碎石型頁巖陶粒混凝土在橋面鋪裝施工中的應用

葉定青

（南平市公路局松溪分局， 福建 南平 353500）

0 前言

橋梁建設是經(jīng)濟發(fā)展的基礎，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[1]。據(jù)調查統(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。本文結合松溪大橋橋面鋪裝修復實體工程，通過室內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)的推廣應用提供技術參考。

1 原材料試驗

1.1 頁巖陶粒

碎石型頁巖陶粒，是將天然粘土質頁巖碎石在1100℃左右溫度的回轉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，砂質材料采用松溪縣砂場生產的中砂，含泥量為1.1%，其物理力學指標與篩分均滿足規(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

2 頁巖陶粒混凝土配合比設計參數(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。其結果如表2 所示。

表2 配合比設計結果

（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規(guī)程》中的規(guī)定，輕質高強混凝土的砂率一般在 40%～50%范圍內，隨著砂率的增大，輕質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，容易產生離析，降低混凝土強度。因此在橋面鋪裝層修復工程中，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構的承載能力、變形特性以及耐久性能都存在著很大關聯(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，當存在氣壓差時，必然會由于氣壓的驅動力作用導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構，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，是決定結構耐久性的關鍵因素。依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）中進行凍融試驗，計算強度損失率和質量損失率。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)下強度損失率和質量損失率。實驗結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。因橋面鋪裝破損嚴重，混凝土大面積開裂，部分橋面露筋，嚴重影響行車舒適性及行車安全，決定實施橋面修復，本次橋面修復采用陶粒混凝土作為橋面鋪裝層的修復材料，修復結構如圖6 所示：

圖6 松溪大橋橋面鋪裝結構層

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：施工準備→破碎板修復→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 結論

本文基于室內配合比試驗，結合實體工程，對松溪大橋橋面鋪裝修復工程中頁巖陶粒混凝土的配合比設計，性能與施工工藝進行了分析研究，主要得出以下結論。

（1）水灰比是影響頁巖陶粒混凝土的工作性能和力學性能的重要因素。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透和緩解膨脹應力造成的。

（3）陶粒混凝土應格外注意現(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，應做好早期濕養(yǎng)護。