抛填骨料工艺在水泥混凝土路面工程中的应用.pdf

2 0 1 1年 第 8期 (总 第 2 6 2 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACT I CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 4 9 抛填骨料工艺在水泥混凝土路面工程中的应用 吴鹏 ，沈卫国 ，崔啸字 ，李家胜 ，邹晓天 ，熊春兵 。 ( 1 襄阳市利 民工程质量检测有限公司 ，湖北 襄阳 4 4 1 0 0 3 ；2 武汉理工大学 材料科学与工程 学院 ，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ； 3 ，襄阳汇通路桥公 司，湖北 襄 阳 4 4 1 1 0 0 ) 摘要： 采用抛填骨料工艺， 在混凝土浇筑或摊铺过程中均匀撒布一定的骨料， 可以形成“ 骨料嵌锁型混凝土” 。 通过路面工程中的应用证 明抛填骨料混凝土可以显著提高混凝土的 抗压强度， 7 d 抗折强度稍有降低， 2 8 d 抗折强度略有提高。 工程应用路段强度能满足抗折 5 0 MP a 的强度标准 此法能够明显减少路面浮浆和泌水等病害， 降低水化热和收缩率， 早期开裂和断板情况明显减少。 应用表明： 抛填骨料路面混 凝土具有显著的技术经济效益。 关键词： 抛填骨料工艺； 混凝土路面； ： 程应用；强度；抗裂性 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 6 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 1 4 7 0 3 Engi ne er i ng a ppl i c a t i on o f s c a t t e r i n g- f i l l i ng ag gr eg a t e p r oc e s s i n c e m e nt c onc r e t e p av em e nt WUPe n g ， S HE N Wc i - gu o 。 ， CUI Xi a o y u ， LI J i a s h e n g2 , ZOUXi a o t i a n ， XI ONG Ch t m b o mg ( 1 Xi a n g y a n gL i minE n g i n e e ri n gQu a l i t y De t e c t i o nL t d ， Xi a n g y a n g4 4 1 0 0 3 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f M ate ri a l s Sc i e n c e a n dEn g i n e e r i n g， W u h a nUn i v e r s i t y o f Te c hn o l o g y， W u h a n4 3 0 0 7 0， Ch i n a； 3 Xi a n g y a n gH u i ton gR o a d a n d Bri d g eC o ， L t d ， Xi a n g y a n g4 4 1 1 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： A n e w t y p e o f c o n c r e t e“ a g g r e g a t e i n t e r l o c k i n g c o n c r e t e ” wa s p r e p a r e d b y a n e w me t h o d c a l l e d s c a t t e r i n g - fi l l i n g a g gre g a t e p r o c e s s ( i e s c a t t e ri n g a c e r t a i n v o l u me fr a c t i o n o f c o a r s e a g gre g a t e i n t h e c o n c r e t e d u r i n g p o u r in g o r p a v i n g p r o c e s s ) T h e Ap p l i c a t i o n o f t h i s me t h o d i n t h e r o a d e n g i n e e r i n g i n d i c a t e s t h a t t he c o mp r e s s i v e s t r e n g t h of c o n c r e t e i n c r e a s e s ma r k e d l y， fle x u r a l s t r e n g t h a t 7 d d e c r e a s e s a l i a l e wh i l e t h e 2 8 d i