摻合料應用于道路碾壓混凝土及其路面施工技術

張國毅 廖 凌

（1.江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210005；2.江蘇新湖寶華置業有限公司，江蘇 句容 212415）

碾壓混凝土是一種單位用水量較少、坍落度為零的超干硬性混凝土，適用于道路工程、壩體工程等大體積混凝土工程。碾壓混凝土路面是采用瀝青路面攤鋪機將超干硬性的道路碾壓混凝土攤鋪，并用壓路機碾壓成型，修筑而成的一種路面結構。上世紀80年代道路碾壓混凝土技術傳入我國后得到了一定發展，雖然目前瀝青與瀝青混合料已成為我國高等級公路面層的主要修筑材料，但由于碾壓混凝土自身具有可大面積連續澆筑、施工質量與強度有保證、設備利用率與機械化程度高、可摻加大量摻合料、減少工程成本、工期較短等優點，較之瀝青混合料在抗車轍能力、水穩定性、耐磨性、耐油性、使用壽命、養護與維修費用等方面也具有一定優勢，且有助于緩解我國當前建設需求與建設資金、資源等的矛盾，故在我國道路建設中具有較好的應用前景——適用于路面面層，特別是高等級公路面層的維修與改造、高等級公路碾壓混凝土與瀝青混凝土復合面層的新建、一般公路面層的新建，也適用于路面基層、軟土地基上的路基工程等。

本文綜合近期國內外對道路碾壓混凝土的最新研究成果與工程實踐經驗，結合筆者對高摻量粉煤灰道路碾壓混凝土、磨細礦渣粉道路碾壓混凝土、硅灰道路碾壓混凝土等的試驗研究結論，探討了道路碾壓混凝土的摻合料及其發展，論述了碾壓混凝土路面的施工技術，以期更好地指導工程實踐。

1 道路碾壓混凝土的摻合料及其發展

混凝土摻合料技術是指在混凝土拌和前或拌和過程中，在其中摻入活性或非活性的磨細礦物摻合料，用以節約水泥用量、改善混凝土和易性等的新技術。該項新技術同樣適用于道路碾壓混凝土，摻合料不僅可以取代部分水泥、減少水泥用量、降低工程成本；而且可以改善道路碾壓混凝土稠度、耐久性等技術性能；此外，適用于道路碾壓混凝土的摻合料多為具有一定活性的固體工業廢渣，它們的使用具有節約能源、保護環境、變廢為寶的作用。故在道路碾壓混凝土中摻用摻合料，具有十分顯著的技術、經濟、環保效益。

縱觀當前世界各國道路碾壓混凝土摻合料研究與應用現狀，適宜用作道路碾壓混凝土的摻合料主要有粉煤灰、磨細礦渣粉、硅灰等。對于粉煤灰摻合料的研究開展較早，粉煤灰取代水泥量5%～30%的中低摻量粉煤灰碾壓混凝土在我國道路工程中已有較多的應用，筆者認為其已不屬于新技術范疇。當前，道路碾壓混凝土摻合料的發展主要體現在以下三方面：

其一，高摻量粉煤灰道路碾壓混凝土的應用。粉煤灰摻量的提高可以在更大程度上節約水泥用量、降低工程成本、利用工業廢料、保護資源環境，但也會在很大程度上改變道路碾壓混凝土的技術性能。孫偉院士、曹誠等人分析了高摻量粉煤灰對道路碾壓混凝土強度的影響及其機理，研究表明雖然碾壓混凝土的早期強度會隨著粉煤灰摻量的提高而下降，但高摻量粉煤灰對強度的影響會逐漸從早期的負效應轉變為后期的正效應，高摻量粉煤灰對碾壓混凝土抗折強度的影響效應大于抗壓強度。2002年印度首次將高摻量粉煤灰碾壓混凝土應用于從Ropar至Punjab公路的面層修筑，所用碾壓混凝土層厚30cm，粉煤灰取代水泥量高達50%，28d抗壓強度、抗折強度分別為41.6MPa、7.6 MPa，取得了很好的技術與經濟效果。

其二，其它品種摻合料的應用。隨著我國基礎設施建設的不斷發展，僅依賴粉煤灰一種作為道路碾壓混凝土的摻合料，并不是實現環保與建設可持續發展的最佳之路，應當積極研究其它品種摻合料應用于道路碾壓混凝土的技術、經濟特性。就強度而言，摻入硅灰的效果最佳，摻入磨細礦渣粉的效果其次，而摻入粉煤灰則會在一定程度上降低道路碾壓混凝土的強度。但對于道路碾壓混凝土的實際工程應用而言，不僅需要考慮到強度等技術性質，經濟成本也是不可忽視的重要方面。目前粉煤灰與磨細礦渣粉的市價差別不大，而硅灰自身的成本很高，約是前兩者的20倍；在中、高摻量時，每方硅灰道路碾壓混凝土的成本要高出粉煤灰碾壓混凝土、磨細礦渣粉碾壓混凝土約1000元左右。故雖然硅灰道路碾壓混凝土的技術性質優于其它兩者，但在工程中大量推廣的前景不好；相比目前使用最多的粉煤灰道路碾壓混凝土，磨細礦渣粉道路碾壓混凝土的強度更高、而成本接近，將來具有很好的應用前景，特別是在礦渣廢料來源較多的地區。

