游 俊

(廣東華路交通科技有限公司,廣東 廣州 510655)

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

本次試驗主要原材料包括水泥、粉煤灰、減水劑、骨料、水等。水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥,平均燒失量為4.35%,初凝時間為130 min,終凝時間為255 min,3 d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為6 MPa和29.5 MPa;粉煤灰為Ⅰ級,細(xì)度(45 μm方孔篩余)為8%,燒失量為1.5%,需水量比為94%,SO3含量為0.72%,含水量為0.3%;骨料為二級配石子,粒徑配比為:5～10 mm∶10～20 mm=1∶1;減水劑為聚羧酸減水劑,摻量為1%。

1.2 試驗方案

設(shè)計碾壓混凝土強(qiáng)度等級為C40,根據(jù)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F30—2014)中對公路碾壓混凝土的相關(guān)施工技術(shù)要求,經(jīng)多次調(diào)整測試最終確定得到碾壓混凝土的水膠比為0.42,砂率為0.32。攪拌過程分兩步:第一步先將骨料和水泥混合料進(jìn)行干拌0.5 min,第二步,將拌合好的減水劑和水倒入攪拌機(jī),濕拌1.5 min,總攪拌時長為2 min。攪拌設(shè)備選用雙臥軸振動攪拌機(jī),攪拌方式為普通攪拌和振動攪拌,普通攪拌的振動加速度為0,振動攪拌的振幅為0.82 mm和1.36 mm,振動加速為1g、2g、4g、8g。碾壓混凝土成型采用“下振上壓”的振動臺成型試驗法,上壓不同重量(5 kg、15 kg、25 kg,分別對應(yīng)2.18 kPa、6.5 kPa、10.89 kPa)的普通碳素鋼。

1.3 試驗內(nèi)容及方法

主要對不同攪拌工藝參數(shù)下路面碾壓混凝土的改進(jìn)VC值、攪拌功率、攪拌均勻性以及強(qiáng)度進(jìn)行測試。改進(jìn)VC值是反應(yīng)碾壓混凝土工作度(稠度)的一個重要性能指標(biāo)(普通混凝土一般通過坍落度來表示稠度,而碾壓混凝土由于其具有干硬性,故而采用維勃稠度儀進(jìn)行測試,即為改進(jìn)VC值),采用維勃稠度儀進(jìn)行測試,改進(jìn)VC值不宜過大或者過小,控制目標(biāo)為30±5 s內(nèi);攪拌功率采用Fluke 434/435三相電力分析儀進(jìn)行測試,通過攪拌功率曲線可判斷碾壓混凝土攪拌過程中的變化(如黏度點(diǎn)和流動點(diǎn)),但是由于攪拌機(jī)在使用過程中清洗維修保養(yǎng)等問題,導(dǎo)致初始狀態(tài)不盡相同,故采用“實時功率/空載功率=功率比值”來進(jìn)行說明;攪拌均勻性主要是針對粗細(xì)骨料占比進(jìn)行測試,粗細(xì)骨料的理想占比為56%(組骨料)和26.35%(細(xì)骨料);強(qiáng)度測試包括28 d齡期下抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度,均采用DYE-2000型電液式壓力試驗機(jī),抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力加載速率為12～18 kN/s,抗折強(qiáng)度的應(yīng)力加載速率為1.8～2.8 kN/s。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 改進(jìn)VC值

不同振幅下改進(jìn)VC值隨振動加速度的變化關(guān)系見圖1。從圖1中可知:隨著振動加速度的增大,碾壓混凝土的改進(jìn)VC值呈逐漸減小的變化趨勢;普通攪拌方式下(振動加速度為0時),改進(jìn)VC值達(dá)到35.5 s,略大于控制目標(biāo),當(dāng)采用振動攪拌之后,改進(jìn)VC值減小,且振幅越大,下降幅度越大,表明振動攪拌可以明顯改善水泥碾壓混凝土的工作度,這是因為碾壓混凝土本身作為一種干硬性混凝土,攪拌時摻水量很少,物料放入攪拌筒之后,部分膠凝材料堆積在一起,水與膠凝材料無法充分水化反應(yīng),從而包裹在膠凝材料外面形成許多團(tuán)聚物,當(dāng)采用振動攪拌后,由于高頻振動會使團(tuán)聚物之間的相互摩擦力下降,從而充分破壞團(tuán)聚物,使得里面未反應(yīng)的膠凝材料釋放出來繼續(xù)水參與水化反應(yīng)生成的水化產(chǎn)物物質(zhì)具有填充和潤滑作用,從而改善了碾壓混凝土的工作度。

