大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料、制备方法及应用与流程

1.本发明属于道路施工技术领域，特别涉及大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料、制备方法及应用。


背景技术：

2.随着汽车智能化、网联化、电动化的高速发展，为确保智能网联汽车上路之前的安全性及可靠性，建设大型智能网联汽车测试场势在必行。智能网联汽车测试场路面平整度要求相当高，有的类似f1赛道，因此，在建设过程中，对道路路基结构设计、施工技术要求非常严格。为了减轻路基荷载，避免路基下沉而影响路面质量，在路基结构设计中，往往要采用大量泡沫轻质土作路基的填充材料。通常一座大型智能网联汽车测试场，如果道路在软土地基上建设，需要填充60多万方泡沫轻质土，有的甚至更多，这无疑是一个超大体积的泡沫轻质土结构。
3.泡沫轻质土主要是通过物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，按照一定比例与水泥浆体均匀混合，再通过泵送至施工现场进行浇注，经自然养护后形成的一种含有大量封闭微小气孔的轻质材料。这种多孔水泥基材料用途很广泛，如果用作屋面保温板、隔墙板等功能性材料，通常称之为“泡沫混凝土”；如果用作道路路基处理、管线回填等工程的填充材料，通常称之为“泡沫轻质土”。
4.在大型赛道软土地基工程应用中，除对泡沫轻质土的容重、抗压强度等技术指标有要求外，还要求具有内部水化热低、后期强度高、耐久性好，同时满足经济性好，长距离管道输送，方便快速施工。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料、制备方法及应用，用以解决软土地基大面积泡沫混凝土的材料配比、制备和现场应用等技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料，包括以下重量份的原料制成：水泥：30~40份，矿粉：30~40份，粉煤灰：30~50份，即混型复合增强发泡剂0.1~0.5份，泡沫增韧剂0~0.03份，水60~70份；即混型复合增强发泡剂为醚醇类复合发泡剂，包括：醚醇类表面活性剂2~20%，氨基酸表面活性剂1~8%，增强剂0.1~1%，稳定剂0.01~1%，水70~93.89%。
7.进一步的，包括重量份原料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，即混型复合增强发泡剂0.32份，泡沫增韧剂0.01份，水60份。
8.进一步的，所述水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为f类ii级，矿粉为粒化高炉矿渣粉磨制成的s95级矿粉。
9.进一步的，所述泡沫增韧剂为多元醇胺，分析纯级。
10.进一步的，大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、按照以下重量比称取材料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，将这些干粉料称重后加入高效涡流式搅拌机（无轴搅拌机）混合均匀，再加水60份，通过涡流作用，快速搅拌成均匀浆体，整个过程1min内完成；步骤二、将制成的浆体通过泵送管道送入工地车载移动式智能控制系统的前端料斗中；步骤三、将0.32份即混型复合增强发泡剂用100倍的水进行稀释，再滴加0.01份泡沫增韧剂；在智能控制中心通过触摸屏设置泡沫密度50kg/m3，直接将稀释后的泡沫剂吹入泡浆混合器中进行搅拌；步骤四、再在智能控制中心的触摸屏上设置泡沫轻质土密度600kg/m3，系统自动调节料斗中料浆下料速度，即可制得湿密度为600
±
30kg/m3泡沫轻质土；步骤五、将制成的泡沫轻质土再通过泵送至现场浇注，由此完成泡沫轻质土材料的制备。
11.进一步的，对于步骤三中，泡浆混合器为卧式物理混料器，中轴上焊有分流导向叶片，因浆体流动性好，在设计压力下，浆体与泡沫快速通过混合器，完成浆与泡混合。
