泡沫混凝土技术在高铁领域中应用PPT课件.ppt

现浇泡沫轻质土在高铁领域应用 主要内容 1 概念篇 2 性能篇 4 应用篇 3 质量篇 发泡状况 泡沫轻质土试件在水中的浮力实验 泡沫轻质土的概念与制作 根据 现浇泡沫轻质土技术规程 CECS249 2008 下称 规程 的定义 泡沫轻质土是 用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫 与必须组分水泥基胶凝材料 水及可选组分集料 掺和料 外加剂等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 泡沫轻质土制作流程 发泡原理 发泡录象 气泡的大小 显微镜下的气泡 直径为30 300 的球体 泡沫轻质土的制作 现场发泡试验 现场容重试验 流值实验 现场施工照片 固化后的断面照片 2泡沫轻质土性能 1 轻质性 5 15kN m3 2 密度和强度可调节性 根据不同的材料组成用量 不同的气泡率 可按工程需要调整密度和强度 4 硬化后可自立 可垂直填筑 3 良好的施工性 采用管路泵送的方式现浇 可在狭小空间浇筑 自流平 自硬化 无需碾压或振捣 5 属水泥类材料 与EPS轻质材料相比 具有更好的耐久性 6 良好的环保特性 对环境无污染 且可利用粉煤灰等工业废渣 具有优越的环保特性 2泡沫轻质土性能 2 1密度特性 泡沫轻质土的表观密度 与其它土建材料相比 一方面显示出较明显的轻质性 另一方面 可根据工程需要在大范围内进行调整 就工程应用而言 常用的密度范围为500 1300kg m3 2泡沫轻质土性能 2 2强度特性 替代填土的常用范围 随着气泡率的增加 泡沫轻质土的强度逐渐降低 在气泡率相同的情况下 砂的含有率越大 泡沫轻质土的强度将越低 故控制泡沫轻质土强度的核心因素是配合比 同时 影响强度的因素还有 1 水泥标号 标号越高 强度越高 2 养护温度 养护温度越高 强度越高 3 集料 掺和料及外加剂 2泡沫轻质土性能 2 2强度特性 其它性能指标与抗压强度的关系 关系方程呈线性 2泡沫轻质土性能 2 3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 应力与应变呈现较好的线弹性关系 2泡沫轻质土性能 2 4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 这些环境因素主要包括 1 浸水的影响 2 干湿的影响 3 冻融的影响 4 外部循环荷载的影响 2泡沫轻质土性能 2 4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 50 浸水养护大约为20 40 室内暴露为10 20 试验同时表明 湿密度越大 掺砂量越多 其强度降低幅度越低 工程上应尽量避免轻质土长期浸水并严禁直接暴露使用 2泡沫轻质土性能 2 4耐久性 长期浸水密度试验 浸水2年半湿密度趋于稳定后 湿密度增加率与初始湿密度的关系表明 初始湿密度越大 长期浸水引起的湿密度增加幅度越小 2泡沫轻质土性能 2 4耐久性 干湿循环试验 干湿循环历经10次 强度基本不变 2泡沫轻质土性能 2 4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 弯曲试验是比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 这主要是保证梁底面能有一段弯矩相等的均匀拉区 梁的加载模式有两种 一是应力控制 二是应变控制 对于泡沫轻质土采用应力控制模式 这主要考虑其破坏性形式是脆性破坏 极限应变较小 2泡沫轻质土性能 2 4耐久性 耐疲劳试验 疲劳试验成果 对于一般的工程应用而言 泡沫轻质土承受的动荷载与其强度应力比通常小于0 3 根据疲劳方程 按应力比0 3计算 泡沫轻质土的疲劳寿命可达1021次 完全可满足一般工程需要 3质量控制 现浇泡沫轻质土技术规程 是我国在这一技术领域的第一部标准 它从原材料的控制 设备要求 施工过程的控制及施工后的检验与验收等方面都作了详细的规定 为泡沫轻质土技术的工程应用提供了依据 原材料包括水泥 集料 掺和料 外加剂 拌合水及发泡剂等 它们的质量要求请参见标准3 1 1 3 1 6及7 2 3 1原材料的质量控制 3质量控制 1 对环境应无不良影响 以界面活性类发泡剂为宜 2 在0 以上的温度环境 发泡剂不应出现离析现象 3 稀释倍率不宜小于100 4 标准泡沫密度宜为40kg m3 60kg m3 5 发泡剂所制作的泡沫应细密 经消泡试验确定的湿密度增加率不应超过10 发泡剂应符合下列要求 3质量控制 有松香胶发泡剂 废动物毛发泡剂 树脂皂类发泡剂 水解血胶发泡剂 石油硫酸铝发泡剂 动物蛋白类发泡剂等 在使用上以动物蛋白类发泡剂居多 市贩发泡剂现状 3质量控制 市贩发泡剂主要特点 1 泡沫孔径偏大 发泡倍率偏低 一般在25倍以下 用量大 2 存放温度要求在10 以上 