圖1 改進(jìn)VC值隨振動加速度的變化關(guān)系

2.2 骨料均勻性

不同振動加速度下的骨料占比情況見圖2。從圖2中可知:隨著振動加速度的增大,粗骨料占比呈先減小后增大的變化特征,而細(xì)骨料呈先增大后減小的變化特征;普通攪拌方式下,粗、細(xì)骨料占比分別為53.77%和22.68%,而采用振動攪拌方式后,細(xì)骨料的占比有所增大,這是因為粗骨料質(zhì)量大,在混凝土中具備較大的分散速度,而細(xì)骨料質(zhì)量輕,易形成團(tuán)聚現(xiàn)象,從而阻礙了其在水泥漿液中的運(yùn)動,通過振動攪拌強(qiáng)行使其分散,降低了黏聚力,細(xì)骨料在水泥漿液中的運(yùn)動能力增強(qiáng),細(xì)骨料的占比增加,從而使骨料均勻性更好;對不同加速度下的骨料占比變異系數(shù)進(jìn)行分析,結(jié)果表明:當(dāng)加速度為4g時,粗、細(xì)骨料的變異系數(shù)基本均達(dá)到最小,分別為4.12%和2.72%,且在4g加速度下,粗、細(xì)骨料占比最接近于理想狀態(tài),粗、細(xì)骨料的質(zhì)量占比分別為52.7%和24.2%。

圖2 粗、細(xì)骨料質(zhì)量占比隨振動加速度變化關(guān)系

2.3 攪拌功率比值

攪拌功率比值隨振動加速度的變化關(guān)系見圖3。攪拌功率隨著振動加速度增大呈動態(tài)降低趨勢,且振幅越大,下降幅度越大,這說明振動攪拌方式可以明顯降低攪拌功率,這是因為振動攪拌過程中,攪拌葉片對混凝土進(jìn)行高頻拍打,使得拌合物摩擦力和黏聚力降低,從而降低攪拌過程中的能耗,當(dāng)振動加速度為4g時,功率比值下降幅度最大,表明在此加速度下的攪拌效果最好。

圖3 攪拌功率比值隨振動加速度變化關(guān)系

2.4 成型時間

碾壓混凝土成型時間隨振動加速度變化關(guān)系見圖4。從圖4中可知:隨著振動加速度的增大,碾壓混凝土成型時間呈先減小后增大的變化特征,當(dāng)振動加速度為4g時,成型時間最短;相同振幅下,壓重越大,成型時間越短,且振動攪拌對于小壓重的成型時間的改善效果更好,小壓重成型時間較長,大壓重雖然可以顯著縮短成型時間,但也可能造成部分試件并未得到充分的振實;相同振動加速度下,振幅越大,成型時間越短,但是振幅對于成型時間的影響較小,說明振動加速度是影響振動攪拌成型時間的主要因素。

圖4 成型時間隨振動加速度變化關(guān)系

2.5 強(qiáng)度特征

不通過攪拌方式下碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度隨振動加速度變化特征見圖5。從圖5中可知:隨著振動加速度增大,碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小的變化特征,當(dāng)振動加速度為4g時,抗壓強(qiáng)度最大;當(dāng)振幅為0.82 mm時,壓重為15 kg時的抗壓強(qiáng)度最大,其次為壓重5 kg,最小的為壓重25 kg,當(dāng)振幅為1.36 mm時,壓重為15 kg時的抗壓強(qiáng)度依然最大,其次為壓重25 kg,最小的為壓重5 kg;相同振動加速度下,1.36 mm振幅下的抗壓強(qiáng)度略大于0.82 mm振幅下的抗壓強(qiáng)度;綜上分析可知:當(dāng)采用振幅為1.36 mm,振動加速度為4g,壓重為15 kg時,碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度最大,相比普通攪拌方式,抗壓強(qiáng)度提升幅度達(dá)到42.2%。

圖5 抗壓強(qiáng)度隨振動加速度變化關(guān)系

不通過攪拌方式下碾壓混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨振動加速度變化特征。隨著振動加速度增大,碾壓混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度也是呈先增大后減小的變化趨勢,且在4g振動加速度下達(dá)到最大值;當(dāng)振幅為0.82 mm時,壓重為15 kg時的劈裂抗拉強(qiáng)度最大,其次為壓重5 kg,最小的為壓重25 kg,當(dāng)振幅為1.36 mm時,壓重為15 kg時的劈裂抗拉強(qiáng)度依然最大,其次為壓重25 kg,最小的為壓重5 kg,壓重為15 kg時,碾壓混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度最大;相同振動加速度下,1.36 mm振幅下的劈裂抗拉強(qiáng)度大于0.82 mm振幅下的劈裂抗拉強(qiáng)度;綜上分析可知:當(dāng)采用振幅為1.36 mm,振動加速度為4g,壓重為15 kg時,碾壓混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度最大,相比普通攪拌方式,劈裂強(qiáng)度提升幅度達(dá)到51.6%。

3 結(jié) 語

(1)振動攪拌方式相比普通攪拌方式,可以顯著改善碾壓混凝土的工作性能和力學(xué)性能,提高混凝土骨料均勻性,降低攪拌能耗。

(2)當(dāng)采用壓重為15 kg、振幅為1.36 mm、振動加速度為4g的振動攪拌參數(shù)時,碾壓路面混凝土的骨料均勻性最好,強(qiáng)度最高,抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度相比普通攪拌方式分別提升42.2%和51.6%。

(3)本次試驗僅針對兩種小振幅下振動效果進(jìn)行了對比研究,關(guān)于大振幅的下碾壓混凝土的工作性能和力學(xué)性能研究將在今后做進(jìn)一步補(bǔ)充。