次轻混凝土在预制拼装快速修复技术中的应用.pdf

2 0 1 5年 第 5 期 (总 第 3 0 7期 ) N u mb e r 5 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 7) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CONCRE TE P RODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 5 0 3 6 次轻混凝土在预制拼装快速修复技术中的应用 范瑛宏 ，彭鹏 ， 侯子义2 ( 1 河北工业大学 土木工程学院， 天津 3 0 0 4 0 1 ； 2 交通运输部公路科学研究院， 北京 1 0 0 0 8 8 ) 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 3 0 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 2 0 0 k g I m 。 。 关键词： 预制拼装技术 ； 次轻混凝土 ； 干表观密度； 干缩性 ； 耐磨性 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 1 3 4 0 3 Ra p i d r e p a r a t i o n t e c h n o l o g y f o r p r e c a s t s l a b o f s p e c i f i e d d e n s it y c on c ret e F AN Yi n g ho n g ， P ENG Pe n g ， HOU Zi yi ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， H e b e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ； 2 Re s e a r c h I n s ti t u t e o f H i g h wa y， Mi n i s t r y o f T r a n s p o ， Be i j i n g 1 0 0 0 8 8， C hin a ) Abs t r a ct ： Th e mo s t o b vi o u s s ho r t ag e o f r a p i d r e p ara t i o n t e c h n o l og y f o r p r e c a s t s l a b i s t he s l a b o f we i g h t Th e we i g h t o f p r e c a s t s l a b c a n b e r e d u c e d b y u s i n g s p e c i fi e d d e n s i t y c o n c r e t e t o s o me e x t e n t T h r o u g h a n a l y z i n g t h e wo r k a b i l i ty o f c o n c r e t e mi x t u r e a n d me c h an i c a l p r o p e r t i e s ， d e t e r mi n i n g the c e r a ms i t e r e p l a c e r a t e wa s 3 0 ， mo r e ov e r， the s p e c i fie d d e n s i t y c o n c r e t e c a l l s a ti s f y the p r e c a s t s l a b o f pa v e me n t p e r f o rm a n c e， s u c h a s d r y i n g s h r i n k a g e s ， a b r a s i o n r e s i s t a n c e and s o o n Mo r e i mp o r t a n t l y， the p r e c a s t s l a b o f we i g h t c a n be d e c r e a s e d b y a b o u t 2 0 0 kg m Ke y wo r d s： p r e c a s t a s s e mb l y t e c h n o l o g y； s p e c i fi e d d e n s i ty c o n c r e t e； d r y a p p are n t d e n s i ty； d r y i n g s h r i nk a g e s ； a b r a s i o n r e s i s t a n c e 0 引言 1 试验原材料 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 。 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 。 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。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 0 7 1 3 4 水泥 ： 北京金隅 P O 4 2 5 级水泥 ， 密度为 3 1 5 0 k g m ； 砂 ： 中砂 ， 细度模数 2 6 ， 表观密度为 2 6 5 0 k g m ； 碎石 ： 石灰岩碎石 ， 表观密度 2 7 0 0 k g m ， 粒径范 围为 4 7 5 - 3 1 5 1T i m( 分三档料 ： 大 1 9 - 3 1 5 n l n l ， 中 9 5 1 9 i n i n ， ， J 、 4 7 5 9 5 mm) ； 陶粒： 碎石型页岩陶粒， 密度级为7 0 0 ， 粒径 4 7 5 - 3 1 5 m m， 连续级配 ， 堆积密度 7 0 9 k g m ， 表观密度 1 5 0 4 k g m ， 筒 压强度 3 0 MP a ， 1 h吸水率 1 0 ； 水 ： 自来水。 2 次 轻 混 凝 土 配合 比确 定 2 1 次轻混凝 土配合 比试拌 将普通混凝 土作 为基准混凝 土， 强度等级 为 C 4 0 ， 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 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 ， 具体单位 体积各 材料用 量如 表 1 所 示。 