轻质混凝土在公路系统中的应用及其对结构性能的影响研究

摘要：为解决公路系统的路基沉降不均等情况，本文以某公路项目为例，对轻质混凝土开展研究，从生产、运送、浇筑等多个流程逐一梳理该材料的工艺方法，以此确保轻质混凝土的工艺效果。在施工后，分析轻质混凝土使用后的结构性能。在案例项目引入轻质混凝土，用以改善原有的斜坡路基各点沉降不均问题。施工完成后，结构测定发现：该项目斜坡路径各个位置的沉降在15-20mm以内，各处沉降差值控制在5mm以内，路基压实度d相比原有结构增强了10%，路基可用年限增多了10年。由此得出：轻质混凝土用于公路项目后，能够有效增强结构性能，切实改善路基沉降不均衡的情况。

关键词：轻质混凝土；运输；结构性能

引言：在公路路基工艺任务推进期间，多次发生路基沉降不均的情况，会间接提高路基工艺操作的困难。在公路项目中引入轻质混凝土，利用该材料的轻质特点、较好的流动性等特点，有效控制路基结构的沉降量。为此，明确轻质混凝土的各项工艺要点，规范开展轻质混凝土的施工任务，是展现轻质混凝土材料价值的重要措施。

1工程概况

某项目施工结构内含有多个陡坡，地面横坡最大角度达到22°，路基沉降量最大值为9.5m。在此次施工范围内，降水量较大，要侧重关注填筑路基的结构性能。该项目路基结构出现沉降不均的情况，有多种因素。其一，陡坡地基结构的沉降量不一。在陡坡路基表层含有较多的腐殖成分、岩石覆土等，此类成分接触水后会膨胀，水分流失会出现开裂情况，整体性能不强。在上层路基组成的荷载条件下，陡坡地基会形成向下挤压的作用。案例项目斜坡各点查看时，下坡侧含有更多的覆盖土，此处形成的沉降量更多，会增加上坡、下坡各处沉降量的差别。其二，填筑结构发生的沉降有差别。该项目施工地段具有一定坡度，会增加路基填筑量的差异性。原有地面水平坡度较大时，填筑结构水平方向的沉降差异量会增大。

应对案例项目的路基沉降均衡性不足问题，主要是采取陡坡段制作台阶的解决方法，融合“复合地基”的工艺方案，确保改善效果。在陡坡路基段的施工操作区域不大，应开展收坡处理。在路基下方区域添加支护组成。可运行小型机械设备，逐一完成支护组成所在地段的路基施工处理，此处工艺质控难度较高。陡坡路基会承担上部结构、车辆通行的各类荷载，水平方向形成的沉降差别较大。在路基工艺规划期间，应减少地基承载性能不强、特别点位路基回填强度不高等情况[1]。该项目施工组确定了轻质混凝土的工艺方案，主要利用发泡剂、水等各类材料生产制成，性能测定结果：气泡率占比7/10，容重率占比3/10；流值为150±10mm。其中“容重率”是指轻质混凝土与一般施工材料的质量比，用于表示材料的轻质特性。

2轻质混凝土用于公路系统的工艺方法

2.1制备方法

在施工组开展轻质混凝土的生产制备活动期间，分析了该材料调配的各类干扰条件。其一，发泡液。此成分含有发泡剂、水溶液等成分，运行发泡设备，能够产生较多的泡沫。发泡液性能决定着气泡个数、气泡群浓度，关乎于轻质混凝土的生产效果。该项目选择的发泡剂，具有外表无色、环保性较好等特点。在零度以上温度环境中，发泡剂不会出现沉淀情况。表1是案例项目引入发泡剂后，对其性能进行测定的结果。

其二，发泡设备。该设备是生产轻质混凝土的关键设施，确保生产材料中的气泡符合规范。其三，水泥。在轻质混凝土中添加的水泥，能够保证材料施工后的结构强度。该项目选择的水泥性能，见表2。

其四，搅拌设备。对于水泥、气泡群均开展有效的搅拌处理中，需要运行搅拌设备，确保此流程的工艺质量。

轻质混凝土的生产流程，具体如下。其一，明确各类材料的掺入比。参照案例项目的工艺方案，对水泥浆、发泡液等材料逐一精准确定掺入比。其二，水泥浆生产。确定各类材料的配比后，逐一添加水、水泥等材料，在集中拌和站给予处理。其三，生产泡沫。参照发泡液配比方案，有效混合发泡剂、水，在压缩空气、发泡设施的共同处理下，获得“泡沫囊”。其四，智能生产。利用智能数控设施，全面控制各类材料的掺入量，在水泥浆内混入泡沫囊，确保材料相混质量。

2.2运输方法

在运输轻质混凝土期间，应使用输送泵给予处理，尽量减少材料中气泡消解量。在泵送期间，轻质混凝土不易受到振动干扰，气泡消解量不大。案例项目特定控制了材料泵送距离，使其最大值为500m。在施工点位间隔较远时，案例项目利用中继泵，确保材料泵送到位。

2.3浇筑方法

案例项目合理划分了施工地段的区域，将其分割成多个小区域，逐一开展分层施工。在开展分区施工活动时，基于设备产能需求，应确保各个浇筑区的施工量，每个区域均采取一次浇筑工艺。施工组织积极防控材料自重形成的消泡问题，使各层浇筑层小于0.6m。在浇筑期间，施工组织应尽可能地控制消泡量，不宜采取喷射浇筑方法，尝试从软管出口位置给予浇筑处理。在轻质混凝土浆液表层下至少10cm位置，布设软管输料口。浇筑期间，不可采取一点式操作，以管口为起点，浇筑材料逐步向管口四周扩散，给予多点浇筑处理。在降水天气施工期间，合理调控工艺操作时间，确保浇筑效果，防止雨水冲刷。在气温较低的环境中，施工组织应尽量缩短初凝时间，可选择“快硬性水泥”，更换原有的水泥产品。在温度较高的条件下，气温条件较高，应采取洒水处理措施，保持浆体结构内的含水量[2]。

