碾壓混凝土稠度試驗及其控制技術研究

胡娟　張永衛(wèi)　劉兵　武玉松　劉洪海

摘要：針對碾壓混凝土稠度控制問題，通過對拌和時間、含水率、放置時間對碾壓混凝土稠度的影響進行試驗研究，并與碾壓混凝土攤鋪、碾壓現(xiàn)場適宜的稠度范圍相結合，得出了碾壓混凝土施工中的稠度控制技術，為具體工程提高作業(yè)效率和施工質量提供理論基礎。

關鍵詞：碾壓混凝土；稠度測定；稠度控制；含水率

中圖分類號：U416.21 文獻標志碼：B

Abstract： Consistency changing rule， which is affected by the mixing time， water content， transportation and waiting time， was found based on indoor test of roller compacted concrete. The consistency control technology for construction was given， combined with appropriate scope of consistency at the scene of roller compacted concrete paving and the characteristics of water supply system and the changes of water content in aggregate.

Key words： roller compacted concrete； consistency detection； consistency control； water content

0 引 言

半剛性基層瀝青路面占中國高速公路瀝青路面85%以上，是中國高速公路瀝青路面的主要結構形式，但是半剛性基層存在水穩(wěn)定性差、易縮裂等缺點[1]。剛性基層以水泥混凝土、碾壓混凝土鋪筑，具有剛度大、強度高且耐久性好的特點，自1970年以來在國內(nèi)得到快速發(fā)展[2]。

水泥混凝土強度和穩(wěn)定性較高，但是存在水泥和水的用量大、施工速度慢的缺點，性價比低。碾壓混凝土是一種新型干硬性貧水泥混凝土，凝固前類似于水泥穩(wěn)定碎石混合料，凝固后其性能又與普通混凝土相似[3]。碾壓混凝土具有以下優(yōu)點。

（1）水泥用量少，可降低工程造價，相比普通水泥混凝土節(jié)約水泥10%～30%，經(jīng)濟效益顯著。

（2）由于其單位水泥和水用量少，所以干縮小、裂縫少。

（3）強度、剛度增長快，可快速實現(xiàn)道路通行，且行車荷載作用對其損傷較小。

（4）可采用水穩(wěn)基層施工設備鋪筑，即采用穩(wěn)定土廠拌設備拌制混合料，面層攤鋪機攤鋪，振動壓路機強振成型。

稠度是表征碾壓混凝土流動性與和易性的指標，用改進VC值表示。稠度是影響其施工質量的主要因素：稠度太高，振動壓路機能量不足以使碾壓混凝土液化，會出現(xiàn)碾壓不實、路面強度降低等問題；稠度太低，壓實變形大，易出現(xiàn)波浪，平整度差，嚴重時壓路機會陷進去。故改進VC值對碾壓混凝土路面非常重要，需對影響稠度的因素進行嚴格控制。本文結合實體工程，通過拌和時間、含水率與放置時間等試驗，對碾壓混凝土的稠度進行研究，并根據(jù)施工現(xiàn)場適宜的稠度范圍，提出施工中的稠度控制技術。

1 碾壓混凝土稠度試驗

1.1 稠度測定方法

由于碾壓混凝土拌和物屬于干硬性貧水泥混凝土，普通混凝土的稠度測定方法（坍落度儀法、維勃儀法）均不適用，目前用改進VC法來評價碾壓混凝土的稠度。根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005）（以下簡稱規(guī)程）中碾壓混凝土拌和物稠度測定辦法[4]，設備選用維勃稠度儀，工作頻率（50±3）Hz，振幅（0.5±0.1）mm，配重砝碼20 kg。稠度判定以圓盤下試樣“半圓面積”出漿為標準。對每批混合料取樣進行2次試驗，取2次試驗結果的平均值作為最終結果。如果2次試驗結果與平均值相差大于20%，那么試驗結果無效，需要重新測定。

1.2 稠度變化試驗

在影響碾壓混凝土稠度的因素中，選取施工設備和施工組織可以控制的因素研究稠度與拌和時間之間的關系、稠度與單位用水量之間的關系、稠度經(jīng)時的變化規(guī)律，再根據(jù)施工現(xiàn)場需要的稠度范圍，確定拌和設備新拌碾壓混凝土控制稠度的材料參數(shù)和攪拌設備運行參數(shù)。