12.进一步的，对于步骤五的泵送，车载移动式智能控制系统至现场浇注距离不大于100m，近距离泵送，保证泡沫不破灭，湿密度发生小幅度变化或不发生变化；如果因道路施工，车载移动式智能控制系统至现场浇注距离大于100m，则在制备泡沫时加入泡沫增韧剂。
13.进一步的，大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料的应用，具体步骤如下：步骤一、根据赛道设计图纸，建立3d模型并进行细化，采用垂向分层、水平向分幅，将赛道分为正方形或长方形的浇筑单元，单个浇筑单元面积最大不应超过400m2,以200m2～30o m2为宜；浇筑高度控制在0.5m。浇筑单元依次标号并标注中心点和四角点；相邻浇筑单元间留有2~5mm的伸缩缝，上下层的伸缩缝应错开设置。
14.浇筑单元边线适应施工缝设计；步骤二、在赛道一侧或两侧设置车载移动式智能控制系统临时站点，测算站点至浇筑单元最远点的距离，其中距离为100m时为分界点；距离大于100m时，则在制备泡沫时加入泡沫增韧剂。
15.步骤三、输送管道的铺设。从车载移动式智能控制系统临时站点至浇注现场采用管道输送，管道与输送泵相连，输送泵设有压力计、流量计和流量控制阀门，且通过远程控制端进行控制。
16.步骤四、在现场平整的地方建立水泥、矿粉、粉煤灰和水的料仓，并配备精准计量的浆体搅拌机。混合均匀的料浆通过泵送至车载移动式智能控制系统前端料斗中；料斗中央配备一台转速较慢的行星式搅拌机，转速10~30r/min，防止料浆在料斗中沉降、分层。
17.步骤五、车载移动式智能控制系统内设置有发泡剂储存室，使用发泡剂时先其原液稀释100倍，再在智能控制系统通过触摸屏设置泡沫密度50kg/m3，直接将稀释后的泡沫剂通过空气压缩泵吹入对应的料浆量中，进入泡浆混合器中进行混合，由此可制得满足设计要求的泡沫轻质土。
18.步骤六、在浇筑时，车载移动式智能控制系统移动至临时站点，泵送合格的泡沫轻质土自浇筑单元中心向四周浇筑，且采用跳仓法施工;赛道的地基通过搅拌桩、phc管桩和灌注桩单一或联合进行处理，各桩型顶部均设置有级配碎石，级配碎石上再铺设一层钢丝
网并与上部的泡沫轻质土层连接一体，直至整个赛道浇筑泡沫轻质土层完毕。
19.进一步的，所述车载移动式智能控制系统包含控制室、车载式前料斗、发泡剂储存室和泡浆混合器，以上均通过汽车或卡车进行承载；车载式前料斗、发泡剂储存室和泡浆混合器均通过控制室的控制面板进行过程控制，其中发泡剂储存室中还包含有空气压缩机，通过控制空气压缩机的风速和压力保证发泡剂中发泡的大小和数量。
20.进一步的，浇筑单元分层高度为0.5m左右，每层浇筑完成后，该层泡沫轻质土浇注养护8h后，可进行第二层浇注；浇筑单元四周设置有浇筑模板；每相邻两个浇筑单元应留有2~5mm的伸缩缝。单个浇注区浇注层的浇注施工时间不超过水泥浆的初凝时间；上下相邻两层浇注层的浇注间隔时间宜大于8小时。浇注方向宜自浇筑区长轴中间位置附近向两端浇筑；出料口在浇注过程中，不宜悬空。
21.本发明的有益效果体现在：1）本发明水泥的用量少，内部水化热低，避免因水化温升而导致泡沫轻质土表面开裂；少水泥用量降低了泡沫轻质土的收缩率，增加了体积稳定性，有利于耐久性提高；另外，水泥的用量少成本低，有极高的经济性；相较于常规相同湿密度的泡沫轻质土，水泥用量一般在50份甚至更高，而该发明中所用水泥用量仅为30份，节省水泥用量约20%以上；2）本发明大量使用矿粉和粉煤灰，不仅有利于提高泡沫轻质土的体积稳定性，而且有利于泡沫轻质土后期强度的提高；由于泡沫轻质土属于多孔材料，具有良好的保温性，水泥的水化热会进一步加速矿粉和粉煤灰的二次水化速度，有利于后期强度的提高，上述材料组成后期强度可达2.5mpa以上，远远高于1.0mpa的设计强度；3）本发明的新型泡沫轻质土适应于大体积、大面积的快速施工，对于大型的路基填充材料，通过前期建模细化，且采用分层分区的施工方案，可便于多点同时施工和有序浇筑，加快施工进度；4）采用车载移动式制备泡沫轻质土，非常适合应用在大型赛道软土地基工程中，和现场施工场地狭小和多点移动的浇筑方式；将水泥、矿粉、粉煤灰等原料的料仓固定在方便运输的地方，制成浆体后，长距离管道输送至车载移动式智能控制系统的前端料斗中；控制中心的智能发泡机直接将泡沫吹入泡浆混合器中，混合均匀后，再经过短距离泵送至现场浇注，避免因长距离输送泡沫的破损，从而保证了泡沫轻质土浇注质量的稳定。