由于 采用未预湿的陶粒， 因此， 需要在拌和过程中加入附加用 水量 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 混 凝土基 准 配合 比及次轻 混 凝土 各材料 用量 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 行混凝土拌和 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。 同时根据规范口 J ， 对于预制板等构件采用 平板振动 台振实 ， 坍落度要求 在 3 0 8 0 m lT l 。 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 3 0 - 5 0 r l l i n 。 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 1 2 0 r a i n ， 并且 已经 出现离 析泌 水 ， 工作性较差 。 如图 1 所示试验中坍落度 的测定 。 图 1 取 代率 为 5 0 时的坍 落度 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 5 0 的混凝土拌和 预估取代率大于 7 0 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 7 0 、 1 0 0 的 试验 ， 控制其坍落度满足路用要求 ， 蓝色虚线为小于7 0 的 取代 率 ， 图2 混凝土拌合物坍落度的变化 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 7 0 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 5 0 的次轻混凝土的坍落度进行调整 ， 在拌和过程 中减少 水的用量 ， 将坍落度控制在 5 0 r n n l 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 料用量如表 2所示。 表 2调整 后 的基准 配合 比及 1 m。次 轻混 凝土各 材料 用量 2 2 次轻混凝土力学性能分析 2 2 1 试验方法 次轻混凝土强度试验采用尺寸为 1 5 0 r n r n x 1 5 0 m m X 1 5 0 m m的标准抗压试件 ， 尺寸为 1 0 0 i n l n 1 0 0 m n l 4 0 0 r l l lT l 的抗折试件。 根据次轻配合 比设计进行 试验 ， 在混凝土拌 和成 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 7 、 2 8 d 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。 2 2 2 结果分析 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 8 5以后的抗折强度值。 表 3混凝土抗 压 、 抗折 强度试 验结 果 ： +抗 压强度 变化 +抗 折强度 变化 ： _ _ _ _ 鹱 $ U l U 2U jU 4 U U O U ， U U U l UU 取代率 ， 图 3 次轻混凝土强度变化 由表 5和图 3结果可知 ： ( 1 ) 次轻混凝 土 7 d 强度能够达到 2 8 d强度约 7 0 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 7 0 的次轻混凝 土 1 3 5 5 0 5 O 5 0 6 6 5 5 4 4 如躯 粥 日 d I 苣 想 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 抗压强度能够满足路 用要 求 ， 抗折强度小 于 5 MP a ， 不能 满足路用要求。 而取代率为 1 0 0 ， 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 昆 凝土来说 ， 折压 比一般为 0 0 8 3 - 0 1 2 5 ， 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 2 8 d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 ， 折压比变化规律如图4所示。 取代翠 ， 图4次轻混凝土折压比变化 由图 4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 8 0 - 9 0 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 图中4折压 比在取代率 8 0 9 0 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 3 0 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。 3 次轻 混凝 土路 用性 能验 证 3 1 次轻混凝土千表观密度 3 1 1 试验方法 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 ， 采用抗 压强度 的标准试件 ( 1 5 0 m m 1 5 0 m m1 5 0 m m) ， 将试件放置在 1 0 5 1 1 0 o C 烘箱 中， 烘 干至恒重后称重 ， 并测 定试 件 的体积 。 根据式 ( 1 ) 计算 出 干表观密度 ： ： m 1 0 。 ( 1P )I 7 U x 式 中： p 烘干后混凝土的表观密度 ， k g m ； 烘干后混凝土的质量 ， g ； 烘干后混凝土试件 的体积 ， c r n 。 3 1 2 结果分析 由于预制拼装的混凝土路面板在 自然状 态下经受行 车荷载的作用 ， 因此 ， 评定预制板 的 自重用 干表观密度与 实 际的使用状态相差较大 ， 因而 ， 在 进行 干表观密度测定 前 ， 将从标准养护问取出的试件擦除表面水分 ， 用称量 为 5 k g ( 感量 2 g ) 的托盘天平称重。 计算得 出试件 自然含水 时次轻混凝土的表观密度。 】 36 - 将经标准养护2 8 d龄期后的试件， 擦出表面水分后， 在 电子称上称重 ， 并根据式 ( 1 ) 计算得 出次轻混凝土 的表 观密度如表 4所示 。 然后 ， 将试件 放入烘箱 ， 温度设 定为 1 1 0 o C ，烘干至恒重 。 通过式( 1 ) 计算得出次轻混凝土 的干 表观密度 ， 如表 5所示。 表 4 表观密度试验结果 ， m C 4 0 普通混凝土拌合物 的表观密度为 2 4 5 0 k g m 3 ， 而经养护2 8 d 标准试件的表观密度与拌合物的表观密度近 似相等。 不同表观密度对比变化如图 5 所示。 由此可知， 采用 次轻混凝土作预制拼装 的路面板可减轻板 自重达 2 0 o k g m 3 。 