一般只能存放三个月 3 稳泡时间短 消泡试验 泡沫轻质土工程项目开工前 必须对所采用的水泥及其他材料和发泡剂之间的适应性进行检验 检验方法即为消泡试验 根据 CECS249 2008 中7 2 7及8 3的规定 仅当消泡试验确定的湿密度增加率不超过设计湿密度的10 时 所选的发泡剂 水泥等原材料才可使用 消泡试验是泡沫轻质土工程特有的试验科目 其意义在于明确发泡剂和水泥之间的适应性 当消泡试验无法满足要求时 应调整发泡剂或水泥种类 3质量控制 3质量控制 2 发泡剂的检验方法为消泡试验 泡沫轻质土工程项目开工前 必须对所采用的水泥及其他材料和发泡剂之间的适应性进行检验 检验方法即为消泡试验 根据 现浇泡沫轻质土技术规程 的要求 仅当消泡试验确定的湿密度增加率不超过设计湿密度的10 时 所选的发泡剂 水泥等原材料方可使用 3质量控制 原材料的计量精度是确保施工配合比满足强度设计要求的基本前提 3 2原材料计量精度 3质量控制 3 3设备要求 泡沫轻质土一般用于替代填土来使用 与传统的用于屋顶隔热层的泡沫混凝土相比 具有浇筑方量大 质量要求高 工期短等特点 再考虑到胶凝材料的初 终凝时间特性及施工过程的扰动对泡沫轻质土强度损失等因素的影响 要求单次浇筑层的施工应在水泥 砂 浆初凝时间内完成 设备产能要求较高 单台泵的输送能力最好不低于50m3 h 设备是影响泡沫轻质土质量的关键因素之一 泡沫轻质土的施工设备必须实现原材料的自动计量 自动发泡 泡沫流量的自动控制 严禁采用搅拌发泡方式生成泡沫 自动搅拌 连续输送等具有连动功能的制备施工设备 这些在 CECS249 2008 中6 2 1 6 2 3作了具体的规定 质量控制 目前的泡沫混凝土设备无法满足泡沫轻质土技术的施工要求 质量控制 1 单套设备产能 120m3 h 2 设备体积小 移动轻巧灵活 3质量控制 设备实现全方位自动控制 施工过程主要是控制泡沫密度和轻质土的湿密度 3 4过程控制 2 泡沫轻质土湿密度与设计值的偏差不宜超过10 1 泡沫密度与标准泡沫密度的偏差不超过10 规定标准泡沫密度并在施工过程中监控泡沫密度 是泡沫轻质土工程的特殊要求 目的是确保发泡剂的质量稳定从而确保轻质土的质量稳定 3质量控制 3质量控制 泡沫轻质土在改造工程中的使用目的 消除路桥过渡段的差异沉降 在保持强度要求的前提下 轻质土的容重控制是关键 设计指标 容重 6 0kN m3 强度 0 6MPa 施工控制指标 容重 6 0kN m3 强度 0 8MPa 显然 掺砂配合比无法满足上述指标要求 3质量控制 硬化后的质量检验指标为抗压强度和准干密度 3 5硬化后的评价 1 抗压强度合格标准为不低于设计值 2 准干密度的合格标准为不超过湿密度的设计值 准干密度的检验是泡沫轻质土的特殊要求 目的在于确保轻质土的轻质性满足设计要求 3质量控制 3 6质量不合格的判别标准 1 湿密度合格率低于90 有下列情况之一时 泡沫轻质土工程可判别为不合格 4 工程质量评分低于75分 2 泡沫密度合格率低于90 3 抗压强度合格率低于90 这些在 CECS249 2008 的7 8节中都作了具体的规定 应用篇 车站屋面保温站前广场的垫层结构减荷车站基坑的回填隧道注浆软基处理站台范围及轨道路基填筑 车站屋面保温 屋面保温是泡沫混凝土材料在建筑领域应用较早的一种使用方法 使用泡沫混凝土作为屋面保温找坡材料 主要有轻质高强 保温隔热 隔音耐火 物美价廉 施工速度快等特点 站前广场的垫层 结构减荷 泡沫混凝土的密度小 常用泡沫混凝土的密度等级为300 1200kg m3 相当于普通混凝土的1 5 1 10 抗压强度大于0 25Mpa 可根据建筑物设计要求生产出不同强度的泡沫混凝土产品 在建筑物的内外墙体 层面 楼面 立柱等建筑结构中采用该种材料 可显着降低建筑物自重 提高构造物的承截能力 案例 天津西站站前广场 天津西站始建于八九十年代 2005年重建 地处天津红桥区 地势较低 每逢雨季会大量积水 给市民出行造成困扰 为方便行人通行 天津西站重新建设 设计将地面整体垫高2m 但由于地铁一号线属早年修建 混凝土框架顶部承受力设计无法承载增加的2m土方重量 如不变更设计 会对原地铁一号线混凝土框架造成影响 为了减轻顶部压力 减少承载 经专家论证 将泡沫混凝土填充工艺用于该地表换填工程中 该项目于2011年3月开始泡沫混凝土回填 4月回填完成 达到了设计减荷目的 取得了良好的应用效果 车站基坑的回填 建筑物 包括构筑物 基础与地下施工所开挖的地面以下基坑 回填时采用泡沫混凝土 可避免回填不密实导致的建筑物稳定性下降 避免在风载 地震荷载的作用下 水平斥力不足导致的滑移 保证建筑结构的稳定性 采用泡沫混凝土回填灌浆具有施工简便 回填速度快 回填充实度高 对地下结构无侧限压力等优点 隧道注浆 衬砌体发生局部变形 渗漏水 开裂甚至塌陷等病害 1 注浆无法饱满 隧道顶部会不同程度地出现空洞 积水 2 隧道衬砌体受力失衡 3 空洞处的围岩的变形 风化及脱落加剧等 隧道渗漏水示意图 现场施工图片 现场施工图片