22.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所指出的方案来实现和获得。
附图说明
23.图1是泡沫轻质土材料制备流程示意图。
具体实施方式
24.以某智能网联汽车测试场项目为例，该项目位于河畔，由于赛道选址天然河畔，位于长江一级阶地，属河流堆积平原地貌单元，场区距长江左岸约2km、最近点约50m；场区分布大量纵横沟渠及塘，长度约8453.7m，占主赛道及辅道的64.3%。地勘勘测淤泥土层最厚为22.5m，填挖最大高差6.792m。场地内含新旧两层河床层，其承载力低、压缩性高、加载易产
生过度沉降和不均匀沉降。
25.赛道的地基通过搅拌桩、phc管桩和级配碎石混凝土单一或联合进行处理，各桩型顶部均设置有桩帽，桩帽与上部的泡沫轻质土层连接一体。
26.一种大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料，由包括以下重量份的原料制成：水泥：30~40份，矿粉：30~40份，粉煤灰：30~50份，即混型复合增强发泡剂0.1~0.5份，泡沫增韧剂0~0.03份，水60~70份。
27.实施例一更为优选的技术方案为，包括重量份原料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，即混型复合增强发泡剂0.32份，泡沫增韧剂0.01份，水60份。适合于大于100m长距离泵送。
28.具体的，所述水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为f类 ii级，矿粉为粒化高炉矿渣粉磨制成的s95级矿粉。
29.具体的，所述即混型复合增强发泡剂是一种醚醇类复合发泡剂，包括：醚醇类表面活性剂2~20%，氨基酸表面活性剂1~8%，增强剂0.1~1%，稳定剂0.01~1%，水70~93.89%。
30.具体的，所述泡沫增韧剂为多元醇胺，分析纯级。
31.实施例一结合图1的工艺流程，按照以下重量比称取材料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，将这些干粉料加入高效涡流式搅拌机（无轴搅拌机）混合均匀，再加水60份，通过涡流作用，快速搅拌成均匀浆体；整个过程1min内完成。
32.将制成的浆体通过泵送管道送入工地车载移动式智能控制系统的前端料斗中。
33.将0.32份即混型复合增强发泡剂用100倍的水进行稀释，再滴加0.01份泡沫增韧剂；在控制中心通过触摸屏设置泡沫密度50kg/m3，直接将稀释后的泡沫剂吹入泡浆混合器中进行搅拌。
34.再在控制中心的触摸屏上设置泡沫轻质土密度600kg/m3，系统自动调节料斗中料浆下料速度，即可制得湿密度为600
±
30kg/m3泡沫轻质土。
35.将制成的泡沫轻质土再通过泵送至现场浇注。
36.泡浆混合器为卧式物理混料器，严禁使用带叶片的搅拌机，否则，轻质土中泡沫很容易搅破，严重影响发泡性能。
37.因工地条件限制，车载移动式智能发泡机至现场浇注距离大于100m，则必须加入泡沫增韧剂，避免远距离泵送，导致泡沫破灭，湿密度发生大幅度变化。
38.实施例二技术方案为，包括重量份原料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，即混型复合增强发泡剂0.32份，水60份。适合于小于100m短距离泵送。
39.具体的，水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为f类 ii级，矿粉为粒化高炉矿渣粉磨制成的s95级矿粉。
40.具体的，即混型复合增强发泡剂是一种醚醇类复合发泡剂，包括：醚醇类表面活性剂2~20%，氨基酸表面活性剂1~8%，增强剂0.1~1%，稳定剂0.01~1%，水70~93.89%。
41.结合图1的工艺流程，应用于大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料的制备方法，该方法包括以下步骤：按照以下重量比称取材料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，将这些干粉料加
入高效涡流式搅拌机（无轴搅拌机）混合均匀，再加水60份，通过涡流作用，快速搅拌成均匀浆体；整个过程1min内完成。
