1 泡沫混凝土概述

泡沫混凝土是一种用物理方法将泡沫剂(或称发泡剂)制备成泡沫,将泡沫加入水泥、骨料、掺合料和水制成混合料浆,经混和搅拌、浇筑成型、养护而成的轻质微孔混凝土,其具有不受场地限制、施工速度快、质量轻、使用寿命长、节能环保等特点。

近年来,泡沫混凝土屋面作为找坡、找平、隔热层被广泛应用于建筑工程、道路路基加固工程,但在福州地铁设计与应用中尚属首次。以福州地铁2号线竹岐停车场AB区屋面保温兼找平层施工实践为例,对超大面积和露天环境条件下泡沫混凝土施工、质量控制和试验检测进行研究。

福州地铁2号线竹岐停车场AB区位于闽侯县竹岐乡苏洋村内,AB区建筑总面积为42 288m²,AB区屋面盖板总面积48 258m²。设计选用泡沫混凝土作为屋面保温兼找坡层,最薄处厚度为160mm,设计结构找坡为1%,建筑找坡为1%。泡沫混凝土设计指标:最薄处厚度为160mm;干密度籽为630kg/m²;导热系数姿为0.13W/(m·K);蓄热系数S为2.85W/(m²·K);热阻R为0.985(m²·K)/W;平均热传系数为0.759W/(m²·K);平均热惰性指标为6.077。

水泥采用P·O.42.5普通硅酸盐水泥,发泡剂采用建工建材JK-FA1,检测标准符合CJJ/T 177—2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》。泡沫混凝土配合比设计指标:P·O.42.5普通硅酸盐水泥460kg/m³;水250kg/m³;水灰比为0.54;发泡剂9.2kg/m³;泡沫稀释比为1∶20。

由于泡沫混凝土需要先行调制发泡剂,周边商混站不生产,因此采用现场设置搅拌站,主要采用的设备如表1所示。

1)水泥浆拌制本项目采用散装42.5级普通硅酸盐水泥,产品符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》规定,根据设计水灰比,搅拌站静浆搅拌机内倒入水泥搅拌60s后加入自来水充分搅拌。

2)发泡剂调制发泡液由独立发泡稀释钢箱制备成半成品,即钢箱内储存自来水,根据泡沫稀释比,人工加入JK-FA1发泡液通过水泵管道集中至搅拌站,水泥静浆通过独立管道集中至搅拌站,空压机将发泡液和水泥静浆同时打入输送管道混合。

3)材料运输散装水泥由散装罐车输入水泥存储输送罐;发泡液采用塑料桶装成品,由货车运送到现场指定地点存储;水泥静浆和发泡剂形成的泡沫混凝土通过压力软管输送至浇筑地点。

1)组织入场人员进行安全培训和考核。

2)组织进行技术交底,使工人了解工程设计和质量要求,掌握施工过程控制要点和注意事项。

3)对进场设备进行验收,合格后方可投入使用,严禁带病作业。

4)设置并检查施工通道是否畅通。

5)对泡沫混凝土基层进行清理,确保基层细石混凝土无起砂、掉皮、铁线等杂物。

目前,建筑工程泡沫混凝土施工工艺有2种:一种为水泥静浆拌和与发泡同时进行的混合搅拌法;另一种为先制备泡沫,再将泡沫与静浆混合的预制泡沫混合法。福州地铁2号线竹岐停车场上盖屋面施工采用预制泡沫混合法,其施工工艺流程为:施工准备(机械准备、材料准备、配合比设计)→基层处理→测量标高→做灰饼、标筋→发泡剂稀释、水泥静浆制备→搅拌站混合空压机泵送→现浇或制品→摊铺、刮平→成品养护。

1)施工顺序施工顺序需根据室内装修进展,从影响较小的一端向另一端顺序施工;也可根据实际情况采取跳仓法施工。福州地铁2号线竹岐停车场上盖屋面,施工顺序避开了专业之间交叉作业,对装修影响较小。

2)人员安排泡沫混凝土施工常规配置工种包括搅拌站操作工、混凝土工、普工及管理人员,根据施工面积和浇筑数量的大小,面积小于3 000m²,混凝土方量小于400m³,可按常规6～8人配置,较大面积配置需12人以上,具体配置如表2所示。

3)产能本工程搅拌站生产与输送理论能力为60m³/h,考虑材料、天气等不利因素影响,正常发挥产能系数为0.8～0.9,产能为50m³/h。

1)基层处理检查屋面基层,清理表面杂物、尖锐凸起物,对表面局部不平整处采用水泥砂浆修补处理。屋面排水管道根管及预埋已固定并验收。

2)测量标筋屋面根据面积大小,划分5m×5m网格,在交点钻孔使用钢筋设置测量及找坡定位标志,并根据设计找坡标高进行标识。

3)浇筑找平根据划分网格,逐片分层浇筑,厚度大于200mm应分2层,每层间隔时间控制在1.0～1.5h(水泥初凝前),混凝土基本稳定不再下沉;根据标筋标高拉设找平线,使用3～5m铝合金尺对混凝土表面刮平,局部塌陷需补充混凝土再次刮平处理。浇筑过程和完成效果如图1,2所示。

4)养护泡沫混凝土由于水泥干缩性较大的特性,采用湿润的养护土工布覆盖,最低养护时间达到7d,养护结束后应准备立即浇筑下层结构。

1)泡沫混凝土使用的水泥、发泡剂和设备应具有出厂合格证、设备检验合格证等质量证明文件。

2)混凝土质量应符合GB 50345—2012《屋面工程技术规范》、GB 50207—2012《屋面工程质量验收规范》、GB 50411—2007《建筑节能工程施工质量验收规范》及GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》。

3)混凝土浇筑过程注意分层厚度控制不宜超过设计最薄处的厚度要求,分层衔接时间控制不宜超过水泥的初凝时间。

4)浇筑过程应严格按分块标高拉线控制,遇到塌陷部位及时补充混凝土,确保找坡坡度和混凝土表面平整度。

5)浇筑完成的泡沫混凝土,养护期间24h内不宜上人,施工温度较低时,时间可延长。

1)做好机械设备保养检查,防止机械带病作业造成人员伤亡。

2)人员进场做好班前班后教育。

3)搅拌站添加原材料和发泡剂、现场浇筑等,施工过程施工人员穿戴好口罩、安全帽、护目镜等个人防护用品。

4)大风、雨天等特殊和恶劣天气暂停施工。

5)现场产生的废料和建筑垃圾及时堆放到指定地点,做好标识,定期外运处理。

6)有刺激性气味、防火要求的材料设置独立封闭的存储点,减少环境污染并配备足够数量的消防设备。

本项目的成功应用为地铁工程泡沫混凝土实施提供了参考。今后在同类工程施工泡沫混凝土时,应从优化设计配合比着手,适当添加粉煤灰、缓凝剂和抗裂纤维等外加剂,在设计阶段应提早介入泡沫混凝土构成材料,在施工应用阶段严格按方案划分网格分仓浇筑,为泡沫混凝土在项目质量、进度和成本方面创造有利条件。