泡沫轻质混凝土在实腹式拱桥的应用

倪宁

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摘要：本文主要探讨泡沫轻质混凝土在实腹式拱桥中的应用。泡沫轻质混凝土因其独特的物理特性，如低密度、高强度和高耐久性，为道路桥梁工程建设带来了新的机遇。在实腹式拱桥中使用泡沫轻质混凝土，可以显著提高桥梁的通行跨越能力，减轻结构自重，提高抗震性能，保证了工程质量的同时降低工程造价带来经济效益。

关键词：泡沫轻质混凝土，实腹式拱桥，桥梁工程，抗震性能，工程造价

0引言

实腹式拱桥是一种常见的桥梁结构形式，具有优美的外观效果和稳定良好的受力性能。然而，传统的实腹式拱桥材料多为普通混凝土和钢材，结构自重相对较大，施工周期较长，且对地基要求高。泡沫轻质混凝土作为一种新型建筑材料，具有轻质、高强、保温隔热、防火抗震等优点，因此在实腹式拱桥拱腹及台背施工中的应用具有广阔的前景。

1.轻质泡沫混凝土的概念及特性

1.1轻质泡沫混凝土基本概念

轻质泡沫混凝土是一种具有显著结构特点的建筑材料。其核心特征在于其多孔性，内部密布着大量微小的密闭气孔，这些气孔赋予了它独特的物理性能，如轻质、保温、隔音等。在制备过程中，特定发泡剂水溶液通过机械方式转化为泡沫，再与硅质、钙质材料、水及外加剂等混合搅拌，形成了一种特殊的结构——硬质颗粒隔开的气泡结构。这种结构不仅保证了混凝土的强度，还极大地降低了其重量。在成型与养护阶段，轻质泡沫混凝土可以通过泵送系统进行灵活的现浇施工，也可以按照需求进行模具成型，经过自然养护后，其性能可达到最佳状态。

1.2轻质泡沫混凝土的特性

1.2.1轻质适用性

轻质泡沫混凝土在实腹式拱桥的应用中，表现出了显著的轻质适用性。其内部含有大量密闭孔隙，使得这种混凝土的密度相对较小，干密度通常维持在300~1000kg/m3的范围内。这种轻质特性使得它在实腹式拱桥的建设中具有得天独厚的优势。轻质泡沫混凝土能有效减轻拱桥的自重，减少约25%的结构负载，进而提升桥梁的承载能力。

1.2.2密度和强度可调性

泡沫轻质混凝土制备过程通过精细调节发泡剂的种类或掺量，结合机械混合方式，能够实现对气泡含量的精准控制。这使得轻质泡沫混凝土的干密度可精确控制在300~1000kg/m³的范围内，从而展现出优异的轻质特性。同时，在现有工艺条件下，该混凝土的抗压强度能够稳定达到1.0~10.5MPa，满足了实腹式拱桥等多种工程对材料强度的需求。这种密度和强度的可调性，使得泡沫轻质混凝土在路基防护、桥涵台背等场景中得到广泛应用，实现了良好的经济效益。

1.2.3保温、隔热、防腐性

在实腹式拱桥的应用中，展现出了卓越的保温、隔热及防腐性能。其内部微闭孔丰富，泡沫体积含有率高达70%以上，这使得其导热性能显著降低，从而具有优异的绝热性能和低导热系数，有效地保障了桥体结构的保温与隔热需求。同时，轻质泡沫混凝土属于硅酸盐水泥制品范畴，其材质坚固、稳定，具有优良的防火、防腐蚀和耐久性能。其燃烧性能更是达到了A1级标准，显示出极高的安全性。

1.2.4快速高效、高流动性、填充自密实性

由于其不含粗集料且水灰比较大，这种混凝土具有卓越的高流动性和自流平特性，使得施工过程更为简便高效。在实际施工中，轻质泡沫混凝土可通过泵送软管进行输送，最大泵送距离可达100~500米，极大地提高了施工效率。同时，其高流动性也保证了混凝土能够充分填充桥体结构的各个角落，实现自密实效果，有效减少了施工中的外界干扰，缩短了施工工期。

1.2.5低弹抗震性

地基荷载与抗震力之间存在直接关联，荷载越小，结构的抗震性能则越强。轻质泡沫混凝土，凭借其独特的微观气孔结构，不仅具备出色的抗压性能和良好的可塑性，更在地震发生时表现出色。其较小的水平惯性力、较低的弹性模量以及卓越的冲击能量吸收能力，使得泡沫混凝土能够有效减轻结构受到的冲击荷载破坏，并发挥显著的减震作用。

