本發(fā)明屬于工程材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于路橋填筑的輕質(zhì)泡沫混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

在需高填方的橋梁建設(shè)中，在路橋結(jié)合部的橋臺背、主橋與引橋間搭板下軟連接等部位，常規(guī)采用低壓縮比的土(如碎石土或石渣土)來進(jìn)行填筑。施工時(shí)，每填筑一定量的土需進(jìn)行碾壓、夯實(shí)，密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行下一層填筑、碾壓、夯實(shí)，填筑達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，需經(jīng)過較長時(shí)間的工后沉降期(幾個(gè)月、半年或一年以上)才能進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層鋪設(shè)。由于工后沉降期較長，這與橋梁建設(shè)的時(shí)效性、工程的經(jīng)濟(jì)性矛盾。在橋臺背或主橋與引橋軟連接或橋頭等過渡段，路面結(jié)構(gòu)層鋪設(shè)完成投入使用后，因填料荷載過大、雨水滲入，地基的承載力不夠等原因，容易產(chǎn)生不均勻沉降，造成跳車現(xiàn)象，被稱為橋頭跳車。橋梁70％的維修費(fèi)用是花費(fèi)在橋頭跳車的修補(bǔ)上。傳統(tǒng)的處理方法是提高地基的承載力，不但很難從根本上解決問題，還存在工期過長、經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)等問題。

研究發(fā)現(xiàn)，泡沫混凝土是可代替土進(jìn)行橋臺背填筑的新型輕質(zhì)混凝土材料。泡沫混凝土是用物理方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到由水泥基膠凝材料、集料、外加劑和水制成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、自然養(yǎng)護(hù)而成的一種多孔輕質(zhì)現(xiàn)澆混凝土。具有輕質(zhì)、環(huán)保、可現(xiàn)澆、成本低等獨(dú)特的性能特點(diǎn)。泡沫混凝土材料應(yīng)用于路橋橋臺背填充，是一項(xiàng)改變常規(guī)常規(guī)橋臺背填筑工藝方法的革新型技術(shù)。泡沫混凝土材料具有有密度小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大于常規(guī)回填土、填筑后形成一個(gè)整體、抗沖擊性能好、無側(cè)向壓力、對地基荷載小等優(yōu)勢。使用泡沫混凝土填筑后，橋臺背處于超固結(jié)狀態(tài)，由此減少沉降和不均勻沉降、徹底消除臺背路堤填料本身的工后沉降、避免橋頭跳車病害，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。采用泡沫混凝土填筑，可大幅減少工后臺背維修費(fèi)用，且通過優(yōu)化設(shè)計(jì)可減少橋梁樁基用量，綜合成本低，具有較高性價(jià)比的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。同時(shí)泡沫混凝土還可應(yīng)用于軟基路段公路路基、道路加寬擴(kuò)建、山區(qū)公路陡峭路段、跨線橋錐坡許放坡回填、地下隧道減荷、空洞填充等領(lǐng)域。因此，發(fā)明一種成本低、性能好的輕質(zhì)泡沫混凝土用于路橋填筑是一項(xiàng)重要而緊迫的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于路橋填筑的輕質(zhì)泡沫混凝土及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種用于路橋填筑的輕質(zhì)泡沫混凝土，包括以下原材料制成，包括地聚物水泥、泡沫、礦物摻合料、外加劑、改性植物秸稈纖維。

具體的，本發(fā)明泡沫混凝土以重量份數(shù)計(jì)，包括下述原料：

進(jìn)一步，所述的地聚物水泥是由下列步驟制備而成：將鋼渣預(yù)粉磨至粒度為100～150m²/kg，向其加入緩凝劑和礦化劑，再進(jìn)一步粉磨至粒度為310～560m²/kg，得到地聚物水泥產(chǎn)品。

更進(jìn)一步，所述的緩凝劑的重量為所述鋼渣重量的0.1～0.5％，所述礦化劑的重量為所述鋼渣重量的3.5～10.5％。所述的緩凝劑為磷石膏、檸檬酸石膏、脫硫石膏、氟石膏中的一種或幾種的組合。所述的礦化劑是由高嶺土、膨潤土、海泡石中的一種或幾種與堿性物質(zhì)在850～1100℃下自然煅燒25～95min形成的礦化混合物，其中，高嶺土、膨潤土、海泡石中的一種或幾種組合物與堿性物質(zhì)的重量比為0.2～4.5∶1。所述堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸氫鉀中的一種或幾種。