1.2.1 拌和時間對稠度的影響

根據(jù)實體工程確定了實驗室的材料配合比，當碾壓混凝土含水率為6.0%和6.5%時，改變拌和時間，采用SJ-60型攪拌機拌和，每次取2份試樣測定改進VC值，結果取平均值。圖1為試驗用攪拌機，圖2為室內(nèi)稠度試驗，表1為試驗數(shù)據(jù)，圖3為2種含水率下室內(nèi)拌和時間對稠度的影響曲線。

從圖3可以得出：攪拌設備拌制碾壓混凝土時，改進VC值隨著拌和時間的延長逐漸降低。對于含水率為6.0%的碾壓混凝土，當拌和時間到達80 s后改進VC值趨于穩(wěn)定；對于含水率為6.5%的碾壓混凝土，當拌和時間達到70 s后改進VC值已趨于穩(wěn)定；碾壓混凝土含水率越大，其穩(wěn)定后的改進VC值越小，改進VC值隨拌和時間的變化幅度也越小。

1.2.2 含水率對稠度的影響

根據(jù)確定的碾壓混凝土配合比，改變含水率進行拌和試驗，每次取2份試樣測定改進VC值，結果取其平均值。表2為含水量與稠度關系的試驗數(shù)據(jù)。圖4為含水率對稠度的影響曲線。

試驗結果表明，拌和完成后，隨著放置時間的延長，改進VC值變大，碾壓混凝土會逐漸變稠，放置120 min時改進VC值約增加10 s。造成稠度損失的原因主要有：水分被骨料進一步吸收，水分蒸發(fā)和水泥的水化作用。這些原因雖然是不可避免的，但水分蒸發(fā)造成的稠度損失可以通過覆蓋混合料或縮短施工時間來減小。

2 施工中稠度控制技術

根據(jù)規(guī)程及實體工程試驗段驗證，攤鋪和碾壓現(xiàn)場的碾壓混凝土稠度值在35～45 s較為適宜。據(jù)此，攪拌設備出料口新拌碾壓混凝土的改進VC值應該為現(xiàn)場適宜的稠度減去運輸過程中的經(jīng)時損失值。因此需要確定混合料從攪拌設備到攤鋪現(xiàn)場的運輸時間以及運輸車等待卸料的時間，然后根據(jù)稠度經(jīng)時損失曲線，確定稠度經(jīng)時損失值（改進VC值增量），從而得到攪拌設備新拌碾壓混凝土適宜的改進VC值。由于碾壓混凝土的稠度受單位用水量影響顯著，為保證混凝土質量并使改進VC值符合要求，需要準確控制新拌混凝土的含水率。當采用連續(xù)式穩(wěn)定土廠拌設備拌制碾壓混凝土時，對設備的供水系統(tǒng)加裝能與控制計算機通信的流量計，并進行閉環(huán)控制；對供水系統(tǒng)進行流量標定，得到變頻水泵頻率與供水流量之間的對應曲線，操作人員可結合生產(chǎn)配合比及粗、細集料的含水率確定設備供水量，根據(jù)該曲線確定變頻水泵頻率。

3 結 語

（1） 碾壓混凝土稠度（改進VC值）對含水率特別敏感，含水率越高，稠度越?。恍掳枘雺夯炷练胖脮r間越長，稠度越大。

（2） 攪拌設備出料口新拌碾壓混凝土的改進VC值，應為碾壓現(xiàn)場適宜的稠度（35～45 s）減去運輸過程中的經(jīng)時損失值。

（3） 攪拌設備出料口新拌碾壓混凝土的含水率應根據(jù)碾壓混凝土施工稠度要求，并考慮經(jīng)時損失值和粗、細集料的含水率后確定，在攪拌設備進行供水流量標定的基礎上，通過閉環(huán)系統(tǒng)進行控制。

參考文獻：

[1] 鄧學鈞.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2] 方 東.基于穩(wěn)定土攪拌機施工的路面碾壓混凝土設計、研究與應用[D].武漢：武漢理工大學，2011.

[3] JTG E30—2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程[S].

[4] 劉洪海，李紅船，黃大喜，等.穩(wěn)定土廠拌設備的標定與分析[J].武漢理工大學學報，2007，29（9）：138-140，155.

[責任編輯：譚忠華]