mp r o v e s s l i g h t l y T h e s t r e n gth o f c o n c r e t e p a v e me n t e n g i n e e r i n g a p p l y i n g t h i s me t h o d c a n me e t t h e d e s i g n i n g fl e x u r a l s t r e n gth s t a n d a r d o f 5 0 MPa Th e l a i t a n c e a n d b r e e d i n g a t t h e t o p o f t h e c o n c r c f a c e r e d u c e s o b v i ou s l y， h y d r a t i o n h e a t a n d s h rin k a g e r a t i o o ft h e c o n c r e t e d e c r e a s e e arl y a ge c r a c k a n d f a c e p l a t e b r e a k a g e r a t i o o f c o n c r e t e r e d u c e s h a r p l y b y us i n g t h i s pr o c e s s Th e s c a t t e rin g fil l ing a g g r e g a t e c o n c r e t e pa v e me n t r e s u l t s i n t e c h n o l o g i c a l a n d e c o n o mi c a l be n e f t s s i gn i fic a n t l y Key wor ds ： s c a t t e r i n g fi l l i n g a g gre g a t e p r o c e s s ； c o n c r e t e p a ve me n t ； e n g i n e e r i n g a p pl i c a t i o n； s t r e n g t h； c r a c k r e s i s t a n c e 0 引言 在公路路面水泥混凝土中， 其主要的问题存在于振捣过程 中产生的离析、 泌水和表面浮浆以及早期收缩开裂和经济性不 高等方面。 在常规混凝土中胶材用量一般较高且集料体积含量 低， 集料的悬浮状态使得集料不能充分发挥其骨架和嵌锁作用。 骨料 ( 粗集 料 ) 是混凝 土的强 度骨架 ， 通常是混凝土材料 中强 度 最高、 耐久性最佳 、 体积稳定性最好的结构组分r 1 。 为了保证新 拌混凝土具有适宜的工作性， 减少拌和、 运输、 浇筑过程中的重 力离析， 集料的体积分数往往控制在较低水平 ， 粗细集料的体 积分数往往接近 6 5 t2 ， 粗集料体积分数在 4 0 左右。 混凝土中 只要骨料能和水泥浆体很好地结合， 其性能将随着骨料体积分 数的提高而改善， 且起到节约部分胶凝材料和提高水泥利用效 能的作用。 基于以上分析 ， 第一作者发明了抛填骨料工艺， 即在 不影响混凝土工作性前提下， 在混凝土浇筑或摊铺过程中， 通过 撒布的方式外加体积分数为 5 3 0 ( 以成品混凝土体积为基 准) 的骨料， 振捣密实， 形成一种“ 骨料嵌锁型混凝土” 的施工工 收稿日期：2 0 1 1 - _ O 2 一 O 9 基金项 目：湖北省交通局2 0 0 9 年科技专项资助 艺 ， 它能够明显克服常规混凝土中存在的主要缺陷， 且改善混 凝土的强度性能。 以寺沙路工程项 目为研究对象 ， 探讨了抛填骨料工艺在实 际工程中的应用效果与技术。 1 工程 概 况 湖北2 1 6 省道寺( 庄) 沙( 洋) 线由北向南贯穿湖北省中北部， 起于与河南省唐河县交界的湖北省枣阳市太平镇寺庄村， 经枣阳、 随州、 钟祥， 止于湖北省荆门市沙洋县 ， 全长 2 2 3 1 2 k m。 本次改 建起点位于枣阳市吴店镇( K5 2 + 5 0 0 ) ， 止于终点枣阳市清潭( 枣 阳市与随州市交界处， 桩号K7 4 + 7 1 5 2 5 8 ) 。 改建全长 2 2 2 1 5 k m， 按二级公路标准承建， 路基宽度 1 2 m， 路面宽度 9 m， 设计车速 8 0 k m h。 本次改建方案为对原路面软基进行处理 ， 然后在其上修 建 2 3 c m厚 C 3 0水泥混凝土路面。 抛填骨料工艺分为前场和 后场工艺， 本工程采用后场抛填工艺施工。 工艺原理示意图如 图 1 所示 。 1 4 7 一 十 1 龋 图 1 抛填 骨料工艺施工示意图 2 抛填骨料混凝土的试验研究 2 1 原材料 水泥 ： 钟夏牌和三峡牌 P C 3 2 5 级水泥， 对两种水泥进行 对 比试 验 ， 优选最佳水泥品种 。 水泥 的主要物理性能见表 1 。 