聚合物改性混凝土攤鋪成型工藝研究

劉紀偉，李晶晶，周明凱

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017；2.武漢理工大學 硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070）

0 前 言

對于聚合物改性混凝土作為新型路面、橋面攤鋪材料，國內外多數學者對其改性機理、配合比、力學性能、耐久性等進行了廣泛研究[1-2]，而在實際施工中，對其攤鋪工藝研究相對較少。目前對于路面、橋面的攤鋪，基本分為水泥混凝土和瀝青混凝土攤鋪工藝。對于聚合物改性混凝土，若采用普通水泥混凝土攤鋪工藝，前期要進行模板處理，后期要進行抹光、刻槽等工序[3]；若采用瀝青混合料攤鋪工藝[4]，后期要進行碾壓等工序，且在碾壓時壓路機一般開動強夯，會對橋梁產生隱性破壞，影響其使用壽命。而聚合物乳液成本相對較高，若采用這2種攤鋪工藝，不僅工藝復雜，而且勢必會進一步增加鋪裝造價。此外，聚合物改性混凝土粘聚性較大，新拌試樣的性能對工作性變化較為敏感，而在實際施工中由于條件限制，可能不能及時對其工作性進行測試。因此，有必要依托實際工程對其工作性評價及攤鋪成型工藝進行研究，為后續相關理論研究及工程應用提供參考。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：華新水泥廠生產的P·O42.5 水泥，安定性合格，主要物理力學性能見表1，主要化學成分見表2；集料：巖性均為輝綠巖，1#、2#、3#集料粒徑分別為0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm，按m（1#集料）∶m（2#集料）∶m（3#集料）=4∶1∶5 復配，級配曲線見圖1；聚酯纖維：主要技術性能見表3；減水劑：FDN-1 萘系減水劑，固含量30%；聚合物乳液：Styrofan D623丁苯乳液，固含量51%，pH 值7.8～10。

表1 水泥的物理力學性能

表2 水泥的主要化學成分 %

圖1 集料的級配曲線

表3 聚酯纖維的主要技術性能

1.2 試驗配合比

固定水泥用量為330 kg/m3，減水劑用量為水泥質量的2.7%，乳液用量為90 kg/m3，集料用量為2100 kg/m3，聚酯纖維體積摻量為0.12%，水灰比分別為0.29、0.35、0.47，研究聚合物改性混凝土的工作性和成型工藝。

1.3 試驗方法

養護方式：參照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》，成型后利用薄膜覆蓋養護7 d，養護溫度（20±2）℃，然后再干養至28 d，養護相對濕度（60±10）%，溫度控制為（20±2）℃。拌合物工作性、力學性能：按JTG E30—2005 進行測試。路面使用性能：按照JTG E60—2008《公路路基路面現場測試規程》對構造深度、抗滑值、平整度等指標進行測試。

2 試驗結果與分析

2.1 新拌混凝土工作性評價方法探究

對不同水灰比下3種新拌聚合物改性混凝土的工作性，從出攪拌鍋后粘聚性、反光性、實測工作性3 個方面進行了探究，結果見圖2 及表4。

圖2 不同水灰比下新拌試樣的工作狀態

表4 新拌混凝土工作性評價

從圖2 和表4 可以看出：不同狀態下的新拌試樣，其儀器測試、反光性及出攪拌鍋后團聚性并不相同，在實際試驗及施工中，可從以上3 方面對新拌試樣的工作性進行綜合快速評價、相互驗證，以便更好地服務實際施工。

2.2 不同工作性下新拌混凝土成型方式探究

為模擬現場施工成型工藝，在室內擬定2種成型方式：①上壓下振（試件上全面積配重300 kg/m2，然后在振動臺上振動成型）；②結合碾壓混凝土的成型方式，采用振動壓實儀成型。對不同工作狀態下混凝土的力學性能、路用性能（抗滑性能）進行對比研究。

2.2.1 對力學性能的影響

對于水灰比為0.29 的混凝土，由于為超干硬性混凝土，采用①、②兩種成型方式；對于水灰比為0.35、0.47 的混凝土，分別為干硬性和塑性混凝土，采用成型方式①，測試結果如表5所示。