2 5 0 0 24 0 0 2 300 2 2 0 0 2 l 0 0 2 0 0 0 口普通混 凝土表 观密度 次轻混凝土表观密度 h h In un 编号 图5 不 同表观密度的对比 3 2次轻混凝土耐磨性 能 3 2 1 试验方法 将次轻混凝土用作预制拼装路 面板还需要 满足耐磨 抗滑性能 ， 对行车的安全性具有重要 的影 响， 同时较高的 磨耗量会导致粉尘污染 ， 进而影响行车 的舒适 性。 轻集料 陶粒 自身强度相对较低 ， 因此 ， 对次轻混凝土 的磨耗量进 行验证是非常必要的。 根据式( 2 ) 计算混凝土的磨耗量： G = ( 2 ) c ( 2 式 中： G 单位面积的磨损量 ， ， m 2 ； m 试件的初始质量 ， k g ； r n 试件磨损后的质量， k g ； 0 0 1 2 5 试件磨损 面积 ， m 。 3 2 2 结果分析 经过磨耗后的试验结果如表 6 。 再 根据式( 2 ) 计算得 出次轻混凝土 的磨耗量 ， 如表 7 所示。 表 6 磨耗后结果 下转第 1 4 4页 ( f鼍 善 糖镤 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m E 3 C o m i t e e u r o i n t e r n a t i o n a l d u b e t o n C e b ti p m o d e l c o d e E s ， 1 9 90 E 4 3 G A R D N E R N J ， L O C K MA N M J D e s i g n p r o v i s i o n s f o r d r y i n g s h r i n k a g e a n d c r e e p o f n o r m a l s e n g t h c o n c r e t e E J 7 A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 0 1 ， 9 8 ( 2 ) ： 1 5 9 1 6 7 5 3泮忠元， 王社良 大体积混凝土( 核电站安全壳) 预应力损失分 析 J 水利与建筑工程学报， 2 0 0 9 ， 7 ( 1 ) ： 3 - 6 3王勋文， 潘家英 按龄期调整有效模量法中的老化系数 x的取 上接第 1 3 6页 表 7次轻混凝土磨耗量 k g m z 查 阅现行 的公路水泥混凝土路面设计 规范及路 面施 工技术规范中， 对混凝土路面 的磨耗量没有 明确 的要 求 ， 因而， 参照规范及文献 6 7 中用于路面水泥的耐磨性要 求， 磨耗量不大于 3 6 k g m 。 由表7可知， 次轻混凝土的 磨耗量远远小于该值 ， 因而 ， 将次轻? 昆 凝土应用于 预制 拼 装快速养护技术中路面板 的耐磨性可以满足路用要求 。 3 3 次轻混凝土干缩性能 3 3 1 试验方法 试件 尺寸为 1 0 0 m m 1 0 0 mm 4 0 0 mm 作 为干缩 性能试验。 干缩 室温 度 控制 为 ( 2 02 ) ， 相 对 湿度 为 ( 6 0-+ 5 ) 。 采用千分表测定 次轻混凝 土在不同龄期 的干 缩值 ， 利用干缩率 ( 干缩值 试件初始长度 ) 评价次轻混凝 土的干缩性能。 试件经 3 d龄期 ( 从混凝土拌 和加水 开始 计算 ) 后从标准养护室取 出， 移入到干缩室测定初始 的长 度 ， 并分别记录 3 、 7 、 1 4 、 2 8 、 6 0 d的千分表读数。 3 3 2 结果分析 经计算整理得出随着龄期的增长 ， 次轻混凝土干缩量 的变化如表 8 所示。 计算得出各个龄期范围内次轻混凝土 的干缩率 。 干缩率随龄期变化如图 6 所示。 表8各龄期的干缩量 1 4 4 龄期 ， d 图 6 干缩率随龄期的变化 值问题 J 中国铁道科学， 1 9 9 6 ， 1 7 ( 3 ) ： 9 第一作者： 廖开星( 1 9 8 4一) ， 男， 硕士研究生， 主要从事核电老化 联 系地 址 ： 联系电话 与寿命管理 、 核电站混凝土耐久性方面的工作。 苏州市姑苏区西环路 1 7 8 8号 苏州热工研究院有限公 司( 2 1 5 0 0 4 ) l 8 8 0 6 21 8 0 91 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 3 0 时， 1 8 0 d的干缩值最小 。 由图 6可知 ， 次轻混凝土的干缩值远 小于普通混凝土 的干缩值 3 9 31 0 I ” m。 因而 ， 进一 步验 证 了采用陶粒取代率为 3 0 应用 于预制拼装路面板 的可 行性 。 4结论 ( 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 3 0 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 3 0 的次轻混凝土路面板 比普通混 凝 土 路 面 板 降 低 自重 约 为 2 0 0 k g m 。 耐 磨 量 仅 为 0 8 k g m ， 龄期 6 0 d时的干缩率约为4 0 8 1 0 ， 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 ) 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 。 参考文献 ： 1 傅智 水泥混凝土路面养护新技术研究 J 公路交通科技， 2 0 0 6 ( 1 )： 2 12 4 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， 2 0 1 1 3 J G J 5 1 2 o o 2 ， 轻骨料混凝土技术规程 s E 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 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 3 7 4 1 5 J T G E 3 0 -2 0 0 5 ， 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 s E 6 J T G F 3 0 -2 0 0 3 ， 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， 等 次轻混凝土在隧道路面结构中的 应用研究I- J - I 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 1 0 1 1 0 3 8 林元贵 高强次轻混凝土的配制及性能研究 J 福建建材， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 3 7 3 8 。 5 1 第一作者 ： 联 系地 址 ： 联 系电话： 范瑛宏( 1 9 8 8 一) ， 女 ， 硕士研究生 ， 研究方向： 路基路 面工程。 天津市北辰区河北工业大学北辰校区( 3 0 0 4 0 1 ) 1 5 5 22 6 61 9 0 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m