1.2.6渗透性

轻质泡沫混凝土的透水系数通常在10-5~10-6cm/s范围内，这意味着其透水性介于黏土和软黏土之间，具有适度的渗透性能。值得一提的是，轻质泡沫混凝土的透水性与其重度密切相关，随着重度的减小，其透水性会相应增强。此外，胶结材料的用量也是影响泡沫轻质混凝土透水性的重要因素。增加胶结材料的用量会显著降低其透水性，从而在实际应用中为工程师提供了调控材料性能的手段。

1.2.7隔声性能

泡沫轻质混凝土在实腹式拱桥的应用中展现出卓越的隔声性能。其关键在于多孔微观结构，这种结构使得声音在传播过程中得到有效吸收与阻隔。相比其他工程材料，泡沫混凝土的吸音性能提高了约5~10倍，显著降低了噪音的传播和干扰。在实腹式拱桥中，泡沫轻质混凝土的应用不仅满足了结构轻量化的需求，还极大地改善了桥梁周边的声学环境，为居民提供了更为宁静舒适的生活空间。

1.2.8耐久性、稳定性

轻质材料不仅具有优越的耐久性，其使用寿命几乎可以媲美普通水泥混凝土，保证了桥梁结构的长期稳定运行。在作为填筑材料应用于市政道路桥梁工程中时，轻质泡沫混凝土能够有效应对汽车动载作用，展现出强大的抗压能力。其结构设计经过精心计算，确保在汽车动荷载下能够稳定工作，满足设计使用年限的要求。因此，泡沫轻质混凝土在实腹式拱桥中的应用，不仅提升了桥梁的整体性能，还确保了桥梁的安全与稳定。

1.2.9优越的环保特性

泡沫轻质混凝土在实腹式拱桥的应用中展现出了优越的环保特性。随着国家对环保标准的日益严格，道路桥梁建设工程对材料环保性能的要求也在不断提高。在这一背景下，轻质泡沫混凝土凭借其环保原材料的选择，成为了符合环保要求的理想选择。该材料主要使用不含苯、甲醛等有害物质的物理发泡剂和常用胶凝材料水泥作为原料，从根本上避免了有害物质的释放，确保了施工及使用过程中的环境安全。

2.实例分析

2.1工程概况

龙桥路（牛金路—星夜大道）段建设工程西起牛金路，东至星夜大道，位于合庐产业新城核心区，全长3028.058m，规划红线宽度45m，北侧蓝绿空间60m，南侧绿线15m，规划等级为城市主干路。跨河桥桥梁中心桩号为K2+483.903，全长118.7m，采用9孔上承式连续实腹拱桥，桥梁结构分两幅设计，中间留一道2cm变形缝。全桥位于直线段，拱圈中间大两边小对称布置，跨径分别为：7.5m，8.5m，9.5m，10.5m，11.5m，10.5m，9.5m，8.5m，7.5m。第一个和最后一个拱圈满足游步道净空不小于2.5m，高程为4.5m，桥头两端均设置游步道与桥下顺接。

2.2泡沫轻质土主要技术指标

泡沫轻质混凝土是通过在混凝土中掺入泡沫剂，形成大量封闭的气泡，从而降低混凝土的密度，提高保温隔热性能。同时，泡沫轻质混凝土仍具有较高的抗压强度和耐久性，能够满足桥梁结构的承载要求。泡沫轻质土技术指标如下表所示：