表5 成型方式對混凝土力學性能的影響

由表5 可見：水灰比為0.29 時，采用成型方式②的試件力學性能及密實性明顯好于采用成型方式①的，7 d、28 d 抗折強度分別提高了36.3%、40.3%，抗壓強度分別提高了35.4%、36.1%，這主要是由于成型方式①成型功率（功率為1.0 kW）明顯低于成型方式②的成型功率（功率為4.0 kW），導致成型方式②試樣的密實性技力學性能明顯得到改善；水灰比為0.29、采用成型方式②制備的試樣與水灰比為0.35、采用成型方式①制備的試樣密實性及力學性能相差并不是很大，而工作性卻有明顯差別；此外，對于0.29、0.35、0.47 三種水灰比試樣均采用方式①成型時，力學強度隨水灰比的增大呈先提高后降低的趨勢。可見，對于聚合物改性混凝土來說，其密實性及力學性能除受水灰比影響外，也會受到成型工藝的影響。

2.2.2 對抗滑性能的影響

成型不同水灰比的車轍板試件，并對其表面性能進行測試，結果見圖3 及表6。

圖3 不同水灰比的車轍板試樣

表6 不同水灰比試樣的抗滑性能

從圖3 及表6 可以看出，X-1 與X-2 試件的表面狀況較好，構造深度分別為0.75、0.88 mm，抗滑擺值分別為59、64 BPN，符合JTG/T F30—2014《公路水泥混凝土路面施工技術細則》相關技術要求，而X-3 試件的表面明顯浮漿較多，構造深度與抗滑擺值明顯偏小。

結合力學性能和抗滑性能研究結果，對水灰比為0.29（超干硬性、改進VC 值24 s）試樣宜采用振動壓實儀成型；對于水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）、0.47（塑性、坍落度25 mm）的試樣可采用振動臺振動成型，但水灰比為0.47 試樣的抗滑性能較水灰比為0.35 差。后續擬選取水灰比分別為0.29（超干硬性、改進VC 值24 s）和0.35（干硬性、維勃稠度5 s）2種工作性混凝土進行工程性實體試驗研究。

2.3 攤鋪成型工藝的工程試驗研究

2.3.1 實體工程部分設計指標

依托工程為小鴉一級公路柏臨河大橋，橋梁全長約125 m、寬24 m。橋面鋪裝部分設計指標如下：28 d 抗彎拉強度＞4.5 MPa，28 d 抗壓彈性模量＜30 GPa；表面抗滑擺值＞40 BPN，構造深度＞0.7 mm，平整度（3 m 直尺最大間隙）≤3 mm。

2.3.2 3種攤鋪成型工藝的提出

基于現有研究成果并結合相關文獻資料[5-7]，對水灰比分別為0.29（超干硬性、改進VC 值24 s）和0.35（干硬性、維勃稠度5 s）的新拌混凝土試樣提出3種攤鋪工藝：（1）碾壓成型工藝：瀝青攤鋪機攤鋪后，采用水平振蕩壓路機進行碾壓成型；（2）一次攤鋪成型工藝：利用瀝青攤鋪機將材料一次攤鋪成型；（3）一次攤鋪成型+水平振蕩碾壓（輔助）：在一次攤鋪成型工藝的基礎上，采用水平振蕩壓路機進行輔助碾壓；其中攤鋪機型號為：ABG8820 型，水平振蕩壓路機型號為：BMG DT900型。依托實體項目攤鋪3 段試驗段，對以上3種攤鋪方式進行系統研究，優選攤鋪成型工藝。

2.3.3 3種攤鋪成型工藝的工程試驗研究

（1）碾壓成型工藝

試驗段一（水灰比為0.29）：攤鋪機攤鋪后，壓路機碾壓3遍成型，其施工效果如圖4（a）及表7所示。試驗中發現：攤鋪后表面干澀、有明顯被攤鋪機拉刮痕跡、較為粗糙；碾壓1～2遍后，表面雖然整平，但混合料中的漿體無法有效提出，并出現松散、裂縫等現象。故對于水灰比為0.29（超干硬性、改機VC 值24 s）的新拌混凝土，不宜采用該攤鋪成型工藝。

