劉紀(jì)偉，李晶晶，周明凱

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017；2.武漢理工大學(xué) 硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070）

0 前 言

對于聚合物改性混凝土作為新型路面、橋面攤鋪材料，國內(nèi)外多數(shù)學(xué)者對其改性機理、配合比、力學(xué)性能、耐久性等進(jìn)行了廣泛研究[1-2]，而在實際施工中，對其攤鋪工藝研究相對較少。目前對于路面、橋面的攤鋪，基本分為水泥混凝土和瀝青混凝土攤鋪工藝。對于聚合物改性混凝土，若采用普通水泥混凝土攤鋪工藝，前期要進(jìn)行模板處理，后期要進(jìn)行抹光、刻槽等工序[3]；若采用瀝青混合料攤鋪工藝[4]，后期要進(jìn)行碾壓等工序，且在碾壓時壓路機一般開動強夯，會對橋梁產(chǎn)生隱性破壞，影響其使用壽命。而聚合物乳液成本相對較高，若采用這2種攤鋪工藝，不僅工藝復(fù)雜，而且勢必會進(jìn)一步增加鋪裝造價。此外，聚合物改性混凝土粘聚性較大，新拌試樣的性能對工作性變化較為敏感，而在實際施工中由于條件限制，可能不能及時對其工作性進(jìn)行測試。因此，有必要依托實際工程對其工作性評價及攤鋪成型工藝進(jìn)行研究，為后續(xù)相關(guān)理論研究及工程應(yīng)用提供參考。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：華新水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5 水泥，安定性合格，主要物理力學(xué)性能見表1，主要化學(xué)成分見表2；集料：巖性均為輝綠巖，1#、2#、3#集料粒徑分別為0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm，按m（1#集料）∶m（2#集料）∶m（3#集料）=4∶1∶5 復(fù)配，級配曲線見圖1；聚酯纖維：主要技術(shù)性能見表3；減水劑：FDN-1 萘系減水劑，固含量30%；聚合物乳液：Styrofan D623丁苯乳液，固含量51%，pH 值7.8～10。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

表2 水泥的主要化學(xué)成分 %

圖1 集料的級配曲線

表3 聚酯纖維的主要技術(shù)性能

1.2 試驗配合比

固定水泥用量為330 kg/m3，減水劑用量為水泥質(zhì)量的2.7%，乳液用量為90 kg/m3，集料用量為2100 kg/m3，聚酯纖維體積摻量為0.12%，水灰比分別為0.29、0.35、0.47，研究聚合物改性混凝土的工作性和成型工藝。

1.3 試驗方法

養(yǎng)護(hù)方式：參照J(rèn)TG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》，成型后利用薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)7 d，養(yǎng)護(hù)溫度（20±2）℃，然后再干養(yǎng)至28 d，養(yǎng)護(hù)相對濕度（60±10）%，溫度控制為（20±2）℃。拌合物工作性、力學(xué)性能：按JTG E30—2005 進(jìn)行測試。路面使用性能：按照J(rèn)TG E60—2008《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》對構(gòu)造深度、抗滑值、平整度等指標(biāo)進(jìn)行測試。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 新拌混凝土工作性評價方法探究

對不同水灰比下3種新拌聚合物改性混凝土的工作性，從出攪拌鍋后粘聚性、反光性、實測工作性3 個方面進(jìn)行了探究，結(jié)果見圖2 及表4。

圖2 不同水灰比下新拌試樣的工作狀態(tài)

表4 新拌混凝土工作性評價

從圖2 和表4 可以看出：不同狀態(tài)下的新拌試樣，其儀器測試、反光性及出攪拌鍋后團聚性并不相同，在實際試驗及施工中，可從以上3 方面對新拌試樣的工作性進(jìn)行綜合快速評價、相互驗證，以便更好地服務(wù)實際施工。

2.2 不同工作性下新拌混凝土成型方式探究

為模擬現(xiàn)場施工成型工藝，在室內(nèi)擬定2種成型方式：①上壓下振（試件上全面積配重300 kg/m2，然后在振動臺上振動成型）；②結(jié)合碾壓混凝土的成型方式，采用振動壓實儀成型。對不同工作狀態(tài)下混凝土的力學(xué)性能、路用性能（抗滑性能）進(jìn)行對比研究。

2.2.1 對力學(xué)性能的影響

對于水灰比為0.29 的混凝土，由于為超干硬性混凝土，采用①、②兩種成型方式；對于水灰比為0.35、0.47 的混凝土，分別為干硬性和塑性混凝土，采用成型方式①，測試結(jié)果如表5所示。