表 1 水 泥的物理 力学性 能 粗集 料 ： 枣 阳无 量山罗皿石 料厂碎石 和洪 山石料 厂碎 石 ， 其物理性能见表 2所示； 抛填的骨料为 2 0 - -, 4 0 n l l n的洁净碎石。 表 2粗集料物理性能 砂： 吉河黄砂， 细度模数 3 0 ， 属于中砂， 表观密度 2 8 9 0 k g m 。 2 2配 合 比设 计 在以下所有配合比中所用粗集料均为 l ： 2 3 ： 1 ( 质量比) 进 行掺 和使用 。 2 2 1 常规混凝土配合比试验 采用三峡水泥和钟夏水泥的常规混凝土配合 比分别见 表 3 、 4 所示。 表 3 三峡水泥混凝土配合 比及强度 1 4 8 2 2 2 抛填 骨料混凝土配合 比试验 抛填骨料混凝土的配合比设计如表 5 所示。 表5 抛填混凝土配合比及强度 3结果 与讨论 3 1 两种 常规 水 泥混凝 土 强度 的比较 由图 2看 出 ， 采 用无量 山碎 石时 ， 随着三 峡水 泥用量 的增 加， 混凝土 2 8 d 抗压强度逐渐增加， 增长率达到 1 7 ； 钟夏水泥 混凝土强度增加明显， 增长率达到 2 8 。 而采用洪山碎石时， 三 峡水泥混凝土 2 8 d强度增长不是很显著， 增长率约为4 ； 钟夏 水泥混凝土强度在水泥量达到 3 8 0 k g m 后增长很小，仅增加 了 0 3 MP a 水 泥用 量 ( k g m ) 水泥用 量 ( k g m ) ( a ) 三 峡水泥 混凝 土 ( b ) 钟夏水 泥混凝 土 图 2两种 常规水泥混凝土抗压强度对比 ： E：= = 口 嚣 4 ： ： 一 蛞 3 _ l +7 d 无量山_ 7 d 洪山 蝠 +7 d 无量L L l +2 8 d 无量山 2 8 d 洪山 2 +2 8 d 无量J 水 泥用 量 ( k g m ) 水 泥用量 ( k g m 1 ( a ) 三峡水泥混凝土 ( b ) 钟夏水泥混凝土 图 3 两种常规水泥混凝土抗折强度对比 由图 3 看出， 采用无量山碎石时， 三峡水泥混凝土 2 8 d抗折 强度表现为先降后增， 总体表现是降低 ； 钟夏水泥混凝土 2 8 d 折 强度逐渐变大， 增长率为 1 7 。 采用洪山碎石时， 三峡水泥混凝土 2 8 d 抗折 强度 逐渐增加 ， 增长率 为 7 ； 钟夏水泥混凝土2 8 d抗 折强度都在 6 MP a以上， 在水泥量 3 8 0 k g m 达到极值 6 6 MP a 。 可见采用钟厦水泥的混凝土强度有显著提高， 因此抛填骨料混 凝土采用钟夏水泥。 3 2 抛填骨料混凝土强度 从图 4中可以看出， A组混凝土中， 抛入 2 0 - - 4 0 ml T l 碎石后 混凝土抗压强度有明显的提高； 7 d 抗折强度略有降低， 2 8 d抗 折强度有 显著 提高 ； B组混凝土 中 ， 抛入 8 和 1 2 的碎石使得 抗压强度分别提高了 1 2 和 1 0 ； 而抗折强度先增后减， 但均在 编号 编号 ( a ) 抗压 ( b ) 抗折 图 4 抛填骨料混凝土抗压与抗折强度 6 MP a以上 对于普通混凝土 ， 增加集料含量有利于改善强度5 ， 但也存在一个极值， 即确保混凝土内的浆体能够包裹骨料， 最终 能够振捣密实 在本工程中， 抛人 8 集料使得混凝土中达到最 佳集料体积含量， 现场观测混凝土成型不受影响 ， 因此强度得 到提高 而抛人 1 2 的集料使得混凝土难以振捣密实， 影响了最 终强度。 4 工程现 场质 量控 制措施 集料 ： 抛人的集料宜采用粒径为 1 9 3 1 5 mm 的洁净集料 ， 等级不低于基准混凝土中集料的技术要求， 特殊情况下抛填骨 料的最大粒径可放宽到 6 3 n l n 2 ， 集料中小于 1 9 1T i m的颗粒含量 应小于 5 。 基准道路混凝土 ： 混凝土的强度能达到设计要求， 出机坍 落度 3 0 5 0 m l n 之间， 摊铺坍落度 1 0 3 0 m n l ， 不可因为采用抛 填技术而增加或降低水灰比。 新拌基准混凝土必须就有很好的 抗离析性能， 以减少混凝土施工过程中的质量缺陷。 骨料抛填量 ： 抛填骨料的用量 由室内试验确定 通常混凝土 路面工程中的合理用量在 6 1 2 之间， 推荐使用 8 的用量 每延米水泥混凝土路面的骨料抛填量由式( 1 ) 确定： M= b x h x o t x p ( 1 ) 式中： 每延米骨料抛填量； b 路面宽度 ， m； 路 面厚度 ， m； 抛填骨料在混凝土中的体积率； P 抛填骨料的表 观密度 ， k g m 。 摊铺问题 ： 机械或者人工摊铺， 确保集料在混凝土中均匀 分布， 表面平整厚度适宜， 有利于形成稳定的内部结构。 模具 ： 模具支架的搭建应当严密无较大孔隙， 以免在摊铺 混凝土过程中出现漏浆现象， 这会降低浆体对集料的包裹 ， 产生 蜂窝等病害， 影响最终混凝土的致密化。 成型： 在原有混凝土振捣时问的基础上适度增加插入振捣 的时 间 ， 使 混凝土 中的富余浆体 充分包裹集 料 ， 形成致密 的混 凝土 。 5 抛填骨料混凝土路面使用效果 从 2 0 0 9年 8月开始， 襄樊市利民工程质量检测有限公司 在不同的龄期和不同标段 ， 对工程试验段的抛填骨料混凝土进 行钻心取样观察 ， 对试件的劈裂抗拉强度进行了检测 ， 检测数 据见表 6 。 