摘要：以永嘉上瓯项目栗树樟隧道出口端右洞施工现场为背景，主要围绕泡沫砼的轻质、耐久性、高流动性、易泵性、防水性等性能指标，采用控制变量法分析并研究了水泥掺量、发泡剂掺量对泡沫砼施工性能以及力学强度性能的影响，从而能更高效快速地解决当前隧道小型塌方问题，更好地服务于实际施工现场。
关键词：泡沫砼；轻质；耐久性；水泥掺量；发泡剂掺量
1.引言
栗树樟隧道作为上瓯项目重点质量控制板块，围岩状况以Ⅳ~Ⅴ级为主，岩体破碎，完整性差，地下水丰富，围岩稳定性差，所经区域地质复杂，影响因素多，特别是栗树樟隧道围岩局部破碎有夹层，且局部有滴水，围岩自稳能力较弱。栗树樟隧道出口端右洞掌子面发生小型塌方现象，塌方现场支护端头桩号为YK4+793.7，掌子面空腔桩号为YK4+787.6，在开挖过程中，右洞拱顶偏右侧围岩出现大面积滑层、节理裂隙极其发育，爆破后掌子面拱顶右侧上方出现深度约6m，宽度约3m，弧度约10m的矩形空腔，塌方现场无现场施工，现场无施工人员受伤，结合类似塌方施工问题处理方案，利用泡沫混凝土的轻质性、高流动性和易施工性的特点，发现塌方部位采用泵送泡沫混凝土回填，往塌腔内灌注具有一定强度、容重低、防水的泡沫砼，既能保证塌腔充填密实，控制后期围岩和结构的稳定性，又能减载充填塌腔的效果，同时保证围岩的稳定性及避免塌腔顶部再次塌方冲击衬砌。
2.原材料分析及试验方法
2.1原材料
水泥：水泥是泡沫混凝土中最重要的胶凝材料，水泥所检指标应符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中相关技术要求。
发泡剂：发泡剂的生产厂家选用杭州舒之城型号为SYFPJ 2018-0902。
水：饮用水，满足《混凝土用水标准》JGJ 63-2006技术要求。
2.2试验方法
泡沫砼过程检测项目主要是湿容重及流动度，质检评定项目主要是抗压强度。
湿容重：现场用量杯m1在浇筑管口随机取样，取完样后在电子称上称重m2，湿容重R=10*（m2-m1）/V量杯体积。
流动度：量杯随机取样，空心圆筒装满试样后刮平，然后垂直提起，静置1min后用游标卡尺量取铺展水平直径，即为流动度。
泡沫砼抗压强度试验：泡沫混凝土随机取样，抗压强度试件以边长100mm的立方体的标准试件，同龄期为1组，每组为3个同条件制作及养护的混凝土试件，7d、14d、21d、28d到龄期后，从标养室取出进行抗压强度试验。
3.泡沫砼的施工工艺及研究方法
泡沫砼是以水泥作为胶结材料，掺入一定比例的气泡及水，经混合搅拌均匀后形成的一种新型轻质混凝土。
采用控制变量法即唯一变量原则研究影响泡沫混凝土物理力学性能的影响因素，主要变量有水泥用量对泡沫砼流动性及力学强度的影响、发泡剂掺量对泡沫砼工作性能及力学强度的影响。
4水泥用量对泡沫混凝土流动性、强度的影响
保持发泡剂的用量及用水量不变，只改变的水泥的掺量，水泥选用普通硅酸盐水泥P•O42.5，水泥用量分别选用325kg、367kg、408kg、450kg、492kg，检测各水泥用量下的新拌泡沫砼拌合物的流动性并制取相应的泡沫砼试件，经7d、14d、21d、28d标准养护后取出进行泡沫砼抗压强度试验，泡沫砼各龄期力学性能统计见表4-1。
表4-1 不同龄期泡沫混凝土力学性能统计表
