碎石型頁巖陶粒混凝土在橋面鋪裝施工中的應(yīng)用

葉定青

（南平市公路局松溪分局， 福建 南平 353500）

0 前言

橋梁建設(shè)是經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，我國橋梁數(shù)量已經(jīng)超過3 萬座，里程超過1.8 萬公里，但與此同時也伴隨著大量橋梁加固、維修等養(yǎng)護任務(wù)[1]。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，橋面鋪裝層維修更換的面積占到了高等級路面維修總面積的30%，然而對于需要維修養(yǎng)護的舊橋，其承載能力勢必已經(jīng)有所下降，普通混凝土自重較大，作為橋面鋪裝層修復(fù)材料并不利于橋梁的承載和耐久性。

陶粒混凝土是用陶粒為粗骨料、輕砂（或普通砂）、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于1950kg/m3混凝土。頁巖陶粒是近年來出現(xiàn)的一種節(jié)能環(huán)保型建筑材料[2]，其具有質(zhì)輕高強、隔熱抗震、耐久性好等顯著優(yōu)勢。能減輕鋪裝層自重約1/5，有利于提高橋梁壽命。本文結(jié)合松溪大橋橋面鋪裝修復(fù)實體工程，通過室內(nèi)試驗確定了本次工程中頁巖陶粒混凝土配合比，分析了水灰比與砂率對于頁巖陶粒混凝土強度的影響規(guī)律，并與普通混凝土對比顯示頁巖陶粒混凝土的顯著優(yōu)勢，為其在福建地區(qū)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 原材料試驗

1.1 頁巖陶粒

碎石型頁巖陶粒，是將天然粘土質(zhì)頁巖碎石在1100℃左右溫度的回轉(zhuǎn)窯中鍛燒膨化而得的塊料或破碎料，其表面粗糙不規(guī)則，內(nèi)部有大量非連通封閉氣孔，是一種重量較輕、吸水率小、筒壓強度高、性能穩(wěn)定的混凝土輕集料[3]。本次工程中使用陶粒主要性能指標(biāo)如表1 所示。

1.2 水泥和砂

采用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，砂質(zhì)材料采用松溪縣砂場生產(chǎn)的中砂，含泥量為1.1%，其物理力學(xué)指標(biāo)與篩分均滿足規(guī)范要求。

1.3 拌和用水和外加劑

拌和用水為普通的自來水。外加劑為TW-9 早強劑，摻量為水泥的2%。聚丙烯腈纖維作為外摻劑，摻量為水泥的1.2%纖維。

表1 頁巖陶粒主要性能指標(biāo)

2 頁巖陶粒混凝土配合比設(shè)計參數(shù)影響研究

2.1 不同因素對混凝土性能影響分析

通過室內(nèi)試驗進行了頁巖陶粒LC40 混凝土配合比試驗，選取了不同的水灰比和砂率進行試驗，對混凝土工作性能和力學(xué)性能的主要參數(shù)進行對比分析，進而確定頁巖陶粒混凝土配合比。其結(jié)果如表2 所示。

表2 配合比設(shè)計結(jié)果

（1）水灰比

水灰比是影響頁巖陶粒混凝土性能的最主要因素，不同的水灰比下性能存在著顯著差異。水灰比對于頁巖陶粒混凝土坍落度和抗壓強度的影響規(guī)律如圖1 和圖2 中。由圖1 可知，隨著水灰比的的增加，坍落度存在一定程度的增大，但會降低耐久性，因此需要限制最大水灰比。圖2 可以看出水灰比的提高會降低抗壓強度，隨水灰比增大，7d 和28d 抗壓強度均降低。因此隨著水灰比的持續(xù)增大，混凝土強度會快速下降。綜合考慮坍落度和抗壓強度，水灰比應(yīng)選擇0.35。

圖1 水灰比對坍落度的影響

圖2 水灰比對抗壓強度的影響

（2）砂率

根據(jù)《輕骨料混凝土橋梁技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定，輕質(zhì)高強混凝土的砂率一般在 40%～50%范圍內(nèi)，隨著砂率的增大，輕質(zhì)高強混凝土的強度有一定程度的提高，同時拌合物的和易性也有所改善[4]。但是，砂率過大對混凝土也存在不良影響，容易產(chǎn)生離析，降低混凝土強度。因此在橋面鋪裝層修復(fù)工程中，采用40%作為配合比砂率。

（3） 陶粒混凝土配合比的確定

通過室內(nèi)試驗研究，綜合考慮水灰比與砂率含量對陶粒混凝土的工作性能和力學(xué)性能的影響，對配合比進行研究，最終確定陶粒混凝土的最佳配比為：水灰比0.39，砂率40%，水泥：砂：頁巖陶粒：水：早強劑：纖維=525：706：598：205：10.5：6.3。