表5 成型方式對混凝土力學(xué)性能的影響

由表5 可見：水灰比為0.29 時，采用成型方式②的試件力學(xué)性能及密實性明顯好于采用成型方式①的，7 d、28 d 抗折強度分別提高了36.3%、40.3%，抗壓強度分別提高了35.4%、36.1%，這主要是由于成型方式①成型功率（功率為1.0 kW）明顯低于成型方式②的成型功率（功率為4.0 kW），導(dǎo)致成型方式②試樣的密實性技力學(xué)性能明顯得到改善；水灰比為0.29、采用成型方式②制備的試樣與水灰比為0.35、采用成型方式①制備的試樣密實性及力學(xué)性能相差并不是很大，而工作性卻有明顯差別；此外，對于0.29、0.35、0.47 三種水灰比試樣均采用方式①成型時，力學(xué)強度隨水灰比的增大呈先提高后降低的趨勢?？梢?，對于聚合物改性混凝土來說，其密實性及力學(xué)性能除受水灰比影響外，也會受到成型工藝的影響。

2.2.2 對抗滑性能的影響

成型不同水灰比的車轍板試件，并對其表面性能進(jìn)行測試，結(jié)果見圖3 及表6。

圖3 不同水灰比的車轍板試樣

表6 不同水灰比試樣的抗滑性能

從圖3 及表6 可以看出，X-1 與X-2 試件的表面狀況較好，構(gòu)造深度分別為0.75、0.88 mm，抗滑擺值分別為59、64 BPN，符合JTG/T F30—2014《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》相關(guān)技術(shù)要求，而X-3 試件的表面明顯浮漿較多，構(gòu)造深度與抗滑擺值明顯偏小。

結(jié)合力學(xué)性能和抗滑性能研究結(jié)果，對水灰比為0.29（超干硬性、改進(jìn)VC 值24 s）試樣宜采用振動壓實儀成型；對于水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）、0.47（塑性、坍落度25 mm）的試樣可采用振動臺振動成型，但水灰比為0.47 試樣的抗滑性能較水灰比為0.35 差。后續(xù)擬選取水灰比分別為0.29（超干硬性、改進(jìn)VC 值24 s）和0.35（干硬性、維勃稠度5 s）2種工作性混凝土進(jìn)行工程性實體試驗研究。

2.3 攤鋪成型工藝的工程試驗研究

2.3.1 實體工程部分設(shè)計指標(biāo)

依托工程為小鴉一級公路柏臨河大橋，橋梁全長約125 m、寬24 m。橋面鋪裝部分設(shè)計指標(biāo)如下：28 d 抗彎拉強度＞4.5 MPa，28 d 抗壓彈性模量＜30 GPa；表面抗滑擺值＞40 BPN，構(gòu)造深度＞0.7 mm，平整度（3 m 直尺最大間隙）≤3 mm。

2.3.2 3種攤鋪成型工藝的提出

基于現(xiàn)有研究成果并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料[5-7]，對水灰比分別為0.29（超干硬性、改進(jìn)VC 值24 s）和0.35（干硬性、維勃稠度5 s）的新拌混凝土試樣提出3種攤鋪工藝：（1）碾壓成型工藝：瀝青攤鋪機攤鋪后，采用水平振蕩壓路機進(jìn)行碾壓成型；（2）一次攤鋪成型工藝：利用瀝青攤鋪機將材料一次攤鋪成型；（3）一次攤鋪成型+水平振蕩碾壓（輔助）：在一次攤鋪成型工藝的基礎(chǔ)上，采用水平振蕩壓路機進(jìn)行輔助碾壓；其中攤鋪機型號為：ABG8820 型，水平振蕩壓路機型號為：BMG DT900型。依托實體項目攤鋪3 段試驗段，對以上3種攤鋪方式進(jìn)行系統(tǒng)研究，優(yōu)選攤鋪成型工藝。

2.3.3 3種攤鋪成型工藝的工程試驗研究

（1）碾壓成型工藝

試驗段一（水灰比為0.29）：攤鋪機攤鋪后，壓路機碾壓3遍成型，其施工效果如圖4（a）及表7所示。試驗中發(fā)現(xiàn)：攤鋪后表面干澀、有明顯被攤鋪機拉刮痕跡、較為粗糙；碾壓1～2遍后，表面雖然整平，但混合料中的漿體無法有效提出，并出現(xiàn)松散、裂縫等現(xiàn)象。故對于水灰比為0.29（超干硬性、改機VC 值24 s）的新拌混凝土，不宜采用該攤鋪成型工藝。

