《混凝土》杂志 2015年第五期
| 范瑛宏;彭鹏;侯子义; | 134-136+144 |
【摘要】 预制拼装快速修复技术最明显不足是预制板的自重问题。采用次轻混凝土能够一定程度地减轻混凝土路面板自重。通过分析混凝土拌合物的工作性及力学性能,确定陶粒取代率为30%时,次轻混凝土能够满足预制板的干缩、耐磨等路用要求,并且能够减轻混凝土板自重达200 kg/m3。 更多还原
预制拼装技术的主要优势在于既有普通混凝土修补材料的廉价又有快速修补材料的早强，是一种较理想的快速修复水泥混凝土路面技术[1]。但是，预制拼装技术也存在最明显的不足-——预制路面板自重问题，即路面板尺寸的问题。若采用大尺寸板，则需要较大吨位的运输、吊装车辆，在有限的施工空间内，缺少灵活性。同时，吊装过程中也可能出现板底的弯拉应力过大，过早出现裂缝的危险。采用小板块的优点在于预制简单、运输、吊装方便施工、产生的弯拉应力也较小，但会直接导致路面接缝的增加，同样易导致接缝的损坏和错台等病害，直接影响路面的平整度，导致车辆行驶的舒适性降低[2]。因此，在保证路用要求的前提下，解决预制拼装快速修复技术中预制板自重的问题，是这项技术逐步完善的关键。
次轻混凝土用于预制拼装快速修复技术中的预制板，能够发挥次轻混凝土减轻路面自重的优点。与此同时，轻骨料的加入，可能影响路面板的承载能力、干缩、耐磨等路用性能。对于次轻混凝土路面板路用性能的好坏，直接影响预制拼装快速换板之后路面的使用性能，因此，对选定配合比的次轻混凝土进行路用性能的验证。
水泥：北京金隅P.O42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3150 kg·m-3；
砂：中砂，细度模数2.6，表观密度为2650 kg·m-3；
碎石：石灰岩碎石，表观密度2700，粒径范围为4.75mm-31.5mm(分三档料：大19mm-31.5mm，中9.5mm-19mm，小4.75mm-9.5mm）；
陶粒：碎石型页岩陶粒，密度级为700，粒径4.75-31.5mm，连续级配，堆积密度709 kg·m-3，表观密度1504 kg·m-3，筒压强度3.0MPa,1h吸水率10%；
砂：中砂，细度模数2.6，表观密度为2650kg·m-3；
水：自来水。
将普通混凝土作为基准混凝土，强度等级为C40，即陶粒替代率为0%，确定基准配合比之后，在基准配合比的基础上，采用等体积进行陶粒替代，替代率分别为30%、50%、70%、100%，具体单位体积各材料用量如下表1所示。由于采用未预湿的陶粒，因此，需要在拌合过程中加入附加用水量。
表1 混凝土基准配合比及次轻混凝土各材料用量
试验中，发现随着陶粒取代率的增大，混凝土拌合物的坍落度增大明显，约为120mm，并且已经出现离析泌水，工作性较差。如下图1所示试验中坍落度的测定。采用轻集料陶粒取代部分普通混凝土中的粗集料石子，形成次轻混凝土拌合物，陶粒与普通集料相互干扰，上浮的陶粒遇到下沉的普通集料时，颗粒运动速度会减小甚至停止运动，因而，轻集料取代部分普通集料对次轻混凝土的工作性有一定的影响。在进行混凝土拌合时，进行坍落度的测定，防止成型后出现由于坍落度过大而导致陶粒出现上浮现象。同时根据规范[3]，对于预制板等构件采用平板振动台振实，坍落度要求在30mm-80mm。因此，将次轻混凝土应用于预制拼装快速修复技术中，需要次轻混凝土的坍落度满足路用要求30mm-50mm。
在进行次轻混凝土试拌过程中，若不调整基准配合比，随着取代率继续增大，坍落度继续增大，次轻混凝土拌合物将会出现严重的离析、泌水现象，如图2中黑色线坍落度的变化，黑虚线为根据取代率小于50%的混凝土拌合预估取代率大于70%的坍落度，发现如果继续增大取代率而不调整基准配合比，坍落度不满足预制板的坍落度要求。因此，不对基准配合比进行调整，进行试验没有必要。蓝色线为调整基准配合比后，进行取代率为70%、100%的试验，控制其坍落度满足路用要求，蓝色虚线为小于70%的取代率，由于陶粒用量减少，附加用水量减小，同时水灰比也得到降低，因此，根据已有试验预估取代率小于70%的坍落度不能满足预制板的坍落度要求，进行试验没有必要。
根据上述分析去除没有必要的试验组，对取代率大于50%的次轻混凝土的坍落度进行调整，在拌合过程中减少水的用量，将坍落度控制在50mm左右，调整后的基准配合比及调整基准配合比后，不同陶粒取代率的混凝土各材料用量如下表2所示。