从表 6看出， 经过一到三个月的服役表现 ， 检测工程试验 段的强度都高于设计强度指标( 抗折强度设计值为 5 0 MP a ) ， 观测发现路面外观完整， 因此抛填骨料混凝土在良好的质量控 表 6 抛填骨料混凝土的检测结果 桩号 距中 外观 龄期 试样高度 劈裂强度 折算抗折强度 m d m m MPa M P a 制措施的前提下强度不会低于常规混凝土， 完全能满足水泥混 凝土路面的使用质量要求。 通过抛填骨料在水泥混凝土路面工程中的应用 ， 混凝土 浮浆泌水现象基本消失 ， 有效提高了混凝土的耐磨性能； 抛填 骨料工艺降低混凝土水化热和收缩率 ， 混凝土面板的早期开 裂显著减少 ， 基本杜绝了断板现象。 通过抛填骨料 ， 可 以大幅 度降低混凝土的材料费用每平方米节约 4 5 元左右 ， 技术经济 效 益显著 。 6结 论 ( 1 ) 采用抛填骨料工艺仅用水泥 3 5 0 k g m 的水泥( 8 的抛 填骨料替代了部分水泥) 可以制备出2 8 d 抗折强度达到 6 0 MP a 以上 的路面混凝土 。 ( 2 ) 抛填骨料路面混凝土抗压强度有明显的增长， 但 7 d抗 折 强度有所 降低 ， 2 8 d 抗折强度略有增长。 ( 3 ) 采用 8 1 0 的抛填骨料的混凝土路 面强度能达 到 5 0 MP a的设计标准， 同时基本杜绝了面板浮浆和泌水现象 ， 收 缩开裂显著减少， 明显降低了早期断板的发生。 ( 4 ) 抛填骨料混凝土可降低材料费用 ， 技术经济效益显著。 参考文献 ： 1 O Z T U R A N T， e E G E N C E f f e c t o f c o a m e a g g r e g a t e t y p e o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e w i t h d i f f e r e n t s t r e n g t h s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 2 ) ： 1 6 5 1 7 0 2 ME HT A P K， A I T C I N P C P ri n c i p l e s u n d e r l y i n g p r o d u c t i o n o f h i g h p e r f o r m a n c e J C o n c r A g g r e g ， 1 9 9 0 ， 1 2 ( 2 ) ： 7 1 7 5 3 】 沈卫国 粗集料嵌锁型高强高性能混凝土的制备与性能【 J 】 硅酸盐学 报 ， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 5 ) ： 6 2 4 6 2 8 4 沈卫国 抛填集料工艺对混凝土力学性能的影响【J J 建筑材料学报， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 1 ) ： 7 1 1 - 7 1 6 5 1 ME DD A H M S ， S ali m Z i t o u n i ， S a i d B e l a a b e s E ff e c t o f c o n t e n t a n d p a r t i c l e s i z e d i s t rib u t i o n o f c o a r s e a g gre g a t e o n t he c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma s t e ri e s ， 2 0 0 9 【 6 吴中伟 高性能混凝土一绿色混凝土 J 】 混凝土与水泥制品， 2 0 0 0 ( 1 ) ： 3 2 6 7 】ME L T A P K R e d u c i n g t h e E n v i r o n me n t a l I mp a c t o f C o n c r e t e J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 1 ) ： 6 1 【 8 】ME H T A P KC o n c r e t e t e c h n o l o g y f o r s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t J C o n - c r e t e I n t e rna t i o n a l ， 1 9 9 9 ， 2 1 ( 1 1 ) ： 4 7 2 5 3 作者简介： 吴( 1 9 7 9 一 ) ， 男。 联系地址： 湖北省襄阳市中原路 3 9 号( 4 4 1 0 0 3 ) 联 系电话 ： 1 3 9 9 5 7 4 8 1 7 8 1 4 9 如 加 ：2 骥 蟮