42.将制成的浆体通过泵送管道送入工地车载移动式智能控制系统的前端料斗中。
43.将0.32份即混型复合增强发泡剂用100倍的水进行稀释；在控制中心通过触摸屏设置泡沫密度50kg/m3，直接将稀释后的泡沫剂吹入泡浆混合器中进行搅拌。
44.再在控制中心的触摸屏上设置泡沫轻质土密度600kg/m3，系统自动调节料斗中料浆下料速度，即可制得湿密度为600
±
30kg/m3泡沫轻质土。
45.将制成的泡沫轻质土再通过泵送至现场浇注。
46.泡浆混合器为卧式物理混料器，严禁使用带叶片的搅拌机，否则，轻质土中泡沫很容易搅破，严重影响发泡性能。
47.上述实施方案，适合车载移动式智能控制系统至现场浇注距离小于100m，近距离输送。
48.实施例三一种应用于大型赛道软土地基的新型泡沫轻质土材料，包括重量份原料：水泥：40份，矿粉：30份，粉煤灰：30份，即混型复合增强发泡剂0.32份，水60份。
49.具体的，所述水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为f类 ii级，矿粉为粒化高炉矿渣粉磨制成的s95级矿粉。
50.具体的，所述即混型复合增强发泡剂是一种醚醇类复合发泡剂，包括：醚醇类表面活性剂2~20%，氨基酸表面活性剂1~8%，增强剂0.1~1%，稳定剂0.01~1%，水70~93.89%。
51.结合图1的工艺流程，应用于大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料的制备方法，包括以下步骤：按照以下重量比称取材料：水泥：40份，矿粉：30份，粉煤灰：30份，将这些干粉料加入高效涡流式搅拌机（无轴搅拌机）混合均匀，再加水60份，通过涡流作用，快速搅拌成均匀浆体；整个过程1min内完成。
52.将制成的浆体通过泵送管道送入工地车载移动式智能控制系统的前端料斗中。
53.将0.32份即混型复合增强发泡剂用100倍的水进行稀释；在控制中心通过触摸屏设置泡沫密度50kg/m3，直接将稀释后的泡沫剂吹入泡浆混合器中进行搅拌。
54.再在控制中心的触摸屏上设置泡沫轻质土密度600kg/m3，系统自动调节料斗中料浆下料速度，即可制得湿密度为600
±
30kg/m3泡沫轻质土。
55.将制成的泡沫轻质土再通过泵送至现场浇注。
56.泡浆混合器为卧式物理混料器，严禁使用带叶片的搅拌机，否则，轻质土中泡沫很容易搅破，严重影响发泡性能。
57.上述实施方案，适合车载移动式智能控制系统至现场浇注距离小于100m，近距离输送。水泥用量大，既不经济、泡沫轻质土内部水化热还高，容易导致泡沫轻质土开裂，但硬化速度快，抗压强度较高。
58.实施例四一种应用于大型赛道软土地基的新型泡沫轻质土材料，包括重量份原料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，即混型复合增强发泡剂0.32份，泡沫增韧剂0.01份，水70份。
59.具体的，所述水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为f类 ii级，矿粉为粒化高炉矿渣粉磨
制成的s95级矿粉。
60.具体的，所述即混型复合增强发泡剂是一种醚醇类复合发泡剂，包括：醚醇类表面活性剂2~20%，氨基酸表面活性剂1~8%，增强剂0.1~1%，稳定剂0.01~1%，水70~93.89%。
61.具体的，所述泡沫增韧剂为多元醇胺，分析纯级。
62.结合图1的工艺流程，应用于大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：按照以下重量比称取材料：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，将这些干粉料加入高效涡流式搅拌机（无轴搅拌机）混合均匀，再加水70份，通过涡流作用，快速搅拌成均匀浆体；整个过程1min内完成。
63.将制成的浆体通过泵送管道送入工地车载移动式智能控制系统的前端料斗中。
64.将0.32份即混型复合增强发泡剂用100倍的水进行稀释；再滴加0.01份泡沫增韧剂；在控制中心通过触摸屏设置泡沫密度50kg/m3，直接将稀释后的泡沫剂吹入泡浆混合器中进行搅拌。
