養護方式和齡期對碾壓混凝土強度影響的研究

陽 晏，劉朝輝，陳 華，何良玉，黃紹龍

(1.湖北交投十巫高速公路有限公司，十堰 442000;2.湖北大學，武漢 430062)

碾壓混凝土一般由水泥、活性礦物摻合料、砂、分級控制粗骨料、水和外加劑拌和而成，屬于超干硬性混凝土，其拌和物與水泥穩定碎石混合料類似，呈松散狀態無任何流動性，需經振動碾壓密實成型，凝結硬化后具有混凝土的性能特征[1，2]。相比普通水泥混凝土，其具有水泥用量少、收縮變形小、施工速度快、養護周期短的特點，可有效縮短工期、降低造價；較傳統的半剛性水穩基層，其具有抗疲勞、抗沖刷能力強、強度高，重載敏感性低的優點，可大大提高基層使用壽命；碾壓混凝土技術優勢明顯，經濟效益顯著，被越來越多的應用于公路工程建設[3-6]。

然而，碾壓混凝土多被用在水利大壩和低等級路面，作為隧道基層的研究較少。該文以湖北某高速公路隧道基層施工為依托，結合工程實際，對3 d、7 d、28 d和180 d齡期時，標準養護、室外保濕養護、各面刷乳化瀝青養護和室外不養護等不同養護條件下的隧道基層碾壓混凝土試件抗折強度和抗壓強度進行分析。該高速公路隧道基層碾壓混凝土施工配合比為(單位kg/m3)水泥∶機制砂∶碎石∶水∶減水劑=271∶626∶1 460∶105∶2.71。

1 材 料

1.1 水泥

華新PO42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時間>4 h，終凝時間6～10 h，經檢驗各項技術指標均滿足有關要求。

1.2 粗集料

竹山縣白巖碎石廠生產碎石，1#料規格19～31.5 mm、2#料規格9.5～19 mm、3#料規格4.75～9.5 mm,經檢驗各項技術指標符合相關規范與設計要求。

1.3 細集料

竹山縣白巖碎石廠生產機制砂，規格0～4.75 mm，細度模數2.70，滿足相關規范和設計要求。

1.4 集料級配

各檔集料級配見表1，1#∶2#∶3#∶細集料=20∶35∶15∶30，合成級配如表2所示，滿足設計文件和《公路路面基層施工技術細則》JTG/T F20—2015 C-B-3要求。

表1 粗、細集料級配范圍

表2 碾壓混凝土粗、細集料合成級配范圍

1.5 減水劑

液體，湖北江城子建材科技股份有限公司生產聚羧酸高效減水保塑劑,減水率26%，按膠材的1.0%(質量計)摻配。

1.6 拌和水

自來水，符合飲用水的要求。

2 試驗方法

2.1 抗折試件成型方法

采用SJS-3型砼碾壓成型機，按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》[7](JTG E30)方法成型10 cm×10 cm×40 cm小梁試件。每個試件混合料用量m=10×10×40×ρ，ρ為壓實度達標時混凝土的濕密度(g/cm3)。因碾壓混凝土的干硬性，表面混合料可剔除大石子，用相同質量細料填平，以防出現影響強度的坑洞。

2.2 抗壓試件成型方法

參考水泥膠砂試塊抗壓抗折強度檢測方法，采用抗折試驗壓斷后的試塊切割打磨成10 cm×10 cm×10 cm試塊進行抗壓試驗。

2.3 養護方法

標養——養護溫度(20±2)℃，相對濕度>95%，試件間距>10 mm；室外保濕養護——放在隧道用土工布覆蓋，保持土工布潤濕；各面刷乳化瀝青養護——試件各面刷涂PC-2乳化瀝青置于隧道電纜溝蓋板上；室外不養護——脫模后直接置于隧道電纜溝蓋板上。

2.4 強度測試方法

參考《混凝土物理力學性能試驗方法標準》[8](GB/T 50081)執行。

3 不同齡期不同養護方法碾壓混凝土強度研究

3.1 碾壓混凝土3 d抗折、抗壓強度

經檢測，3 d齡期時不同養護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結果如表3所示。

表3 不同養護方法碾壓混凝土試件3 d強度 /MPa

由表3可得，3 d齡期時，標養試件抗壓抗折強度最高，養護效果最好，現場灑水保濕養護次之，刷乳化瀝青養護效果略好于室外不養護。這主要是因為標養條件下溫、濕度能夠充分保障混凝土強度發展的需求，室外保濕養護試件的養護溫度略低于標養試件，而各面刷乳化瀝青養護和不養護試件不僅養護溫度略低于標養試件，且沒有充足的水分保證水泥的水化反應。