其三，多種摻合料復摻技術的應用。最新研究表明，粉煤灰、磨細礦渣粉、硅灰等摻合料各自具有其獨特的優點，將兩種或兩種以上的摻合料復合應用于道路碾壓混凝土，不僅可以發揮各種摻合料的技術長處、而且可能具有“1＋2≥3”的超疊加效應。從上世紀90年代開始，國外在道路碾壓混凝土中應用了“粉煤灰＋硅灰”的復摻技術，他們的研究表明，同時摻入5%粉煤灰與5%硅灰的技術效果相當于摻入10%硅灰的技術效果，但復摻后的經濟成本卻大幅降低。國內外不少學者的研究結論表明“磨細礦渣粉與粉煤灰以質量比4:1復摻”具有很好的技術經濟效果，對于我國粉煤灰應用技術成熟且易于獲得的多數地區，可采用“以粉煤灰為主，復摻磨細礦渣粉”的方法。

2 碾壓混凝土路面施工技術

施工技術與施工質量對于道路碾壓混凝土工程的最終質量具有直接影響。研究表明，碾壓混凝土的抗壓強度、抗折強度與其壓實度有著極好的相關性，均隨著壓實度的降低而顯著下降，因此在道路碾壓混凝土施工過程中，提高路面的壓實度可以提高碾壓混凝土路面強度與質量。但由于碾壓混凝土超干硬性等特點，其施工具有一定難度與特殊性，壓實度和平整度問題、以及如何實現壓實度與平整度的協調統一是道路碾壓混凝土施工的技術難題，路面平整度的不足會制約碾壓混凝土在路面工程中的應用。目前，國內外經過大量道路碾壓混凝土工程的實踐形成了許多新的施工技術經驗，除了做好施工機械的選型與配套外，主要體現在道路碾壓混凝土“拌和－運輸－攤鋪－壓實－養護”一系列施工過程中。

（1）道路碾壓混凝土的拌和

現有研究表明，保證道路碾壓混凝土拌和質量的技術要點在于以下四點：

①控制好直接影響混凝土稠度與水灰比的單位用水量；

②控制好拌和時間，防止松散狀碾壓混凝土混合料的離析；

③控制好粗集料粒徑，粒徑大易造成離析；

④注意粉煤灰等摻合料的品質?；炷恋某矶炔粌H體現拌和時的和易性，還直接影響施工時的可修整性，因此是需要嚴格監控的技術參數，針對道路碾壓混凝土超干硬性的特點，目前英、美、日等大多數國家都采用改進VC法來評定其稠度，這一方法亦適合中國。在總結數條碾壓混凝土道路工程實踐經驗的基礎上，中國工程界提出了適合大型機械化施工的集料最大粒徑20mm、砂率35%～47%的道路碾壓混凝土集料合成級配，以及改進VC值40±5s的稠度設計指標。

（2）道路碾壓混凝土的運輸

大量實踐經驗表明，道路碾壓混凝土的運輸應注意以下問題：運料車高度合適，既要能保證其順利進入拌和機卸料斗下裝料，又不致使混凝土因落距過大而造成離析；道路碾壓混凝土拌和物的運輸時間應在30mim以內，以保證其在拌和完成后2h內壓實完畢，若不能達到此要求應摻加緩凝劑；當運輸時間超過15mim時，應采取覆蓋措施，盡量減少混凝土的分損失等。

（3）道路碾壓混凝土的攤鋪

攤鋪是碾壓混凝土路面施工的關鍵工序，也是碾壓等后續工序的基礎，直接關系到最終壓實后路面的平整性。目前國內外研究表明，對攤鋪質量的要求主要體現在“保證較好的攤鋪平整度”和“保證足夠的預壓密實度”上，為此，所用攤鋪機的均衡供料系統和自動找平系統應工作性能良好。根據我國數條試驗路的鋪筑經驗，采用帶強力熨平板的攤鋪機型，應能保證成型后路面平整度達到3mm，攤鋪預壓密實度在85%以上。在具體攤鋪過程中，應首先試驗確定松鋪系數，然后由推土機粗平后，再用進行人工精平，并注意控制好標高、攤鋪速率等，以此來保證厚度滿足要求、攤鋪作業連續、攤鋪效果均勻。值得一提的是，以往對碾壓混凝土攤鋪的研究主要是借助工程現場的實踐經驗、而缺少相應的試驗研究，長安大學楊士敏教授在深入分析道路碾壓混凝土熨平攤鋪機理的基礎上，研制出了碾壓混凝土路面攤鋪成型室內試驗設備，利用該設備可在室內進行碾壓混凝土路面實際攤鋪試驗。