表2调整后的基准配合比及1m3次轻混凝土各材料用量
次轻混凝土强度试验采用尺寸为150mm×150mm×150mm的标准抗压试件，尺寸为100mm×100mm×400mm的抗折试件。根据次轻配合比设计进行试验，在混凝土拌合成型时，分别成型各个配合比的次轻混凝土抗压强度及抗折强度试件，每组3块。在标准养护条件下分别养护7d、28d后，进行抗压和抗折强度试验，以便选定可用于预制拼装中预制板的次轻混凝土。
对养护不同龄期不同陶粒取代率的混凝土试件进行抗压、抗折强度测试，试验结果记录如下表3。由于抗折试件为非标准试件，因此，表3中测定的抗折强度均为乘以换算系数0.85以后的抗折强度值。
由上表5和图3结果可知：
（1）次轻混凝土7d强度能够达到28d强度约70%左右，随着取代率的增大，混凝土强度降低较大，并且出现抗压强度与抗折强度变化不一致。
（2）经改变基准配合比后，取代率70%的次轻混凝土抗压强度能够满足路用要求，抗折强度小于5MPa，不能满足路用要求。而取代率为100%，即轻集料混凝土，抗压强度不能满足路用要求。若在相同基准配合比的条件下，降低取代率，次轻混凝土拌合物的坍落度就不能满足路用要求。
对于普通混凝土来说，折压比一般为0.083-0.125[4]，因此，在进行路面施工配合设计时，应同时考虑混凝土的抗折强度及折压比。通过分析次轻混凝土的28d抗折强度与抗压强度的比值，确定满足路用要求和经济性的路面板，折压比变化规律如下图4所示。
由上图可知：次轻混凝土折压比的变化范围与普通混凝土的折压比基本相近，随着取代率的增大，次轻混凝土的抗压强度降低较快，取代率增大到80%-90%以后，次轻混凝土的抗折强度降低减慢，而抗压强度继续降低，因而上图中4折压比在取代率80%-90%以后出现迅速增大。
综上所述，选定了未经调整的基准配合比后，取代率为30%的次轻混凝土，强度能够满足路用承载能力的要求，并且折压比与普通混凝土相近，不会过高，经济性好。
根据次轻混凝土强度试验及坍落度的值，选定一个最优的配合比，进行干表观密度试验。干表观密度采用整体试件烘干法[3]，采用抗压强度的标准试件（150mm×150mm×150mm），将试件放置在105-110℃烘箱中，烘干至恒重后称重，并测定试件的体积。根据如下公式（1）计算出干表观密度：
根据文献[8]中研究结果，随着陶粒取代率的增大，混凝土的收缩值先降低后增大。在陶粒取代率为30%时，180d的干缩值最小。由上图6可知，次轻混凝土的干缩值远小于普通混凝土的干缩值393×10-6m。因而，进一步验证了采用陶粒取代率为30%应用于预制拼装路面板的可行性。
（1）通过试验对比分析不同陶粒取代率的次轻混凝土，确定取代率为30%的次轻混凝土工作性、承载能力均能满足路用要求，并且折压比与普通混凝土相近，经济性好。
（2）陶粒取代率为30%的次轻混凝土路面板比普通混凝土路面板降低自重约为200kg/m3。耐磨量仅为0.8kg/m2，龄期60d时的干缩率约为40.8×10-3%，与普通混凝土的干缩量相近，能够满足预制板的路用要求。
(3)文中首次提出应用次轻混凝土运用于预制拼装快速修复技术中，以达到降低路面板自重的目的，通过试验验证了其可行性。
[1] 傅智. 水泥混凝土路面养护新技术研究[J]. 公路交通科技,2006,01:21-24.
[2] 刘卫东.水泥混凝土路面预制拼装快速修复技术研究[D].天津:河北工业大学,2011.
[3] JGJ 51-2002, 轻骨料混凝土技术规程[S].
[4] 黄利频,罗素蓉. 高等级公路混凝土实现高折压比的配合比设计[J]. 武汉理工大学学报,2008,12:37-41.
[5] JTG E30-2005, 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].
[6] JTG F30-2003, 公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].
[7] 王瑞燕,白山云,凌天清,刘俊. 次轻混凝土在隧道路面结构中的应用研究[J]. 混凝土,2009,12:101-103.
[8] 林元贵. 高强次轻混凝土的配制及性能研究[J]. 福建建材,2010,04:37-38+51.
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