表1泡沫轻质混凝土技术指标

浇筑部位	离路面结构底面距离（m）	湿密度Rfw（）	抗压强度
顶部	0-0.8
底部	>0.8

标准泡沫密度：50kg/m³；消泡试验泡沫轻质土湿密度增加率不超过10%；HDPE防渗土工膜技术指标如下表所示：

表2HDPE防渗土工膜技术指标

序号	项目	指标
1	厚度（mm）
2	幅宽度（m）
3	拉伸强度（纵横）
4	断裂伸长率（纵横）%
5	直角撕裂强度
6	搭接宽度（cm）
7	搭接方式	热焊

2.3现浇泡沫轻质土台背及拱腹施工要点

在泡沫轻质混凝土浇筑区划分的过程中，必须充分考虑到桥梁台背及各孔拱腹的尺寸大小对称分层浇筑。为了确保施工质量的可控性，防止因过大的浇注面积导致的质量问题，严格规定单个浇注区顶面面积的最大值应控制在400㎡以内。这样的划分方式有助于更好地管理施工流程，提升工作效率，并确保每一部分的施工质量都能达到设计标准。泡沫轻质土的单层浇注厚度是施工过程中的一个核心参数。基于丰富的施工经验和技术规范的要求，确定单层浇注厚度的合理范围应在0.5m至1.0m之间。这一范围的设定旨在确保泡沫轻质土的均匀性和稳定性，从而保障整体结构的强度和耐久性。同时，在浇注过程中，上下两层之间的间隔时间也是一个需要特别注意的因素。为确保两层之间的紧密结合，避免因过早浇注导致的层间结合不良，规定间隔时间应不少于6~8小时。这样的设定有助于保证每一层都能充分凝固和稳定，从而提高整体结构的完整性。泡沫混凝土浇筑施工时，出料口离浇筑面垂直距离不宜超过0.3m；泡沫混凝土浇筑过程中，不得采取机械振捣方式密实。

对于单个浇注层，倾向于一次性完成，以减少施工交界面确保施工质量和效率。然而，在特殊情况下，如遇到不可预见的施工难题或需要调整施工进度时，允许最多分两次进行浇注。但此时，两次浇注之间的间隔时间应严格控制在6至24小时之间，以确保浇注层的连续性和完整性。为了确保泡沫轻质土能够充分硬化并达到设计强度，为后续施工提供坚实的基础。通过必要的养护，可以保证每层泡沫轻质混凝土回填的稳固性和耐久性，从而提高整座桥梁的安全性和使用寿命。此外，对于流值的控制也是施工过程中不可忽视的一环。拱桥台背部位的泡沫轻质土，其流值应至少达到160~180mm，以确保泡沫轻质土的施工性能和质量。这一指标的严格控制有助于确保泡沫轻质土在浇筑过程中的流动性和均匀性，进一步提高施工质量。最后，当泡沫轻质土浇筑的纵向长度较大时，还需要考虑温度变化等因素可能引起的变形问题。为此，规定每隔10至20米应设置变形缝同时考虑与每个拱圈之间的变形缝一致。变形缝的宽度应严格控制在2cm以内，以确保每个拱圈之间的整体稳定性和安全性。这一措施有助于减少因温度变化等自然因素导致的拱桥每个拱间变形位移和裂缝问题，提高桥梁的整体性能和耐久性。最后，在回填顶面铺设一层防渗土工膜，同时注意热熔焊接质量。

2.4质量检测与控制

开工前，必须对水泥、粉煤灰、施工用水及发泡剂等原材料进行严格检验。特别是消泡试验，需确保原材料适应性良好，湿密度增加率不超过10%。当施工配合比强度试验和消泡试验均达标时，原材料可免于复验，但仍需提供水泥出厂合格报告。监理单位若另有需求，施工单位应积极配合进行水泥材料进场复验。在施工过程中，施工单位需遵循规定的质量控制指标，并按时进行检测。这些指标和检测频率均参照相关表格执行，确保施工过程的每一步都符合规范要求。此外，施工单位还需提供必要的质量检测报告，以供监理单位审查。监理单位在质量监督过程中，可根据工程需要要求施工单位进行额外复验。施工单位应无条件配合，确保质量检测与控制的全面性和有效性。

为确保轻质泡沫混凝土施工质量达标，严格控制各施工工序，从源头上把控质量。在施工过程中，模板安装必须确保模板精准牢固，以满足质量要求。同时，浇筑环节也需严格把控，浇筑间隔时间应不低于6~8小时，具体时间应根据浇筑面固化情况灵活调整。在水泥浆初凝时间内完成浇筑，避免人员行走在未固化的浇筑面上，以防止对施工质量造成不良影响。浇筑前后需随机采样检测湿密度，对于不合格的点位需及时处理，确保施工质量符合设计要求。在施工前后，还按规范取样检测，试块为10cm立方体，并清晰标注相关信息，以便后续质量追溯。大风、大雨等极端天气会对施工造成不利影响，应避免在这些天气条件下施工，并及时补救覆盖物破损，以确保施工质量和安全。

3.结论

综上所述，泡沫轻质混凝土在实腹式拱桥中的应用具有显著的优势，能够减轻结构自重，提高抗震性能，降低工程造价。随着泡沫轻质混凝土技术的不断发展和完善，其在路桥工程中诸如路基防护软基处理、桥涵台背拱腹的应用将会越来越广泛。未来，可以进一步研究泡沫轻质混凝土的制备工艺、配比材料性能优化以及施工技术，为路桥工程建设提供更加优质的材料选择和技术支持。

参考文献

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[2]王某某,刘某某.实腹式拱桥的设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2018.

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