（4）道路碾壓混凝土的壓實

法國公路局的研究表明，道路碾壓混凝土的密實度降低5%易導致其強度降低20%～30%，而無流動性道路碾壓混凝土的密實度主要取決于外界機械的壓實效果，因此壓實工序及其效果直接關系到最終道路質量。在實際工程中道路碾壓混凝土的壓實通常要進行初壓、復壓、終壓幾個階段，其中碾壓速度的控制較為關鍵，國內的研究認為振動壓路機初壓速度宜為3km/n、三輪終壓速度宜為1.5km/n～2km/n。目前，道路碾壓混凝土壓實技術的新發展主要體現在混沌振動碾壓技術上，該技術的關鍵在于應用新型寬頻帶混沌振動壓路機代替傳統的單頻振動壓路機對道路碾壓混凝土進行壓實，使碾壓混凝土混合料得到全頻域最優共振，從而獲得近似最密實的碾壓效果。我國龍運佳教授對此進行了系統研究，經土槽實驗證明混沌振動碾壓可比傳統振動碾壓提高功效12.2%，碾壓密實均勻度也有所提高，并與上海工程機械廠、徐州工程機械集團合作開發出了國產混沌振動碾壓機，具有較好的工程應用前景。

（5）道路碾壓混凝土的養生

碾壓混凝土路面的養生與普通混凝土路面基本相同，但由于碾壓混凝土本身水分少，應特別注意定時灑水養生，以保持混凝土表面濕潤，養生期通常需至7d。

此外，對于碾壓混凝土路面的抗滑性問題，可應用緩凝除漿裸露工藝，在施工時采用灑水、研磨等加速裸露的方法。交通部公路科學研究所研制的射槍式拉桿設置裝置、水泥混凝土路面脹縫密封裝置與縮縫密封材料、輕便式灌縫礬具等成果可有效解決碾壓混凝土路面的接縫問題。

特別值得一提的是，近年來鋼纖維碾壓混凝土成為新的發展方向并開始在工程中應用。2006年9月竣工的山西太舊高速公路路面大修工程便采用了這種新型鋼纖維碾壓混凝土，但在施工過程中施工人員普遍感覺由于碾壓混凝土較為干硬，鋼纖維分散困難，造成碾壓混凝土均勻性下降，局部存在較大蜂窩現象，施工難度很大。目前，國外對于道路鋼纖維碾壓混凝土施工技術的研究取得了一定進展，法國發明了一種能溶于水的新型“粘結劑”，該外加劑在施工過程中既可防止鋼纖維形成團狀、又能在適當的時間釋放鋼纖維，保證拌和后鋼纖維在碾壓混凝土中處于均勻分散狀態。筆者認為國內對于類似外加劑的研發以及道路鋼纖維碾壓混凝土施工技術的研究急待深入，以便更好地指導類似新型道路碾壓混凝土應用于我國道路工程建設。

結語

（1）道路碾壓混凝土與傳統普通水泥混凝土、瀝青混合料相比均具有其獨特的優點，且有助于緩解當前我國建設需求與建設資金、資源等的矛盾，在道路建設中具有較好的應用前景。

（2）道路碾壓混凝土摻合料技術的新進展主要體現在粉煤灰摻量的提高、其它品種摻合料的應用、多種摻合料的復摻等方面。高摻量粉煤灰道路碾壓混凝土具有更好的經濟、環保效益；硅灰道路碾壓混凝土的技術性質最好，但成本過高，難以大量推廣；磨細礦渣粉道路碾壓混凝土的強度優于粉煤灰道路碾壓混凝土，且成本接近，具有很好的應用前景。道路碾壓混凝土的摻合料復摻技術可以進一步提高其技術性能、降低經濟成本。

（3）道路碾壓混凝土施工的技術難點在于如何實現平整度、壓實度以及兩者的協調統一，施工新技術體現在“拌和－運輸－攤鋪－壓實－養生”一系列關鍵工序中，需保證其稠度穩定、運輸合理、攤鋪均勻、碾壓密實、養生充分。稠度設計指標的提出、攤鋪成型室內試驗設備的研制、混沌振動碾壓技術的研究與產業化、道路鋼纖維碾壓混凝土的應用與施工技術研究等成為新的發展亮點。

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