ＨＥＣ高性能道路材料在公路工程應用的試驗研究

林云雁

摘要：文章對HEC(即高強高耐水土體固結(jié)劑的英文簡稱)高性能道路材料作為替代水泥的材料，在水泥混凝土路面工程和水泥穩(wěn)定基層中的應用進行了試驗研究，得出了試驗成果，并推薦了施工應用的配合比。

關(guān)鍵詞：HEC；高性能；道路材料；天然砂礫；力學性能

中圖分類號：U416

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0011-03

HEC，即高強高耐水土體固結(jié)劑(High Strenghtand Water Stability Earths Consolidator，以下簡寫為HEC)是一種粉末狀無機水硬性膠凝材料，它既可作為替代水泥配制高強混凝土的膠凝材料，又可作為固結(jié)各種土體的固結(jié)劑，可用于固結(jié)一般土體、特殊土體、砂石集料和工業(yè)廢渣。該材料由武漢大學開發(fā)，1999年被國家科技部列入國家“九五”科技成果重點推廣計劃，2003年由國家科技部、國家稅務總局、國家商務部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家環(huán)?？偩致?lián)合頒發(fā)了《國家重點新產(chǎn)品證書》。HEC成品材料以其技術(shù)的先進性、產(chǎn)品的可靠性已在包括水利水電工程、庫區(qū)道路工程、基礎(chǔ)工程、標準海堤建設(shè)工程中廣泛應用，取得了良好的技術(shù)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

HEC材料在水利水電等工程中已得到越來越多的應用，但在公路工程中的應用未見報道。考慮到公路工程有其獨特性，在推廣使用前，有必要對其在公路工程中的應用預先進行試驗研究。

一、HEC的技術(shù)優(yōu)勢

以HEC成品材料取代傳統(tǒng)的普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料制備混凝土，具備以下優(yōu)點：

1.同等條件下，HEC混凝土具有較好的工作性，例如適宜的流動性、良好的粘聚性和保水性，使HEC混凝土具有良好的力學性能、耐磨蝕性能和耐久性能。

2.同等條件下，HEC混凝土具有較小的用水量和水泥用量，即本身即有具有“減水劑”的效果，可不摻入外加劑，直接用于路面混凝土。

3.可以根據(jù)工程要求使用施工現(xiàn)場當?shù)靥烊徊牧?，也是HEC混凝土的一個優(yōu)勢，可使用工程建設(shè)中開挖的棄料、石屑、風化巖以及工程當?shù)氐暮由?、礫石作骨料；可以固結(jié)淤泥、特殊土(膨脹土、濕陷性黃土)、粉煤灰以及海砂、工業(yè)棄渣(硫渣、磷渣)等含有侵蝕性介質(zhì)的廢棄物，將其變?yōu)橘Y源，摻量少于一般水泥，因此可以就地取材，節(jié)約成本，而且施工簡便易行，采用水泥混凝土施工設(shè)備即可施工。

二、HEC研究方案的確立

2003年，在欽州市康熙嶺海堤道路工程中，利用HEC材料直接用海水拌制海砂混凝土用于路面工程，在強度、耐腐蝕性、耐久性、施工簡易性等方面有突出表現(xiàn)，并取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。在康熙嶺海堤道路工程的啟發(fā)下，結(jié)合欽州當?shù)厮槭Y源少、單價高，有豐富的天然河砂礫，但由于級配嚴重不符合要求不能直接使用等實際情況，充分利用HEC的技術(shù)優(yōu)勢，我們設(shè)想用HEC直接固結(jié)天然(高含砂)河砂礫應用于公路工程中，并制定了HEC應用于公路工程的試驗研究方案，用于研究HEC用于混凝土路面面層的可行性。

三、HEC式驗研究成果分析

該試驗研究的工作由我局試驗檢測中心承擔，現(xiàn)將原材料試驗、基層和面層配合比試驗結(jié)果分析如下：

(一)HEC材料物理力學性能

試驗所用HEC成品材料由武漢路德材料有限公司生產(chǎn)，HEC-1型用于混凝土面層。HEC成品材料是在水泥生產(chǎn)過程中加入用HEC核心材料而成，從樣品外觀、包裝和施工方法來看。與普通水泥完全相同。

