試驗成型方法對碾壓混凝土性能的影響研究

王進勇，羅暉，王傳彪，李欣，王振宇

（1招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2重慶交通大學 材料科學與工程學院，重慶 400074）

試驗成型方法對碾壓混凝土性能的影響研究

王進勇1，羅暉2，王傳彪2，李欣2，王振宇2

（1招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2重慶交通大學 材料科學與工程學院，重慶 400074）

碾壓混凝土路面的施工方法不同于普通混凝土路面，為了給工程提供更準確的參考數據，碾壓混凝土的試驗室成型方法也與普通混凝土不同，該文開展了不同的試驗成型方法對碾壓混凝土性能的影響研究。

碾壓混凝土；碾壓混凝土路面；成型方法；改制平板振動器

0 引言

碾壓混凝土(Roller compacted concrete)是干硬性混凝土，相對于普通水泥混凝土，碾壓混凝土單位用水量和水泥用量都較少，而水泥用量的減少對于減少資源消耗及碳排放是有利的。碾壓混凝土路面（Roller compacted concrete pavement）是公路水泥混凝土路面的一種類型[1]，其施工成型方法不同于普通水泥混凝土路面，是將碾壓混凝土通過振動碾壓機具壓實而成的路面。相對于普通水泥混凝土路面，碾壓混凝土路面具有材料造價低、機械化程度高、施工快速、可更早開放交通等優點[2]。

1 碾壓混凝土振動壓實理論與模型

碾壓混凝土路面施工的碾壓部分包括初壓、復壓和終壓三個階段，《公路水泥混凝土路面施工技術細則》[3]（JTG∕T_F30）中規定復壓階段宜采用振動碾壓。因此，振動碾壓是碾壓混凝土路面施工工藝中重要的一環，或者說碾壓混凝土路面的施工方法是基于振動壓實現象的，相關解釋振動壓實現象的理論[4]主要包括內摩擦減小學說、反復荷載學說、交變剪應變學說、“液化”學說等。

碾壓混凝土振動壓實的過程，可以描述為振動壓路機對干硬性混凝土施加一系列的激振作用，促使干硬性混凝土材料顆粒之間發生相對運動，激振作用使得干硬性混凝土內部顆粒間的摩擦力大幅度減小，在垂直壓力的作用下，干硬性混凝土內部產生相互填充，其中的含氣量隨著振動沖擊的作用而減少，干硬性混凝土的密實度隨之增加。

美國學者E.T.Seling和T.Syoo比較系統地研究了振動壓路機的數學模型，在完全彈性的理論基礎上建立了 “振動壓路機－被壓材料”系統兩個自由度的動力學模型，并用振動壓路機的試驗結果驗證了此模型[5]。

2 試驗成型方法對碾壓混凝土性能的影響

公路碾壓混凝土的實驗室數據是工程施工和質量驗收的重要依據，由于碾壓混凝土是干硬性混凝土，其實驗室試件成型方法與普通水泥混凝土相比具有特殊性。以強度試件為例，衡量公路碾壓混凝土性能的重要指標是抗彎拉強度，《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》[7]（JTG E30）給出了路面碾壓混凝土抗彎拉試件的制作方法，成型設備采用頻率50Hz±3Hz，振幅1mm，質量約25kg的改制平板振動器。課題組為了研究試驗成型方法對碾壓混凝土性能的影響，在改制平板振動器基礎上設計制作了可調式改制平板振動器[8]。可調式改制平板振動器及配件如圖2所示，主要由扶手、振動電機、底板、成型壓板、配重塊及套模等組成，可調式改制平板振動器可以根據研究需要調整振動壓實過程中的垂直壓力。

圖2 可調式改制平板振動器及配件

研究過程中采用的碾壓混凝土抗彎拉試件成型方法包括：（1）可調式改制平板振動器成型，在研究過程中通過調節配重塊變化改制平板振動器的總重量，頻率50Hz±3Hz，振幅1mm，改制平板振動器通過壓板壓在試樣表面振壓成型；（2）直接在試樣表面加配重塊，采用普通混凝土振動臺成型。兩種成型方法成型示意圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 可調式改制平板振動器成型示意圖

圖4 普通混凝土振動成型臺成型示意圖

研究所采用碾壓混凝土材料組成為：單位用水量110kg/m3，水泥用量280kg/m3，砂率36%，采用絕對體積法計算各檔集料用量。對不同成型方法的成型效果和抗彎拉強度進行對比研究，結果見表1。

從振實時間分析，相比普通混凝土振動臺成型，改制平板振動器成型法振動壓實所用的時間更短，且隨著配重量的增加而縮減，成型效率更高；從表面出漿效果看，改制平板振動器成型法的出漿效果更好；改制平板振動器所成型的試件7d抗彎拉強度高于普通混凝土振動臺成型的試件。

表1 成型方法與碾壓混凝土性能

3 結論

實驗室采用改制平板振動器成型碾壓混凝土試件更接近于振動壓路機的施工成型過程。可調式改制平板振動器成型法與普通混凝土振動臺成型法相比較，對于碾壓混凝土這類干硬性混凝土，即使是在混凝土表面垂直壓重相對稍低的情況下，改制平板振動器成型法在成型效率、出漿效果和試件力學性能方面顯著優于混凝土振動臺成型方法。

[1]JTG/D40.公路水泥混凝土路面設計規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]羅暉，王傳彪，黃煜鑌，等.用于農村公路路面的碾壓混凝土技術[J].重慶建筑，2016（3），25-27.

[3]JTG/TF30.公路水泥混凝土路面施工技術細則[S].北京：人民交通出版社，2014.

[4]章建龍.水泥穩定碎石振動成型試驗研究[D].西安：長安大學，2008.

[5]肖海生，光明，董慶偉，等.振動擊實法在半剛性基層施工中的應用[J].中外公路，2012，32：67-70

[6]彭小林.路面基層碾壓混凝土工藝及性能研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[7]JTG/E30.公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，2005.

[8]羅暉，王傳彪，李欣，等.可調式碾壓混凝土振動成型儀[P].中國專利：ZL201621130059.3，2017-04-05.

責任編輯：孫蘇，李紅

Influencesof Experimental Molding Method on Properties of Roller Compacted Concrete

The construction method for roller compacted concrete is quite different from that of the ordinary concrete.To provide more accurate referencedatafor theengineering,theinfluencesof different experimental molding methodson thepropertiesof roller compacted concretearestudied,for the experimental molding methodsfor roller compacted concretediffersfrom thosefor theordinary concreteaswell.

roller compacted concrete;pavement of roller compacted concrete;molding method;modified flat platevibrator

TU52

A

1671-9107（2017）10-0049-02

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.10.049

2017-09-14

王進勇（1970-），男，四川南充人，研究生，高級工程師，主要從事道路工程科研、設計與檢測工作。