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泡沫混凝土

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气泡沫混合轻质土在机场跑道垫层中的应用

浏览: 发布日期:2020-09-17
目前,泡沫混凝土作为铁路隔声带的应用取得了显著进展。由于泡沫混凝土本身的性能,它作为铁路隔音带具有很大的优势:
1.重量轻。采用泡沫混凝土作为承重保温墙体或屋面保温材料,可以大大减轻建筑结构的自重,减小梁柱等受力构件的尺寸,从而减少工程量,缩短工期,降低工程造价,也可用于实现高层结构;另一方面,泡沫混凝土越来越多地用于公路或桥梁基础的置换回填,因为泡沫混凝土的低自重可以减少基础自重应力过大引起的基础沉降,防止道路坍塌、桥头跳车等现象。
2.隔热性好。泡沫混凝土具有优异的保温性能,因为其中均匀分布着大量球形封闭微孔。泡沫混凝土的干导热系数可低至0.06W/(m·k),而普通水泥混凝土的干导热系数为1.5w/(m·k)。因此,泡沫混凝土具有优异的热工性能,能够有效达到节能减排的目的。
3.减少噪音污染。由于泡沫混凝土具有孔隙结构,具有良好的吸声效果,可以有效减少噪声污染,改善生活环境。
4.调节室温。泡沫混凝土的含水率可以随着室内环境的变化而变化,可以用来平衡室内湿度,使其保持不干不湿的状态,从而有效调节室内温度。
5.卓越的抗震性能。泡沫混凝土具有重量轻的优点,用泡沫混凝土制作建筑结构的相关构件可以有效降低基础荷载,提高抗震能力;此外,泡沫混凝土具有多孔结构,弹性模量低,对地震荷载的吸收和分散性好,是一种优良的消能材料。
2009年,泡沫混凝土隔音板成功应用于我国武广高铁隔音带。列车高速行驶会在夹层内产生较高的风压和高频金属噪声,导致折返过程中能量积聚,温度升高,产生破坏性的“声爆”。为了避免对道路两侧的建筑物和居民造成伤害,铁路两侧应设置声屏障。该隔音板是由特殊无机材料改性水泥制成的陶瓷泡沫水泥复合隔音板,由低密度开孔泡沫层和高密度闭孔泡沫层组合而成,具有耐火、隔热、隔热、吸音、隔音、高强度等特点。
1.泡沫水泥材料及其生产方法。
泡沫水泥是一种轻质填充材料,由水泥、水、细砂或沙土和气泡按一定比例混合,搅拌,最后固化而成。气泡轻质混合土的原理是将配制好的发泡剂混入混合好的生土泥浆中,搅拌均匀产生气泡,气泡在泥浆中占据一定的空间。当固化材料将土壤颗粒胶结在一起时,固化体中会留下大量的小孔,从而降低生土的密度。气泡混合轻质材料技术的关键问题是产生稳定高效的气泡。目前一般采用混合搅拌的方式产生气泡。如果能使用一种发泡装置产生稳定的气泡,将会给实验研究带来很大的帮助。由于气泡轻质混合土是一种多孔介质,不是致密的固体,所以在制备样品时不能压实和振动,否则气泡会因振动而分布不均匀,容易导致混合土分层。机械混合发泡法虽然简单,但发泡效率低,发泡剂溶液不能完全制成气泡,制得的气泡不均匀;另外,泡沫水泥由于消泡率高,密度不易控制。因此,目前国内外多采用预发泡法制备泡沫水泥。
2.泡沫水泥的工程特性。
泡沫水泥的特点如下:
(1)轻质:泡沫水泥中均匀分布着大量独立的封闭胶体气泡,气泡膜韧性强,气泡之间没有水,使材料的容重比常规土小得多。根据不同的工程需要,通过适当调整产品中气泡、固化剂和砂的比例,发泡水泥的容重可以在5-12kN/m3范围内自由调整。