更進(jìn)一步，所述的礦物摻合料為高爐粒化礦渣粉、赤泥、粉煤灰中的一種或幾種組合。

更進(jìn)一步，所述高爐?；V渣粉為細(xì)度(0.045mm方孔篩篩余)應(yīng)小于20％，活性指數(shù)(28d)應(yīng)大于95％。所述赤泥為拜耳法電解氧化鋁所產(chǎn)生的尾泥，其含附液應(yīng)小于30％。所述粉煤灰為火電廠產(chǎn)生的一級和/或二級粉煤灰，其主要含有30～65wt％的sio2和14.6～41wt％的al2o3。優(yōu)選地，所述粉煤灰的燒失量為1～5wt％，更優(yōu)選為1～4wt％。

而在本發(fā)明中，對所述發(fā)泡劑沒有特別的限定，可以為本領(lǐng)域常規(guī)用于物理發(fā)泡的各種發(fā)泡劑。作為這樣的發(fā)泡劑可以舉出動物蛋白發(fā)泡劑、松香發(fā)泡劑、植物蛋白發(fā)泡劑和復(fù)合型發(fā)泡劑中的一種或多種。

作為優(yōu)選，為滿足施工要求，上述技術(shù)方案中還可以添加0-2.5份外加劑。外加劑與常規(guī)泡沫混凝土外加劑相同，如減水劑、防水劑、緩凝劑、促凝劑中的至少一種，外加劑具體添加的種類和添加量視施工要求進(jìn)行確定。

作為優(yōu)選，一種用于路橋填筑的輕質(zhì)泡沫混凝土，包括以下原材料制成。

具體的，本發(fā)明泡沫混凝土以重量份數(shù)計(jì)，包括下述原料：

進(jìn)一步優(yōu)選，添加外加劑的泡沫混凝土以重量份數(shù)計(jì)，包括下述原料：

上述技術(shù)方案中，所述泡沫為泡沫劑水溶液制備得到，泡沫密度為20kg/m³～50kg/m³。

進(jìn)一步優(yōu)選，上述技術(shù)方案中還可以添加0.5-2.5份改性植物秸稈纖維。所述改性植物秸稈纖維是由下列步驟制得：將植物秸稈粉碎至5-15mm，調(diào)整植物秸稈原料含水率25～％，ph為7～8，加入3％～5％碳酸鹽類(na2co3，nahco3等)助膨化劑，將物料混合均勻后放入到加熱膨化機(jī)中，進(jìn)料溫度控制在80～110℃，出料溫度為250～300℃，膨化改性15～25min后，分級過篩即得改性植物秸稈纖維。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是一種用于路橋填筑的輕質(zhì)泡沫混凝土，包括以下步驟：

1)將鋼渣預(yù)粉磨至粒度為100～150m²/kg，向其加入緩凝劑和礦化劑，再進(jìn)一步粉磨至粒度為310～560m²/kg，得到地聚物水泥產(chǎn)品。

2)將植物秸稈粉碎至5-15mm，調(diào)整植物秸稈原料含水率25～％，ph為7～8，加入3％～5％碳酸鹽類(na2co3，nahco3等)助膨化劑，將物料混合均勻后放入到加熱膨化機(jī)中，進(jìn)料溫度控制在80～110℃，出料溫度為250～300℃，膨化改性15～25min后，分級過篩即得改性植物秸稈纖維。

3)將地聚物水泥、礦物摻合料、外加劑、改性植物秸稈纖維混合攪拌均勻，然后加入適量的水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入發(fā)泡劑，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為5～10min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、由于地聚物水泥、礦物外加劑、泡沫和水形成的漿體中含有大量的微小氣泡，阻止了部分漿體向礦物摻合料中的孔隙滲透，從而使得礦物摻合料發(fā)揮出輕骨料的作用。

2、本發(fā)明技術(shù)方案中大量使用鋼渣制備地聚物水泥，節(jié)約了普通水泥的使用，也增加了泡沫混凝土的強(qiáng)度等性能。

3、改性植物秸稈纖維的使用，使得泡沫混凝土強(qiáng)度等級得到提高，提高了泡沫混凝土的工作性能。

4、大量鋼渣、粉煤灰、?；郀t礦渣的使用，減少了工業(yè)固廢對環(huán)境的污染。特別是生物秸稈的使用，減少了生物秸稈大面積無組織燃燒，改善了大氣環(huán)境，也提高了生物秸稈的綜合利用附加值。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容。

下述實(shí)施例中的原材料通過下述方法制備：

所述地聚物水泥的制備方法是：將鋼渣預(yù)粉磨至粒度為100～150m²/kg，向其加入緩凝劑和礦化劑，再進(jìn)一步粉磨至粒度為310～560m²/kg，得到地聚物水泥產(chǎn)品。所述的緩凝劑的重量為所述鋼渣重量的0.1～0.5％，所述礦化劑的重量為所述鋼渣重量的3.5～10.5％。所述的緩凝劑為磷石膏、檸檬酸石膏、脫硫石膏、氟石膏中的一種或幾種的組合。所述的礦化劑是由高嶺土、膨潤土、海泡石中的一種或幾種與堿性物質(zhì)在850～1100℃下自然煅燒25～95min形成的礦化混合物，其中，高嶺土、膨潤土、海泡石中的一種或幾種組合物與堿性物質(zhì)的重量比為0.2～4.5∶1。所述堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸氫鉀中的一種或幾種。