3.2 陶粒混凝土與普通混凝土性能對比

（1）收縮特性

混凝土的收縮特性與結(jié)構(gòu)的承載能力、變形特性以及耐久性能都存在著很大關(guān)聯(lián)。對于頁巖陶粒混凝土主要考慮干縮特性，在相同配合比條件下，對陶粒和普通混凝土均采用水泥混凝土干縮性試驗方法（T 0566-2005）進行試驗，其結(jié)果圖3 所示，可以發(fā)現(xiàn)陶粒混凝土早期收縮性能明顯低于普通混凝土，但在56d 時陶粒混凝土的收縮性能高于普通混凝土，這主要是由于陶粒混凝土“蓄水池”作用引起的延遲收縮。

圖3 陶粒與普通混凝土收縮性能

（2）抗?jié)B性能

混凝土是一種多孔性材料，當(dāng)存在氣壓差時，必然會由于氣壓的驅(qū)動力作用導(dǎo)致液體或氣體向低壓處遷移、滲透，這種現(xiàn)象稱為混凝土的滲透性[5]。本文采用電通量法對兩種混凝土進行抗?jié)B性試驗，結(jié)果如圖4 所示。普通混凝土的電通量要比陶粒混凝土的電通量高出1000 庫倫，表明其滲透物質(zhì)遠遠高于陶粒混凝土中，因此陶粒混凝土相較于普通混凝土抗?jié)B性能更為優(yōu)異。這主要是由于頁巖陶粒雖為多孔結(jié)構(gòu)，但其多為不連通孔隙，并無明顯的連通孔隙形成水通道，因此具有更好的抗?jié)B性能。

圖4 陶粒與普通混凝土抗?jié)B性能

（3）抗凍性能

抗凍性能主要是指混凝土抵抗凍融循環(huán)的作用，是決定結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素。依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082-2009）中進行凍融試驗，計算強度損失率和質(zhì)量損失率。由于未達到100 次凍融循環(huán)下已經(jīng)出現(xiàn)破壞，因此圖5 繪制了50 次凍融循環(huán)下強度損失率和質(zhì)量損失率。實驗結(jié)果表明陶粒混凝土的抗凍性明顯優(yōu)于普通混凝土，50 次凍融循環(huán)作用下強度和質(zhì)量損失率降低了73.8%和53.3%。顯示出了優(yōu)良的抗凍性。

圖5 陶粒與普通混凝土抗凍性能

3 依托工程的應(yīng)用

3.1 工程概況

松溪大橋（上行橋）位于省道302 線松溪段松源鎮(zhèn)內(nèi)。因橋面鋪裝破損嚴(yán)重，混凝土大面積開裂，部分橋面露筋，嚴(yán)重影響行車舒適性及行車安全，決定實施橋面修復(fù)，本次橋面修復(fù)采用陶粒混凝土作為橋面鋪裝層的修復(fù)材料，修復(fù)結(jié)構(gòu)如圖6 所示：

圖6 松溪大橋橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層

根據(jù)工程實際情況，本橋現(xiàn)場采用小型機具施工。具體的施工工藝主要為：施工準(zhǔn)備→破碎板修復(fù)→舊橋面鑿毛→橋面植筋→安裝鋼絲網(wǎng)片→清理、濕潤施工面→安裝、固定模板→拌和陶粒混凝土→陶粒混凝土運輸→攤鋪、振搗→表面處理→養(yǎng)護、鋸縫→開放交通。

4 結(jié)論

本文基于室內(nèi)配合比試驗，結(jié)合實體工程，對松溪大橋橋面鋪裝修復(fù)工程中頁巖陶粒混凝土的配合比設(shè)計，性能與施工工藝進行了分析研究，主要得出以下結(jié)論。

（1）水灰比是影響頁巖陶粒混凝土的工作性能和力學(xué)性能的重要因素。水灰比的增大有助于提高混凝土的和易性，拌和物的坍落度也會增加。頁巖陶粒混凝土的抗壓強度隨水灰比的增大而下降。

（2）早期陶粒混凝土的干縮特性明顯低于普通混凝土，陶粒混凝土的抗?jié)B性和抗凍性能也優(yōu)于普通混凝土，這主要是由于陶粒混凝土具有較多不聯(lián)動空隙，從而阻止?jié)B透和緩解膨脹應(yīng)力造成的。

（3）陶粒混凝土應(yīng)格外注意現(xiàn)場拌和時水的用量，以免降低混凝土使用性能。同時鑒于陶粒的吸水性較強，應(yīng)做好早期濕養(yǎng)護。