高速公路改擴(kuò)建工程陶?；炷林苽浼皯?yīng)用研究

王祖堅(jiān) 李盈富 蔣子杰

摘要：針對目前改擴(kuò)建工程項(xiàng)目中拼接涵洞的基底換填小面積基坑無法碾壓的施工工藝難題，文章通過室內(nèi)試驗(yàn)完成自密實(shí)陶?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)，選出滿足涵洞基底換填材料所需的強(qiáng)度及輕質(zhì)要求的最佳配合比，并應(yīng)用于改擴(kuò)建工程涵洞基底換填中。

關(guān)鍵詞：陶?；炷?改擴(kuò)建工程;基底換填;應(yīng)用

中圖分類號：U412.36+6A080274

0 引言

陶?；炷潦且环N表觀密度小于1 950 kg/m3的混凝土，它由陶粒、水泥、輕砂和水配制而成[1]。目前，相對于普通混凝土來說，陶?；炷猎谖覈且环N相對比較新的品種，其影響力僅次于普通混凝土。

陶?；炷恋膽?yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，它具備強(qiáng)度可設(shè)計(jì)、輕質(zhì)且耐久等性能優(yōu)點(diǎn)，除了可以用于主要承重結(jié)構(gòu)，還可以用于非承重結(jié)構(gòu)。所以陶?；炷恋陌l(fā)展途徑主要為減輕結(jié)構(gòu)自重，向輕質(zhì)、高強(qiáng)方向發(fā)展[2-3]。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，帶來能源需求的不斷擴(kuò)增，使得綠色能源的開發(fā)突飛猛進(jìn)，成為建筑材料行業(yè)的新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。在20世紀(jì)90年代初，陶?；炷灵_始陸續(xù)在建筑工程及公路橋梁施工中出現(xiàn)，隨著我國經(jīng)濟(jì)、國力的不斷增強(qiáng)，交通運(yùn)輸需求增長，輕質(zhì)陶粒混凝土在公路工程應(yīng)用日漸廣泛。國內(nèi)外已對輕質(zhì)陶?；炷两Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究[4-7] ，我國已頒布了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[8-9]。但是在涵洞基底換填領(lǐng)域，對輕質(zhì)陶?；炷两Y(jié)構(gòu)的研究很少，許多方面甚至是空白，更無相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可循。

基于陶粒混凝土在國內(nèi)外研究成果，針對目前改擴(kuò)建工程中拼接涵洞的基底換填，小面積基坑無法碾壓的施工工藝難題，本文采用普通硅酸鹽水泥，摻加輕質(zhì)陶粒材料的方法以改善陶?；炷恋墓ぷ餍院土W(xué)性能，從而改善其耐久性，增強(qiáng)陶?；炷翉?qiáng)度，以配制出滿足涵洞基底換填性能要求的陶?；炷?。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

膠凝材料：選用廣西魚峰水泥股份有限公司普通硅酸鹽水泥P.O 42.5。

粗集料：級配采用5～10 mm、10～20 mm和20～31.5 mm按三級摻配。

細(xì)集料：選用柳州陽陽砂場機(jī)制砂生產(chǎn)加工的河卵石及來賓市良信礦業(yè)有限公司生產(chǎn)加工的石灰?guī)r。

外摻料：普通輕質(zhì)陶粒，規(guī)格為5～10 mm。

水：潔凈水。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）根據(jù)原材料性能和陶?；炷恋脑O(shè)計(jì)強(qiáng)度和容重要求，參照相關(guān)參數(shù)（水泥的用量、確定總用水量、砂率或有效用水量）。

（2）配制材料。按照比例來稱取各個(gè)物料。

（3）攪拌與成型。首先將陶粒放入攪拌機(jī)，攪拌機(jī)采用小型臥式進(jìn)行拌和，隨后加入水泥并進(jìn)行攪拌，使陶粒表面形成一層水泥裹層。接著放入粗細(xì)集料和摻合料干攪拌3 min后，再均勻加水濕攪拌3 min，最后卸出所有物料并振動成型。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

1.3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2000）;

《水泥混凝土及公路工程水泥試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30-2005）;

《輕骨料混凝土及輕骨料技術(shù)規(guī)定和試驗(yàn)方法》（J78-2）;

《柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴(kuò)建工程結(jié)構(gòu)物基底換填方案討論會議紀(jì)要桂海紀(jì)要》〔2016〕16號文。

