉区 。 梁的加 段弯矩相等的均匀拉区。 载模式有两种：一是应力控制， 载模式有两种：一是应力控制 ， 二是应变控制。 二是应变控制 。 对于泡沫轻质土 对于 泡沫轻质土采用应力控制模式 采用应力控制模式， ， 这主要考 虑其破坏性形式是脆性破坏 破坏性形式是脆性破坏， ，极限应变较小 极限应变较小。 。

2 泡沫轻质土性能

2.5 耐久性耐久性-耐疲劳试验

0.95

弯拉强度试验结果 疲劳试验成果表

破坏荷载(N) 强度 (MPa MPa) ) 试件序号 破坏荷载(N) 不同应力比下的荷载循环次数 强度(MPa MPa) )

试件序号

1 0.85

试件序号 0.90

0.55 3202.63 251812 3400.24 375234 3199.85 136261

3484.52 3356.14

0.64 0.94 46578 0.99 247 0.91 49009

0.99 0.97

0.73 9 15407 10

11

0.83 3216.91 192 3407.13

3172.67

0.92 0.92 26 0.98

0.88 0.96 0.91

1 0.80 2 2 0.75 3 3 0.70 4 4 0.65 0 5 65

0.60 6 0.55 7 7 0.50 8

378

415

14

应力比 Y

12 13

2202 1163

3297.35 3125.07

120

12

150892

14572

312

62 16 18

5

6

519817 175642 37767 183 3258.03 14+ 1.0436 3332.76 疲劳方程Y=0.92 -0.034log(N) 80107 159491 5503 106

3185.64 3185 64

0.95 0.88 0 88

96529

10219

0.91 426894 1,000

0.93 0 93

标准值

24298

3268 03 3268.03

742

12

8

10

3114.24 248431 100

4.83% 5.02% 变异系数 3898 100,000 4616 14 10,000 1,000,000 10,000,000

9

283129

荷载循环次数 N 276657 1756

691

98

2 泡沫轻质土性能

2.5 耐久性耐久性-耐疲劳试验

结论

对于一般的工程应用而言, 对于一般的工程应用而言 对于 般的工程应用而言,泡沫轻质土承 般的工程应用而言, 受的动荷载与其强度应力比通常小于0 受的动荷载与其强度应力比通常小于 0.3 ； 根据疲劳方程， 根据疲劳方程 ， 按应力比 按应力比0 0.3 计算 计算， ， 泡沫轻 质土的疲劳寿命可达10 质土的疲劳寿命可达 1021 次 ， 完全可满足一 般工程需要。 般工程需要 。

3 泡沫轻质土应用

A 减载

A.1 结构减载 A.2 地基土减载 A.3 管线减载

主要应用一 地下隧道减载 主要应用二 软基路堤填筑

B 狭小空间充填

B.1 道路扩建 B.2 空洞充填 B.3 管线回填

主要应用三 道路改扩建 主要应用四 采矿充填、采空区治理

3 泡沫轻质土应用

泡沫轻质土工程典型项目

项目名称 国家体育场 广佛扩建 广州亚运大道 天津海滨大道 天津津滨高速 天津轻纺大道 广明高速收费站 广汽本田试车道 广汽本 试车道 工程量 (m3) 16万 16万 7万 13万 13万 4.5万 4.5万 3.6万 3.6万 6.6万 6.6 万 17万 17万 10.5万 10.5 万 应用目的 隧道减载 软基道路扩建 软基桥台背 道路扩建 道路扩建 道路扩建 软基路段大面积堆载 高路堤减载 建设时间 2006~2007 2005~2007 2008~2009 2010 2010 2011 2011 2011

3 泡沫轻质土应用

3.1 主要应用一 地下隧道减载

3 泡沫轻质土应用

3.2 主要应用二 软基路堤填筑

3 泡沫轻质土应用

3.3 主要应用三 道路改扩建

3 泡沫轻质土应用

3.4 主要应用四 采空区充填

A 传统采空区充填 水固比高 结实率低 充填效率低 水固比高，结实率低，充填效率低 离析严重，充填体质量不均匀，接顶率低 浓度高时容易堵管 B 泡沫砂浆充填 高浓度、高结实率、高充填率 性状类似膏体，沉淀临界速率低：不堵管、低离 析 质量均匀 接顶率高 析、质量均匀，接顶率高

谢谢大家！