3.2 碾壓混凝土7 d抗折、抗壓強度

經檢測，7 d齡期時不同養護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結果如表4所示。

表4 不同養護方法碾壓混凝土試件7 d強度 /MPa

由表4可得，7 d齡期時，標養試件抗壓抗折強度最高，養護效果最好，現場灑水保濕養護次之，刷乳化瀝青試件略低于不養護試件強度。這主要是溫濕度對混凝土強度發展影響造成的，刷乳化瀝青試件的強度最低可能是隧道空氣濕度較大，破乳后的瀝青層阻隔了混凝土試件吸收空氣中水分水化，而不養護試件仍可吸收空氣中的水分進一步水化，導致刷乳化瀝青試件的強度低于不養護試件。

3.3 碾壓混凝土28 d抗折、抗壓強度研究

經檢測，28 d齡期時不同養護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結果如表5所示。

表5 不同養護方法碾壓混凝土試件28 d強度 /MPa

由表5可得，28 d齡期時，標養試件抗壓抗折強度最高，養護效果最好，現場灑水保濕養護次之，室外不養護效果好于刷乳化瀝青養護。這主要是溫濕度對混凝土強度發展影響造成的；刷乳化瀝青試件抗壓強度最低是隧道空氣濕度較大，隨著水化的進行混凝土中的自由水減少，破乳后的瀝青層阻隔了混凝土試件吸收空氣中的水分進一步水化，隨著齡期的增長，刷乳化瀝青養護的弊端逐漸凸顯，導致刷乳化瀝青試件的28 d抗折抗壓強度最低。

3.4 碾壓混凝土180 d抗折、抗壓強度研究

經檢測，180 d齡期時不同養護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結果表6所示。

表6 不同養護方法碾壓混凝土試件180 d強度 /MPa

由表6可得，180 d齡期時，不同養護方法的混凝土試件強度較28 d時均有所增長，但增長幅度較小遠沒有早期增長明顯。這主要是因為隨著時間推移混凝土進一步發生水化反應，水化產物增多混凝土結構更加密實，但后期水化反應微弱水化產物增加較少，故強度有所增長但增長幅度不大；抗折抗壓強度仍是標準養護試件最高，現場保濕養護次之，各面刷乳化瀝青養護效果最差，但180 d齡期時室外保濕養護試件的強度與標準養護試件強度相差較小，這主要是早期標準養護試件強度發展較快，試件中未水化的水泥比現場保濕養護要少，隨著時間推移試件中未水化的水泥逐步水化到了相近的程度。

不同養護方法試件的抗折抗壓強度均隨齡期增長而增大，早期強度增長較快，后期增長明顯變慢；這主要是因為早期水泥水化反應較快，水化產物增加較快，而隨著時間推移尤其是28 d以后，水泥水化反應基本結束，僅有少量的水泥會進一步反應。3 d抗折抗壓強度均達到28 d強度的65%以上，7 d抗折抗壓強度達到28 d強度的80%以上，28 d試件的抗折抗壓強度除室外保濕養護其它的均達到180 d強度的90%。

通過施工試驗段，對比分析碾壓完成后灑水保濕養護和灑布PC-2乳化瀝青(灑布量1.2 kg/m2)養護的效果。鉆芯取樣檢測其抗壓強度，結果表明相同齡期下，乳化瀝青養護芯樣強度明顯低于灑水保濕養護，28 d時差值達到近4 MPa，與該文試驗結果相近。

綜上所述，在隧道碾壓混凝土基層施工過程中，由于碾壓混凝土的超干硬性，為解決水泥后期水化混凝土內部干燥無法充足供水的問題，選擇合適的養護方法、延長養護時間對碾壓混凝土強度的增長十分關鍵；碾壓混凝土基層在碾壓完成檢驗合格后應及時灑水保濕養生，且養生期不得少于7 d，應盡量推遲上層結構施工前透層油的灑布時間，宜延長至上層結構開始施工的前2 d。

4 結 論

a.不同養護方法養護效果，標養最好，現場灑水保濕養護次之，刷乳化瀝青養護和不養護效果相近甚至在7 d齡期后效果更差；施工過程中宜及時灑水保濕養生，并盡量推遲透層油的灑布時間以延長保濕養護時間。

b.不同養護條件碾壓混凝土試件，3 d抗折抗壓強度均達到28 d強度的65%以上，7 d抗折抗壓強度均達到28 d強度的80%以上，180 d試件強度較28 d雖有所增長，但較早期增長幅度明顯變小，故加強早期保溫保濕養護對碾壓混凝土強度的發展意義重大。