由表4-1知随着水泥用量的增加新拌泡沫砼拌合物流动性逐渐先增大后降低，即新拌泡沫混凝土流动度随着水泥用量的增大存在一个饱和值177mm，满足现场泵送泡沫混凝土施工性能需要（160-200mm）；随着水泥用量的增大，各龄期下泡沫砼强度均有所增加，但随着龄期的增大泡沫砼强度增长幅度逐渐变缓，水泥用量达到408kg既能满足施工性能的需要，也能满足力学强度性能的要求。
发泡剂掺量对泡沫混凝土流动性、力学强度性能的影响
保持水泥用量及用水量不变，只改变发泡剂的掺量，水泥选用普通硅酸盐水泥P•O42.5，水泥用量为408kg，发泡剂掺量分别选用1.5‰、2.0‰、2.5‰、3.0‰、3.5‰，检测各掺量下新拌泡沫砼拌合物的流动性并制取相应的泡沫砼试件，经7d、14d、21d、28d标准养护后取出进行泡沫砼抗压强度试验，泡沫砼各龄期力学性能统计见表5-1。
表5-1 不同龄期泡沫混凝土力学性能统计表
由表5-1知随着发泡剂用量的增加新拌泡沫砼拌合物流动性逐渐降低，当发泡剂掺量位于1.5‰到2.5‰时，新拌泡沫砼拌合物流动度下降幅度较大，当掺量高于3.0‰时下降曲线较平缓，但流动度＜160mm，不满足现场泵送泡沫混凝土施工性能需要（160-200mm）；当发泡剂掺量从1.5‰增加到3.5‰各龄期下泡沫砼强度逐渐降低，发泡剂掺量越大泡沫砼强度降低的越多；随着龄期的增大泡沫砼强度虽有所增长，但强度增长幅度较平缓，可见发泡剂对泡沫砼强度影响较大。发泡剂掺量为2.5‰既满足现场泵送泡沫混凝土施工性能需要，又满足泡沫砼抗压强度要求。
结语
泡沫砼作为新型材料可以高效快速地解决隧道小型塌方问题，充分利用了其轻质性、高流动性、防水性、易泵性的特点，而且还能保证塌腔充填密实，起到了缓冲作用，保证了后期围岩和结构的稳定性，避免了塌腔顶部再次塌方冲击衬砌。
泡沫砼的主要影响因素有：水泥掺量、发泡剂掺量。
（1）在发泡剂掺量、水胶比相同情况下，水泥掺量越大新拌泡沫砼拌合物的流动性存在饱和值即水泥用量为408kg时新拌泡沫砼拌合物流动性最佳，砼拌合物强度随着水泥掺量的增大力学强度均有所增加，同时能满足施工强度指标，综合考虑现场可泵性流动度要求及力学强度要求，推荐泡沫砼配比水泥掺量为408kg。
（2）在水泥掺量、水胶比相同情况下，发泡剂掺量越大新拌泡沫砼拌合物的流动性逐渐降低，当发泡剂掺量高于3.0‰时新拌泡沫砼拌合物流动度不满足施工流动度要求，发泡剂掺量对泡沫砼强度影响较大，且随着水泥掺量的增大泡沫砼力学强度均有所下降，但下降幅度随着泡沫砼龄期的增长有所缓解，综合考虑现场施工性能及强度要求，推荐泡沫砼配比发泡剂掺量为2.5‰。
泡沫砼配比应以设计强度标号为质量底线，同时也要满足现场施工性能，满足可泵性要求，还要充分发挥其轻型、高流动性、易施工性、防水、缓冲抗冲击性、填充稳定性等特点，这也是泡沫砼未来的研究方向。
参考文献
[1]广州省标准《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》（DBJ15-58-2008）广州：广东省建设厅，2008.
[2]中华人民共和国建筑工业行业标准《泡沫混凝土》（JG/T 266-2011）北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2011.
论文作者:宋有东,范广兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
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