碾壓混凝土力學性能影響因素研究

張淑泉 王曉建 祝海折

(1.陜西交通技術咨詢有限公司，陜西 西安 710068;2.山西省交通科研院，山西 太原 030006)

瀝青路面主要承重結構層普遍采用水穩半剛性基層，但隨著交通量增加，路面早期病害嚴重。為減少路面病害，提高基層的強度和耐久性，碾壓混凝土恰好具有高強度、原材料相對豐富、施工速度快、耐久性及抗疲勞性能較好等特點，是提高整體路面結構強度的一種選擇。本文通過對多組試件進行力學測試，研究不同影響因素對碾壓混凝土力學性能的影響。

1 碾壓混凝土混合料配合比設計

1.1 原材料

本研究中，水泥采用廣東云浮生產的金鷹牌PC32.5級復合緩凝硅酸鹽水泥。粗、細集料產于廣東省云浮市茅坪石場，天然砂產于廣東省云浮市和都砂場，水采用符合飲用水要求的自來水。

1.2 級配設計

碾壓混凝土基層礦質混合料的組成應為連續密級配，經查閱相關資料及規范，擬定了如表1所示的級配范圍，并結合其他項目的鋪筑經驗，嚴格控制大于19 mm以上的粗集料用量，以減少施工過程中的粗集料離析，從而有效提高混合料施工均勻性及結構整體的抗彎、拉強度;嚴格控制細集料0.075 mm的通過率，以降低基層的收縮開裂，同時各檔集料的用量較均衡，利于施工備料，降低造價，如表1所示。

表1 礦質混合料的合成級配及各檔集料摻量比例

2 碾壓混凝土力學性能影響因素研究

2.1 單位水泥用量

本文擬定了5組水泥劑量來研究水泥用量對混合料力學性能的影響，采用級配2、水灰比0.5。試驗結果見圖1。

圖1 單位水泥用量對7 d抗壓、抗折強度的影響

由圖1可知，隨單位水泥用量的增多，混凝土拌和物的7 d抗壓強度和7 d抗折強度都有增大的趨勢，但是隨著水泥用量的繼續增多，其強度增長趨勢緩慢。

2.2 水灰比

為了研究水灰比對碾壓混凝土力學性能的影響，擬定了5個水灰比，其他試驗條件完全相同。試驗結果見圖2。

圖2 水灰比對7 d抗壓、抗折強度的影響

從圖2中可知，水灰比對碾壓混凝土的工作性和力學性能影響較大，隨著水灰比的增加，抗壓、抗折強度增加，當水灰比增加到0.50時，新拌混凝土工作性良好，力學性能達到最高;水灰比繼續增加，碾壓混凝土力學性能反而有所降低。

2.3 礦料的最大粒徑

為了研究粗骨料最大粒徑對拌和物力學性能的影響，選用最大粒徑分別為31.5 mm和26.5 mm的粗集料進行試驗，試驗結果見圖3。從圖3可知，粒徑較大的混凝土抗壓、抗折強度都優于粒徑較小的混凝土，且在相同的擊實功作用下更易流動，混合料更易成型。但是從成型好的試件中可以看出，最大粒徑為31.5 mm的混凝土試件表面較26.5 mm的粗糙，并有一定的粗集料離析，混凝土拌和物粒徑越大，施工越難控制，且影響其平整度和均勻性。

2.4 拌和時間

為研究攪拌時間對混凝土拌和物力學性能的影響，本文擬定了6組不同的拌和時間，為了避免其他因素之間的交互影響，單位水泥用量統一采用240 kg，水灰比為0.5，采用級配2，其他試驗條件完全相同。試驗結果見圖4。由圖4可知，隨著攪拌時間的延長，碾壓混凝土的力學性能逐漸增大，且攪拌時間繼續增加到一定程度后，強度遞增的效果趨于平緩，此時混合料已比較均勻。

圖3 礦料最大粒徑對7 d抗壓、抗折強度的影響

圖4 拌和時間對7 d抗壓、抗折強度的影響

2.5 密實度

為研究密實度對混凝土拌和物力學性能的影響，擬定了5組拌和時間，為避免與其他因素交互干擾，單位水泥用量采用240 kg，水灰比為0.5，采用級配2，其他試驗條件完全相同。試驗結果見圖5。

圖5 密實度對力學性能的影響趨勢圖

由圖5可知，密實度對碾壓混凝土抗壓、抗折強度有明顯影響。隨著密實度的提高，強度也隨著增長，當密實度提高到一定程度之后，強度增幅變緩。

3 結語

本文結論如下:

1)隨著單位水泥用量的增多，抗折強度的增長幅度大于抗壓強度的增長幅度。根據7 d抗壓和抗折強度，在配合比設計過程中，單位水泥用量應不低于200 kg/m3。2)水灰比過大反而會影響碾壓混凝土力學性能的提高，綜合考慮，水灰比應不小于0.47。3)增大粒徑可有效提高7 d抗壓、抗折強度，但粒徑越大，混合料越容易離析，施工越難以控制，影響混凝土的平整度和均勻性。4)在實際工程中，現場施工時，連續式攪拌機拌和時間不應低于30 s。5)在試件成型過程中可知，當密實度超過95%時，壓實較困難，需更多的擊實功和振動時間。如果密實度過大，有可能把粗集料給壓碎，破壞了原有的粗集料骨架結構，造成能源浪費，強度反而會降低。建議密實度不應低于95%，但不應大于98%。

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