（2）一次攤鋪成型+水平振動碾壓（輔助）

試驗段二（水灰比為0.35）：攤鋪機攤鋪后，采用壓路機輔助碾壓1 遍，以期增大混合料的密實度，使材料進一步得到密實，結果如圖4（b）及表7所示。試驗中發現：攤鋪后表面均勻、漿體充足，構造深度大，能夠形成整體，未出現攤鋪機拉裂、松散等現象；碾壓后，表面存在輕微浮漿，平整度受到較大影響，表面存在輕微的波浪感。

（3）一次攤鋪成型工藝

試驗段三（水灰比為0.35）：利用攤鋪機一次攤鋪成型，其攤鋪過程及效果如圖4（c）及表7所示。試驗中發現：攤鋪后表面均勻、漿體充足，構造深度大，能夠形成整體，未出現攤鋪機拉裂、松散等現象；人在其上面行走沒有腳印，說明利用攤鋪機自身夯實、熨平作用，混合料已具有較好的密實度。

圖4 試驗段表面及斷面狀況

表7 不同攤鋪工藝試件的狀態

（4）不同成型工藝攤鋪效果對比

從攤鋪效果來看，試驗段一明顯不滿足要求。成型后薄膜覆蓋養護7 d，對試驗段二、試驗路段三進行切割取樣，對于2種攤鋪工藝所取試樣的表面特點如表7所示，并對試驗段的力學性能（現場養護）、密實度、構造深度、抗滑擺值、路面滲水系數、耐磨性能、平整度等進行了測試，結果如表8、表9所示。

通過分析圖4（b）（c）及表7 可以看出：兩試驗段攤鋪工藝均能使混合料中骨料呈現骨架結構且內部相對密實，但與一次攤鋪成型工藝相比，水平振蕩碾壓使材料表面出現了一定浮漿，不利于材料構造深度及平整度的控制。

表8 試件強度（現場養護）

表9 不同攤鋪工藝試驗段的施工效果

從表8、表9 可以看出，同條件養護試樣的力學強度、抗壓彈性模量均滿足設計要求。試驗段二、試驗段三的密實度、滲水系數基本一致，而試驗段二的耐磨性、構造深度、抗滑擺值及平整度優于試驗段三，這主要是由于試驗段三的后續水平振蕩碾壓后，使攤鋪材料表面出現了一定的浮漿所致。對于試驗段二，養生完畢開放交通后，經過大量施工車輛的行駛，路面未出現任何相關病害。

可見：對水灰比為0.29（超干硬性、改進VC 值24 s）試樣作為鋪裝材料時，不宜采用碾壓成型；對水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）試樣，一次攤鋪成型工藝明顯優于一次攤鋪成型+水平振動碾壓（輔助），且密實度、抗滑性、抗滲性、耐磨性、平整度等路用性能良好。

3 結論

（1）對3種典型工作性狀態下的新拌試樣，從實測工作性、反光性及出攪拌鍋后團聚性3 個方面進行了綜合探究，在實際施工中，可從以上3 方面對新拌試樣工作性進行綜合快速評價。

（2）對水灰比為0.29（超干硬性、改進VC 值24 s）試樣宜采用振動壓實儀成型，采用振動壓實儀成型的力學性能、試件密實性明顯好于采用振動臺振動成型，7 d、28 d 抗折強度分別提高了36.3%、40.3%，抗壓強度分別提高了35.4%、36.1%；對于水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）、0.47（塑性、塌落度25 mm）可采用振動臺振動成型，但水灰比為0.47 試樣的抗滑性能較水灰比為0.35 差。

（3）對提出的3種攤鋪成型工藝進行了綜合研究，水灰比為0.29（超干硬性、改進VC 值24 s）試樣作為橋面鋪裝材料時，不宜采用碾壓成型；對于水灰比為0.35（干硬性、維勃稠度5 s）的試樣，一次攤鋪成型工藝明顯優于一次攤鋪成型+水平振動碾壓（輔助），且密實度、抗滑性、抗滲性、耐磨性、平整度等路用性能良好。