所述改性植物秸稈纖維的制備方法是：將植物秸稈粉碎至5-15mm，調(diào)整植物秸稈原料含水率25～％，ph為7～8，加入3％～5％碳酸鹽類(na2co3，nahco3等)助膨化劑，將物料混合均勻后放入到加熱膨化機(jī)中，選料溫度控制在80～110℃，出料溫度為250～300℃，膨化改性15～25min后，分級過篩即得改性植物秸稈纖維。

所述高爐?；V渣粉為細(xì)度(0.045mm方孔篩篩余)應(yīng)小于20％，活性指數(shù)(28d)應(yīng)大于95％。

所述赤泥為拜耳法電解氧化鋁所產(chǎn)生的尾泥，其含附液應(yīng)小于30％。

所述粉煤灰為火電廠產(chǎn)生的一級和/或二級粉煤灰，其主要含有30～65wt％的sio2和14.6～41wt％的al2o3。優(yōu)選地，所述粉煤灰的燒失量為1～5wt％，更優(yōu)選為1～4wt％。

所述物理泡沫為泡沫劑水溶液制備得到，泡沫密度為20kg/m³～50kg/m³。

所述外加劑與常規(guī)泡沫混凝土外加劑相同，如減水劑、防水劑、緩凝劑、促凝劑中的至少一種，外加劑具體添加的種類和添加量視施工要求進(jìn)行確定。

下面是生產(chǎn)用于路橋填筑的輕質(zhì)泡沫混凝土的實(shí)施例，通過實(shí)施例可以了解不同原材料配比所配制的輕質(zhì)泡沫混凝土的性能。

實(shí)施例一

將地聚物水泥58份、粉煤灰42份混合攪拌均勻，然后加入23份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫5份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為10min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為1046kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為9.2mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.19w/(m·k)。

實(shí)施例二

將地聚物水泥64份、高爐?；V渣粉36份混合攪拌均勻，然后加入32份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫4份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為5min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為871kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為6.7mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.16w/(m·k)。

實(shí)施例三

將地聚物水泥75份、粉煤灰22.5份、減水劑2.5份混合攪拌均勻，然后加入23份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫3份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為5min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為784kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為4.8mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.17w/(m·k)。

實(shí)施例四

將地聚物水泥90份、高爐粒化礦渣粉5份、赤泥5份、減水劑0.5份混合攪拌均勻，然后加入28份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫3份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為5min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為815kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為4.9mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.18w/(m·k)。

實(shí)施例五

將地聚物水泥75份、高爐?；V渣粉15份、減水劑1.5份混合攪拌均勻，然后加入23份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫3.2份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為10min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為676kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為3.7mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.18w/(m·k)。

實(shí)施例六

將地聚物水泥90份、粉煤灰6份、赤泥5份、緩凝劑1.2份混合攪拌均勻，然后加入25份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫3.5份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為8min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為587kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為3.4mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.21w/(m·k)。

實(shí)施例七

將地聚物水泥75份、高爐?；V渣粉10份、赤泥5份、改性植物秸稈纖維0.5份、緩凝劑1.0份混合攪拌均勻，然后加入23份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫3份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為10min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為478kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為1.9mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.11w/(m·k)。

實(shí)施例八

將地聚物水泥82份、高爐?；V渣粉10份、粉煤灰2份、改性植物秸稈纖維2.0份、促凝劑1.2份混合攪拌均勻，然后加入24份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫3.2份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為6min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為512kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為2.1mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.11w/(m·k)。

實(shí)施例九

將地聚物水泥90份、高爐粒化礦渣粉10份、改性植物秸稈纖維2.5份、減水劑1.5份混合攪拌均勻，然后加入25份水，攪拌成均勻穩(wěn)定的料漿；再向料漿中繼續(xù)加入物理泡沫3.5份，攪拌均勻，攪拌時(shí)間為10min；攪拌均勻后進(jìn)行填筑施工作業(yè)。

本實(shí)施例所得泡沫混凝土干密度為382kg/m³，28天抗壓強(qiáng)度為1.2mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.09w/(m·k)。

由上述實(shí)施例數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所制備的泡沫混凝土質(zhì)量輕，強(qiáng)度比普通回填材料高，施工時(shí)是流動的可塑性體，便于施工。更為重要的是，本發(fā)明所制備的路橋填筑用泡沫混凝土由于大量使用了鋼渣、礦渣、粉煤灰等工業(yè)固廢，成本低，植物秸稈纖維的加入，強(qiáng)度更高。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)，所做的任何等同替代、修改和變化，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。