65.再在控制中心的触摸屏上设置泡沫轻质土密度600kg/m3，系统自动调节料斗中料浆下料速度，即可制得湿密度为600
±
30kg/m3泡沫轻质土。
66.将制成的泡沫轻质土再通过泵送至现场浇注。
67.泡浆混合器为卧式物理混料器，严禁使用带叶片的搅拌机，否则，轻质土中泡沫很容易搅破，严重影响发泡性能。
68.上述实施方案，泡沫轻质土流值较大，适用于车载移动式智能发泡机至现场浇注距离大于100m，但有少量泡沫轻质土局部塌陷。
69.上述四种实例方案，泡沫轻质土的有关性能如下表所示。泡沫轻质土的物理性能：流值、湿密度、抗压强度等性能试验方法参照cecs249-2008《现浇泡沫轻质土技术规程》。
70.表1四种实施方案的泡沫轻质土性能比较通过比较上述四种方案，一种应用于大型赛道软土地基的新型泡沫轻质土材料，其最佳材料组成及重量份为：水泥：30份，矿粉：30份，粉煤灰：40份，即混型复合增强发泡剂0.32份，泡沫增韧剂0.01份，水60份。
71.施工现场使用时，大型赛道软土地基填充泡沫轻质土材料的应用，具体步骤如下：步骤一、根据赛道设计图纸，建立3d模型并进行细化，采用垂向分层、水平向分幅，将赛道分为正方形或长方形的浇筑单元，单个浇筑单元面积最大不应超过400m2,以200m2～
30o m2为宜；浇筑高度控制在0.5m。浇筑单元依次标号并标注中心点和四角点；相邻浇筑单元间留有2~5mm的伸缩缝，上下层的伸缩缝应错开设置。浇筑单元边线适应施工缝设计；步骤二、在赛道一侧或两侧设置车载移动式智能控制系统临时站点，测算站点至浇筑单元最远点的距离，其中距离为100m时为分界点；距离大于100m时，则在制备泡沫时加入泡沫增韧剂。
72.其中，浇筑单元分层高度为0.5m左右，平面区域，面积不超过400m2；每层浇筑完成后，该层泡沫轻质土浇注养护8h后，可进行第二层浇注；浇筑单元四周设置有浇筑模板；每相邻两个浇筑单元应留有2~5mm的伸缩缝。单个浇注区浇注层的浇注施工时间不超过水泥浆的初凝时间；上下相邻两层浇注层的浇注间隔时间宜大于8小时。浇注方向宜自浇筑区长轴中间位置附近向两端浇筑；出料口在浇注过程中，不宜悬空。浇筑模板通过混凝土板或薄钢板制作并在浇筑侧设置有粗糙面；混凝土板或薄钢板固定内在泡沫轻质土内作为加劲肋板。
73.步骤三、输送管道的铺设。从车载移动式智能控制系统临时站点至浇注现场采用管道输送，管道与输送泵相连，输送泵设有压力计、流量计和流量控制阀门，且通过远程控制端进行控制。
74.步骤四、在现场平整的地方建立水泥、矿粉、粉煤灰和水的料仓，并配备精准计量的浆体搅拌机。混合均匀的料浆通过泵送至车载移动式智能控制系统前端料斗中；料斗中央配备一台转速较慢的行星式搅拌机，转速10~30r/min，防止料浆在料斗中沉降、分层。
75.步骤五、车载移动式智能控制系统内设置有发泡剂储存室，使用发泡剂时先其原液稀释100倍，再在智能控制系统通过触摸屏设置泡沫密度50kg/m3，直接将稀释后的泡沫剂通过空气压缩泵吹入对应的料浆量中，进入泡浆混合器中进行混合，由此可制得满足设计要求的泡沫轻质土。
76.其中，车载移动式智能控制系统包含控制室、车载式前料斗、发泡剂储存室和泡浆混合器，以上均通过汽车或卡车进行承载；车载式前料斗、发泡剂储存室和泡浆混合器均通过控制室的控制面板进行过程控制，其中发泡剂储存室中还包含有空气压缩机，通过控制空气压缩机的风速和压力保证发泡剂中发泡的大小和数量。
77.步骤六、在浇筑时，车载移动式智能控制系统移动至临时站点，泵送合格的泡沫轻质土自浇筑单元中心向四周浇筑，且采用跳仓法施工;赛道的地基通过搅拌桩、phc管桩和灌注桩单一或联合进行处理，各桩型顶部均设置有级配碎石，级配碎石上铺设有钢筋网片并与上部的泡沫轻质土层连接一体，而后直至整个赛道浇筑泡沫轻质土层完毕。
78.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，并不是对本技术配比参数、工艺流程的限制，与之相关的材料组成、制备方法都应在本技术的权利保护范围内。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所述的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。