1.3.2 配合比設(shè)計(jì)要求

配合比設(shè)計(jì)不但要滿足涵洞基底換填所需的強(qiáng)度和容重要求，還要在獲得預(yù)期性能的情況下，以求混凝土各組成材料用量下最經(jīng)濟(jì)的配合比，其設(shè)計(jì)目的與普通混凝土是一樣的。在最經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下既保證了涵洞基底換填結(jié)構(gòu)的安全，也能帶來較為理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，滿足施工要求，并節(jié)約水泥，合理降低成本?；讚Q填陶?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)要求7 d強(qiáng)度達(dá)到7.5 MPa以上，同時(shí)混凝土容重為1 300～1 900 kg/m3。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

通過室內(nèi)試驗(yàn)完成配合比設(shè)計(jì)，確定該配合比的材料和最佳配合比例滿足技術(shù)要求，考查對性能指標(biāo)影響程度的各個(gè)影響因素，以便找出有利于陶?；炷翉?qiáng)度的各組分的摻量，查找各個(gè)影響因素對性能指標(biāo)的影響程度。在這基礎(chǔ)上，進(jìn)行下一步的試驗(yàn)論證，通過驗(yàn)證坍落度、容重、3 d和7 d的抗壓強(qiáng)度等性能，配制出滿足涵洞基底換填施工工作性及力學(xué)性能要求的陶?；炷?。

2.1 材料比例（見表1）

2.2 坍落度試驗(yàn)結(jié)果（見表2）

由表2可知，配比1坍落度過低，不利于施工，配比2、配比3和配比4坍落度偏低，配比5的坍落度滿足施工和易性要求。

2.3 容重試驗(yàn)結(jié)果（見表3）

由表3可知，5個(gè)配比試驗(yàn)結(jié)果容重均滿足要求，配比1、配比4及配比5的容重效果好，可極大減少涵洞基底承載力。

2.4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果（見表4）

從表4可見，試件的力學(xué)抗壓強(qiáng)度都比較高，7 d的強(qiáng)度均達(dá)到所定C15陶?；炷烈蟮募夹g(shù)指標(biāo)，尤其配比2和配比4的強(qiáng)度較高。

2.5 混凝土試驗(yàn)后效果

通過選用不同的配比進(jìn)行設(shè)計(jì)試驗(yàn)，驗(yàn)證坍落度、容重、3 d和7 d的抗壓強(qiáng)度等性能，綜合以上各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果推薦陶?；炷僚浜媳龋号浔?及配比5滿足涵洞基底換填施工工作性及力學(xué)性能要求，結(jié)合混凝土7 d強(qiáng)度已>7.5 MPa的結(jié)果，陶?；炷僚浜媳瓤刹捎靡韵卤壤M(jìn)行施工：

水泥∶砂（河卵石機(jī)制砂）∶粗集料（5～10）mm∶粗集料（10～20）mm∶粗集料（20～31.5）mm∶陶?！盟ǖ膮⑴浔壤秊椋?∶2.81∶0.32∶0.65∶1.94∶0.97∶0.80;

每立方用量（設(shè)1 700 kg/m3）：200∶562.8∶64.8∶129.5∶388.6∶194.3∶160

水泥∶砂（石灰?guī)r機(jī)制砂）∶粗集料（5～10）mm∶粗集料（10～20）mm∶粗集料（20～31.5）mm∶陶?！盟膮⑴浔壤秊椋?∶2.82∶0.33∶0.65∶1.95∶0.97∶0.78;

每立方用量（設(shè)1 700 kg/m3）：200∶564.5∶65.0∶129.9∶389.8∶194.9∶156。

3 陶粒混凝土工程應(yīng)用

本文對柳南改擴(kuò)建工程項(xiàng)目涵洞基底換填進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)改擴(kuò)建工程項(xiàng)目中許多拼接涵洞存在基底換填面積小的問題，不利于機(jī)械設(shè)備施工及碾壓，所以選用了陶?；炷羴磉M(jìn)行基底換填。因?yàn)樘樟５亩逊e密度較小且具備多孔結(jié)構(gòu)的吸水特性，即使陶?；炷恋氖┕すに嚺c普通混凝土基本相似，但在工程實(shí)際應(yīng)用過程中還是要注意混凝土配料、設(shè)備、運(yùn)輸、成型及養(yǎng)護(hù)，才能保證工程質(zhì)量。

3.1 陶粒混凝土配料生產(chǎn)設(shè)計(jì)

陶?；炷猎谶M(jìn)行大量施工前，要先通過試拌試驗(yàn)確定用水量，在施工的過程當(dāng)中應(yīng)及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的用水量并經(jīng)常性地檢測粗細(xì)骨料中的含水量。因?yàn)樘樟５目障毒哂形?，所以在攪拌前先對陶?；炷两胄r(shí)左右，有利于增加混凝土強(qiáng)度。