2.4养护方法

轻质混凝土使用后的养护流程尤为关键，是保证结构性能的重要措施。若是使用一般的塑膜、加水各类养护措施，在养护处理不到位的情况，极易发生热通道情况，降低养护效果。为此，案例项目引入了全新的养护设施，智能降温加水，多路径给出加热处理。该设施中添加了一个专用的加热体，加热区域边长为10m，结构宽度有2m。设定的液体流通结构为椭圆形，有助于缩短材料水化时间。该设施采取雾化降温加水形式，结构内添加了恒温储水区，存水量达到2m3，配有雾状喷头的输水管线，能够保证喷雾水汽温度保持在20℃，有效控制养护结构各处的温度差值。

3轻质混凝土使用后的结构性能分析

3.1沉降差异分析

案例项目特别记录了轻质混凝土使用前后的斜坡路基沉降数据，测定结果：原有路基沉降测定结果：1号50mm、2号62mm、3号71mm、4号78mm；使用轻质路基改善后，各点沉降值测定结果：1号15mm、2号20mm、3号17mm、4号19mm。在实际观测中发现：原有路基沉降差异量最大值为28mm，各处路基沉降值在50mm至78mm之间。在改用轻质混凝土后，各处沉降量控制在20mm以内，且各点沉降量差异值不多于5mm。相比之下，轻质混凝土的结构性能更好，有助于改善斜坡路基沉降差异较大的问题。

轻质混凝土用于案例项目中，能够有效控制斜坡路基各处沉降值，主要原因分析如下。其一，多数情况下，用于路基施工的材料密度处于1850kg/m3至2150kg/m3之间，而轻质混凝土密度较小，仅是一般用量的15%。在材料密度较小的情况下，轻质混凝土有效控制了路基结构自身质量，间接降低了结构自主下沉的重力。其二，轻质混凝土中含有优质的孔隙组成，有助于降低结构质量，更好地应对外部作用，减少结构变形，切实提高路基结构抗变形性能。在行车作用、环境变化等各类条件下，轻质混凝土能够有效分散作用力，降低各点沉降不一的可能性。

3.2路基回填质量分析

案例项目斜坡路基内回填轻质混凝土的效果，直接决定着公路结构的性能。在项目施工后，质量检测工作主要从材料压实程度、结构强度等各个方面入手。压实性能是用于测定路基回填材料的紧密效果，综合反馈填土压实处理后的状态。若是压实参数较高，表示回填土颗粒的相互间隔不大，处于较好的紧密状态，能够保证路基结构的整体承载性能，防止车辆荷载、环境因素带来的路基结构变化。案例项目中，针对路基结构压实度d的技术要求：上路堤结构d最小值为94%，下路堤结构d不低于92%。

在轻质混凝土用于案例项目后，施工组织制定了全面的质控方案。其一，有效控制湿容重差量。案例项目确定轻质混凝土的施工性能时，利用“湿容量a”参数予以反馈。该参数a的大小，直接关乎于回填材料性能，更决定着路基结构平稳性。案例项目将a的控制方法确定为“±0.3kN/m3”。在施工后，选择多个点位，开展结构性能的检测工作，轻质混凝土的a值处于-0.21kN/m3至0.23kN/m3以内，符合技术控制目标。由此说明：该项目在实际使用轻质混凝土期间，能够自主精确测量各类材料的掺入量，确保材料搅拌到位，结构浇筑工序的质控效果较好[3]。其二，关注斜坡路基抗压性能时，案例项目对于轻质混凝土结构的抗压要求，使其不低于设计值。在现场施工期间，案例项目制作了轻质结构试件，用于测定结构强度，测定结果是设计值的1.1倍至1.2倍，由此确定了轻质结构试件的性能。案例项目使用轻质混凝土前后的斜坡路基性能对比情况，见表3。

案例项目使用轻质混凝土后，该公路的斜坡路基结构性能更好，各处沉降差值获得了有效控制，路基压实度d提高了10%，路基承载性能增强了23.37%，路基可用时间增加了10年。由此得知：案例项目利用轻质混凝土，回填至原有的斜坡路基结构，在路基下沉控制、路基压实度、路基耐用性等各方面，均有不同程度的改善，技术效果较好。

结论：综上所述，案例项目使用轻质混凝土期间，从生产材料、运送材料、使用材料、结构养护各个节点均给出了工艺操作规范，形成闭环的工艺质控体系，努力最大程度地展现轻质混凝土用于公路系统的工艺价值。在工艺处理后，轻质混凝土回填于斜坡路基中，显著控制了路基沉降量，使结构沉降处于15-20mm之间，各处沉降差异最大为5mm。案例项目在测定斜坡路基性能时，改进后的轻质路基结构压实度从初期的85%增长至95%，路基承载性能从初期的2.61MPa提高至3.22MPa，路基结构性能改善效果明显。

参考文献：

[1]马张永，孔祥龙，陈志华，等.轻质混凝土组合墙板受弯性能试验与数值研究[J].建筑科学与工程学报，2024，41（06）：10-18.

[2]王志坚.轻质混凝土在破碎岩质边坡支护中的应用[J].江西建材，2024，（10）：254-256.

[3]韩尚宇，康登源，张培恒，等.废弃黏土砖骨料轻质混凝土正交试验研究[J].混凝土，2024，（08）：163-167+171.