HEC成品材料的物理、力學性能，并與欽州常用的普通水泥(P.0425)進行比較，推斷其工程應用的優(yōu)勢。試驗結(jié)果見表1：

由表1數(shù)據(jù)可以看出：HEC具有良好的物理、力學性能，力學強度高；早期強度高于一般水泥；有適宜的初凝和終凝時間；尤其具有優(yōu)勢的是HEC的標準稠度(一般為20.5％～23.5％)小于一般的普通水泥(一般為26％～28％)，這表明在相同工作性的條件下，用HEC配制的混凝土的用水量將小于用普通水泥配制的混凝土(同等水灰比的情況下，水泥用量也小)，即HEC本身具有“減水”作用，也就意味著在路面混凝土中可能不需要使用外加劑。

(二)天然砂礫混合料的物理性能和級配情況

試驗取樣的平吉江砂場有豐富的天然砂礫材料，但沿江各料場所產(chǎn)天然砂礫的含砂率變化較大，對此我們進行了大量的調(diào)查及試驗工作。試驗結(jié)果表明其4.75mm篩通過率在36％～73％之間變化，主要集中在40％～45％之間變化，最終以4.75mm篩通過率為40％～45％的樣品為代表性樣品進行配合比試驗，并以此標準對試驗路段的材料采購和進場進行控制。

以4.75mm為粗、細集料的分界。測得砂子占42.2％.礫石占57.8％，砂子的細度模數(shù)Mx=3.02，參照《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF30-2003)其物理性能和級配情況見表2、表3、表4：

顯然，該砂礫混合料若不經(jīng)篩分是不能直接用作制備普通水泥混凝土的骨料的，第一，混合料含砂率過大，對普通水泥(礫石)混凝土而言，一般來講砂率在30％～33％范圍比較適宜；第二，所采用的礫石級配不良，如果將該混合料經(jīng)過砂石系統(tǒng)的嚴格篩分摻配，將會使骨料的成本大大提高，不利于工程建設(shè)的經(jīng)濟性。如何充分利用當?shù)靥烊徊牧?，在確保技術(shù)指標的前提下，確保工程建設(shè)的經(jīng)濟性，正是HEC材料的技術(shù)優(yōu)勢所在。

(三)HEC混凝土面層配合比試驗結(jié)果

進行混凝土面層配合比試驗所用材料為HEC-1型成品材料，試配各組混凝土結(jié)果見表5：

根據(jù)混凝土面層配合比設(shè)計指標及試驗室配制強度要求，現(xiàn)推薦混凝土面層施工配合比見表6：

(四)配合比試驗結(jié)果分析

1.HEC固結(jié)劑對集料的品質(zhì)要求有所降低，可直接使用不經(jīng)分篩的天然砂礫生產(chǎn)路面混凝土。

2.HEC能夠替代水泥將砂礫等材料固結(jié)形成HEC砂礫混凝土，在不使用外加劑的情況下，所配混凝土的工作性能夠滿足施工要求。

3.所配制HEC砂礫混凝土具有較高的力學強度，各組配合比的HEC砂礫混凝土均具有較高的早期強度，尤其是抗折強度，7天甚至3天即可滿足通車要求，這對于提高施工效率、縮短施工周期、提前開放交通均具有普通水泥混凝土所不能替代的優(yōu)點。

(五)技術(shù)經(jīng)濟分析

根據(jù)試驗所得HEC施工配合比，分別與欽州市常用普通水泥配合比進行經(jīng)濟性對比，所得數(shù)據(jù)見表7和表8：

以上數(shù)據(jù)可以看出，使用HEC材料在經(jīng)濟性上也具有一定的優(yōu)勢。

四、結(jié)語

通過以上試驗結(jié)果和技術(shù)經(jīng)濟分析，可以得到如下主要結(jié)論：

1.HEC作為膠凝材料替代水泥固結(jié)砂礫等非級配材料形成HEC砂礫混凝土，技術(shù)上是可行的。

2.由于HEC砂礫混凝土拌合物具有良好的工作性、較高的力學強度，尤其是較高的抗折強度，使HEC砂礫混凝土用于公路路面成為可能。

3.HEC替代水泥所制備的HEC砂礫混凝土，在經(jīng)濟上也具有一定的優(yōu)勢，尤其在欽州市境內(nèi)碎石開采有較多限制。采購困難，卻有豐富的天然砂礫資源，更具有應用前景。

總之，無論從HEC作為膠凝材料替代水泥固結(jié)天然砂礫的技術(shù)可行性來講，還是從由于就地取材使得HEC替代水泥固結(jié)砂礫等非級配材料具有一定的經(jīng)濟可行性來講，對于公路建設(shè)中采用HEC技術(shù)與材料，在設(shè)計理念的更新、施工技術(shù)的提高、工程質(zhì)量的保證、經(jīng)濟性能的進一步合理化等方面，都將具有一定的意義。