(2)强度可调性:发泡水泥的强度特性由原材料的种类和配合比控制。原砂的性质和用量、水泥的种类和用量、气泡的含量、水的用量、养护条件和龄期都对其强度有影响。目前无侧限抗压强度的调整范围为0.3-15.0MPa,工程应用范围[z]一般为0.5-1.5MPa。
(3)低弹性减震(抗冲击性):泡沫水泥的多孔性使其具有较低的弹性模量,从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。其冲击吸能是同等质量普通混凝土的3-5倍。
(4)自立性:具有自硬化能力,对周围围护结构几乎没有侧压力。
(5)保温性能:混凝土中形成封闭的泡沫孔,气泡含量可达40%-70%,具有良好的保温和抗冻融性能。
(6)抗渗性:泡沫水泥透水性很小,单位重量10kN/m;饱和和非饱和泡沫水泥试验表明,渗透系数仅为10-5厘米/秒.
(7)耐久性:泡沫水泥是一种水泥材料,与高分子材料相比,具有很强的耐久性、耐热性和耐油污性。干湿循环、冻融循环和抗疲劳试验研究表明,泡沫水泥具有与水泥混凝土相同的耐久性。
(8)施工性好:泡沫水泥固化后流动性好,自力更生,可远距离或狭小空间施工,浇筑时无需振捣和碾压作业。此外,发泡水泥中混入大量气泡,原材料体积仅为成品体积的1/3,提高了建筑材料的运输效率。
(9)环保:发泡水泥所需的原材料为水泥和发泡剂,为中性,不含苯、甲醛等有害物质,避免了环境污染和火灾隐患。
(10)经济性:原材料价格低,综合成本低。
3.泡沫水泥在机场跑道垫层中的优势。
(1)由于泡沫水泥的体积密度在5-12kN/m3之间,仅为普通混凝土材料的1/5-1/2左右,用作基层时可以降低路面结构的自重。由于机场跑道承受着重而复杂的荷载,较轻的自重更有利于降低地基土压力,减小沉降差和附近建筑物的附加沉降破坏,大大降低维护成本。
(2)由于发泡水泥的强度是可以调整的,因此可以根据强度要求计算出最佳的材料配比,从而最大限度地降低原材料成本,节约施工成本。
(3)垫层的作用主要是将面层和基层所承受的荷载传递给地基。飞机起降时有巨大的垂直和侧向载荷。采用低弹性、冲击能量吸收性好的泡沫水泥作为垫层,既能起到很好的缓冲竖向荷载的作用,又能横向约束基底,吸收基底的侧向冲击能量。
(4)泡沫水泥具有很好的保温性和不透水性,可以防止结构因深度不同而发生不同的膨胀和收缩变化,进而预防融沉和冻胀等病害。
(5)施工时不需要机械振动和碾压,节省了工序和成本。
(6)建设周期短,可以使跑道尽快投入使用,创造更大的经济效益。
(7)材料环保无污染,符合新时期以人为本的建设要求。
4.泡沫水泥机场跑道垫层的施工及检验要求。
4.1泡沫水泥施工。
(1)泡沫水泥浇筑:整个基层水平分层浇筑,每层间隔至少一天。泡沫水泥由软管泵送。浇注时,将出料口埋在发泡水泥中,尽可能避免脱泡和离析。
(2)纵横坡度调整:由于泡沫水泥流动性大,浇筑时不可能提前满足道路坡度要求,浇筑完成并达到一定强度后,需要用垫层材料调整纵横坡度。
(3)养护:泡沫水泥浇筑后,为防止快速干燥造成裂缝,养护后需用麻袋覆盖保护。此外,如果施工期间下雨,在养护前覆盖泡沫水泥,以避免下雨。对于大体积泡沫水泥,应注意加强工艺维护,确保不会因维护问题而产生裂缝。
5.结束语。
泡沫水泥具有重量轻、抗冲击性强、保温性好、耐水性强、施工环保性好等优点。适用于结构和功能要求严格的机场跑道垫层,未来应用前景广阔。

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