（2）一次攤鋪成型+水平振動碾壓（輔助）

試驗段二（水灰比為0.35）：攤鋪機攤鋪后，采用壓路機輔助碾壓1 遍，以期增大混合料的密實度，使材料進(jìn)一步得到密實，結(jié)果如圖4（b）及表7所示。試驗中發(fā)現(xiàn)：攤鋪后表面均勻、漿體充足，構(gòu)造深度大，能夠形成整體，未出現(xiàn)攤鋪機拉裂、松散等現(xiàn)象；碾壓后，表面存在輕微浮漿，平整度受到較大影響，表面存在輕微的波浪感。

（3）一次攤鋪成型工藝

試驗段三（水灰比為0.35）：利用攤鋪機一次攤鋪成型，其攤鋪過程及效果如圖4（c）及表7所示。試驗中發(fā)現(xiàn)：攤鋪后表面均勻、漿體充足，構(gòu)造深度大，能夠形成整體，未出現(xiàn)攤鋪機拉裂、松散等現(xiàn)象；人在其上面行走沒有腳印，說明利用攤鋪機自身夯實、熨平作用，混合料已具有較好的密實度。

圖4 試驗段表面及斷面狀況

表7 不同攤鋪工藝試件的狀態(tài)

（4）不同成型工藝攤鋪效果對比

從攤鋪效果來看，試驗段一明顯不滿足要求。成型后薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)7 d，對試驗段二、試驗路段三進(jìn)行切割取樣，對于2種攤鋪工藝所取試樣的表面特點如表7所示，并對試驗段的力學(xué)性能（現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)）、密實度、構(gòu)造深度、抗滑擺值、路面滲水系數(shù)、耐磨性能、平整度等進(jìn)行了測試，結(jié)果如表8、表9所示。

通過分析圖4（b）（c）及表7 可以看出：兩試驗段攤鋪工藝均能使混合料中骨料呈現(xiàn)骨架結(jié)構(gòu)且內(nèi)部相對密實，但與一次攤鋪成型工藝相比，水平振蕩碾壓使材料表面出現(xiàn)了一定浮漿，不利于材料構(gòu)造深度及平整度的控制。

表8 試件強度（現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)）

表9 不同攤鋪工藝試驗段的施工效果

從表8、表9 可以看出，同條件養(yǎng)護(hù)試樣的力學(xué)強度、抗壓彈性模量均滿足設(shè)計要求。試驗段二、試驗段三的密實度、滲水系數(shù)基本一致，而試驗段二的耐磨性、構(gòu)造深度、抗滑擺值及平整度優(yōu)于試驗段三，這主要是由于試驗段三的后續(xù)水平振蕩碾壓后，使攤鋪材料表面出現(xiàn)了一定的浮漿所致。對于試驗段二，養(yǎng)生完畢開放交通后，經(jīng)過大量施工車輛的行駛，路面未出現(xiàn)任何相關(guān)病害。

可見：對水灰比為0.29（超干硬性、改進(jìn)VC 值24 s）試樣作為鋪裝材料時，不宜采用碾壓成型；對水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）試樣，一次攤鋪成型工藝明顯優(yōu)于一次攤鋪成型+水平振動碾壓（輔助），且密實度、抗滑性、抗?jié)B性、耐磨性、平整度等路用性能良好。

3 結(jié)論

（1）對3種典型工作性狀態(tài)下的新拌試樣，從實測工作性、反光性及出攪拌鍋后團聚性3 個方面進(jìn)行了綜合探究，在實際施工中，可從以上3 方面對新拌試樣工作性進(jìn)行綜合快速評價。

（2）對水灰比為0.29（超干硬性、改進(jìn)VC 值24 s）試樣宜采用振動壓實儀成型，采用振動壓實儀成型的力學(xué)性能、試件密實性明顯好于采用振動臺振動成型，7 d、28 d 抗折強度分別提高了36.3%、40.3%，抗壓強度分別提高了35.4%、36.1%；對于水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）、0.47（塑性、塌落度25 mm）可采用振動臺振動成型，但水灰比為0.47 試樣的抗滑性能較水灰比為0.35 差。

（3）對提出的3種攤鋪成型工藝進(jìn)行了綜合研究，水灰比為0.29（超干硬性、改進(jìn)VC 值24 s）試樣作為橋面鋪裝材料時，不宜采用碾壓成型；對于水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）的試樣，一次攤鋪成型工藝明顯優(yōu)于一次攤鋪成型+水平振動碾壓（輔助），且密實度、抗滑性、抗?jié)B性、耐磨性、平整度等路用性能良好。