3.2 陶?；炷恋纳a(chǎn)設(shè)備和運(yùn)輸

在陶?；炷恋纳a(chǎn)過程中，為避免混凝土出現(xiàn)離析的現(xiàn)象，優(yōu)選低頻低幅度的混凝土振搗器。同時(shí)宜選用泵送混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送混凝土，且為避免混凝土在澆筑之前出現(xiàn)初凝現(xiàn)象，應(yīng)盡可能地減少其倒運(yùn)時(shí)間。

經(jīng)攪拌過后的陶?；炷粒瑧?yīng)盡快運(yùn)到施工現(xiàn)場并澆注入模。在運(yùn)輸或停放的過程中，若出現(xiàn)了混凝土的和易性損失，為恢復(fù)其和易性，宜在澆注前進(jìn)行機(jī)械或人工的二次攪拌。

3.3 涵洞基底換填的澆注與成型

陶?；炷恋臐沧⒎椒ú捎梅謱诱駬v來進(jìn)行填筑，振搗的時(shí)間比普通混凝土的振搗時(shí)間少。在沒有使用緩凝劑的情況下，為避免混凝土過度振搗出現(xiàn)離析現(xiàn)象，混凝土從卸出到澆注的時(shí)間不宜超過1 h。

3.4 陶?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)

陶粒的孔隙使其吸收水分，伴隨混凝土水分的蒸發(fā)，陶粒內(nèi)部吸收的水分不斷向灰漿中轉(zhuǎn)移。在一定時(shí)間內(nèi)，具有自動供給水泥水化用水的特點(diǎn)，形成良好的養(yǎng)護(hù)條件。在比較潮濕的氣候，無須進(jìn)行灑水和覆蓋養(yǎng)護(hù)，陶?；炷林械乃志涂梢蕴峁┧嗟乃盟?。但在炎熱干燥的夏季，就要進(jìn)行覆蓋、噴水養(yǎng)護(hù)，避免混凝土出現(xiàn)表面干燥、收縮等現(xiàn)象。由于陶?；炷辆哂卸衙芏刃?、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)，再加上混凝土中水泥的用量較大，在夏季高溫季節(jié)，應(yīng)更注意混凝土的養(yǎng)護(hù)方法以免出現(xiàn)溫度裂縫。陶?；炷恋酿B(yǎng)生期一般>3 d，直至強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，才能開放交通。

4 結(jié)語

在高速公路改擴(kuò)建工程中，用于涵洞基底換填的陶?；炷磷钔怀龅膬?yōu)點(diǎn)為強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，與常規(guī)涵洞基底換填級配碎石填料相比，可大大降低涵洞基底填料自重，減輕了結(jié)構(gòu)的荷載，提高了涵洞基底的強(qiáng)度及耐久性。陶?；炷僚c普通混凝土相比，還具有自抗?jié)B能力強(qiáng)、抗水沖刷能力強(qiáng)等特點(diǎn)。作為涵洞基底換填的材料，陶粒混凝土既滿足結(jié)構(gòu)承載力的要求，還可節(jié)約大量資金，對施工機(jī)械設(shè)備要求低，對涵洞小面積基坑施工便利，陶粒混合料直接填筑自密實(shí)，大大減少了施工工藝環(huán)節(jié)，其社會效益非常明顯。在今后的改擴(kuò)建工程中涉及拼接涵洞基底換填，陶?；炷撂峁┝艘粋€(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的技術(shù)措施，為公路改擴(kuò)建工程提供一個(gè)良好的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]JGJ51-2002，陶粒混凝土技術(shù)規(guī)程[S].

[2]吳中偉，廉惠珍.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[3]吳之余，鄭念中.我國混凝土工程技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].混凝土，2000（11）：3-7.

[4]Almusallam T.H.，Alsayed S.H..Stress-strain relation ship of normal high-strength and lightweight concrete[J].Magazine of Concrete Research，1995，47（170）：39-44.

[5]Zhang M，Gjorv O.E..Mechanical properties of high-strength light weight concrete[J].ACI Materials Journal，1991，88（3）：240-247.

[6]Slate F.，Nilson A.H.，Martinez，et al.Mechanical properties of high-strength light weight concrete[J].Journal of The American Concrete Institute，1986，83（4）：606-613.

[7]Hwang S.J.，Lee Y.Y.，Lee C.S..Effect of silica fume on the splice strength of deformed bars of high-performance concrete[J].ACI Structural Journal，1994，91（3）：294-302.

[8]JGJ51-2002，輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程[S].

[9]JGJ12-2006，輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

收稿日期：2020-04-09