摻合料應(yīng)用于道路碾壓混凝土及其路面施工技術(shù)

張國(guó)毅 廖 凌

（1.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210005；2.江蘇新湖寶華置業(yè)有限公司，江蘇 句容 212415）

碾壓混凝土是一種單位用水量較少、坍落度為零的超干硬性混凝土，適用于道路工程、壩體工程等大體積混凝土工程。碾壓混凝土路面是采用瀝青路面攤鋪機(jī)將超干硬性的道路碾壓混凝土攤鋪，并用壓路機(jī)碾壓成型，修筑而成的一種路面結(jié)構(gòu)。上世紀(jì)80年代道路碾壓混凝土技術(shù)傳入我國(guó)后得到了一定發(fā)展，雖然目前瀝青與瀝青混合料已成為我國(guó)高等級(jí)公路面層的主要修筑材料，但由于碾壓混凝土自身具有可大面積連續(xù)澆筑、施工質(zhì)量與強(qiáng)度有保證、設(shè)備利用率與機(jī)械化程度高、可摻加大量摻合料、減少工程成本、工期較短等優(yōu)點(diǎn)，較之瀝青混合料在抗車轍能力、水穩(wěn)定性、耐磨性、耐油性、使用壽命、養(yǎng)護(hù)與維修費(fèi)用等方面也具有一定優(yōu)勢(shì)，且有助于緩解我國(guó)當(dāng)前建設(shè)需求與建設(shè)資金、資源等的矛盾，故在我國(guó)道路建設(shè)中具有較好的應(yīng)用前景——適用于路面面層，特別是高等級(jí)公路面層的維修與改造、高等級(jí)公路碾壓混凝土與瀝青混凝土復(fù)合面層的新建、一般公路面層的新建，也適用于路面基層、軟土地基上的路基工程等。

本文綜合近期國(guó)內(nèi)外對(duì)道路碾壓混凝土的最新研究成果與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合筆者對(duì)高摻量粉煤灰道路碾壓混凝土、磨細(xì)礦渣粉道路碾壓混凝土、硅灰道路碾壓混凝土等的試驗(yàn)研究結(jié)論，探討了道路碾壓混凝土的摻合料及其發(fā)展，論述了碾壓混凝土路面的施工技術(shù)，以期更好地指導(dǎo)工程實(shí)踐。

1 道路碾壓混凝土的摻合料及其發(fā)展

混凝土摻合料技術(shù)是指在混凝土拌和前或拌和過(guò)程中，在其中摻入活性或非活性的磨細(xì)礦物摻合料，用以節(jié)約水泥用量、改善混凝土和易性等的新技術(shù)。該項(xiàng)新技術(shù)同樣適用于道路碾壓混凝土，摻合料不僅可以取代部分水泥、減少水泥用量、降低工程成本；而且可以改善道路碾壓混凝土稠度、耐久性等技術(shù)性能；此外，適用于道路碾壓混凝土的摻合料多為具有一定活性的固體工業(yè)廢渣，它們的使用具有節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、變廢為寶的作用。故在道路碾壓混凝土中摻用摻合料，具有十分顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。

縱觀當(dāng)前世界各國(guó)道路碾壓混凝土摻合料研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，適宜用作道路碾壓混凝土的摻合料主要有粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰等。對(duì)于粉煤灰摻合料的研究開(kāi)展較早，粉煤灰取代水泥量5%～30%的中低摻量粉煤灰碾壓混凝土在我國(guó)道路工程中已有較多的應(yīng)用，筆者認(rèn)為其已不屬于新技術(shù)范疇。當(dāng)前，道路碾壓混凝土摻合料的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下三方面：

其一，高摻量粉煤灰道路碾壓混凝土的應(yīng)用。粉煤灰摻量的提高可以在更大程度上節(jié)約水泥用量、降低工程成本、利用工業(yè)廢料、保護(hù)資源環(huán)境，但也會(huì)在很大程度上改變道路碾壓混凝土的技術(shù)性能。孫偉院士、曹誠(chéng)等人分析了高摻量粉煤灰對(duì)道路碾壓混凝土強(qiáng)度的影響及其機(jī)理，研究表明雖然碾壓混凝土的早期強(qiáng)度會(huì)隨著粉煤灰摻量的提高而下降，但高摻量粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的影響會(huì)逐漸從早期的負(fù)效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃诘恼?yīng)，高摻量粉煤灰對(duì)碾壓混凝土抗折強(qiáng)度的影響效應(yīng)大于抗壓強(qiáng)度。2002年印度首次將高摻量粉煤灰碾壓混凝土應(yīng)用于從Ropar至Punjab公路的面層修筑，所用碾壓混凝土層厚30cm，粉煤灰取代水泥量高達(dá)50%，28d抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別為41.6MPa、7.6 MPa，取得了很好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效果。

其二，其它品種摻合料的應(yīng)用。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，僅依賴粉煤灰一種作為道路碾壓混凝土的摻合料，并不是實(shí)現(xiàn)環(huán)保與建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的最佳之路，應(yīng)當(dāng)積極研究其它品種摻合料應(yīng)用于道路碾壓混凝土的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)特性。就強(qiáng)度而言，摻入硅灰的效果最佳，摻入磨細(xì)礦渣粉的效果其次，而摻入粉煤灰則會(huì)在一定程度上降低道路碾壓混凝土的強(qiáng)度。但對(duì)于道路碾壓混凝土的實(shí)際工程應(yīng)用而言，不僅需要考慮到強(qiáng)度等技術(shù)性質(zhì)，經(jīng)濟(jì)成本也是不可忽視的重要方面。目前粉煤灰與磨細(xì)礦渣粉的市價(jià)差別不大，而硅灰自身的成本很高，約是前兩者的20倍；在中、高摻量時(shí)，每方硅灰道路碾壓混凝土的成本要高出粉煤灰碾壓混凝土、磨細(xì)礦渣粉碾壓混凝土約1000元左右。故雖然硅灰道路碾壓混凝土的技術(shù)性質(zhì)優(yōu)于其它兩者，但在工程中大量推廣的前景不好；相比目前使用最多的粉煤灰道路碾壓混凝土，磨細(xì)礦渣粉道路碾壓混凝土的強(qiáng)度更高、而成本接近，將來(lái)具有很好的應(yīng)用前景，特別是在礦渣廢料來(lái)源較多的地區(qū)。

其三，多種摻合料復(fù)摻技術(shù)的應(yīng)用。最新研究表明，粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰等摻合料各自具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，將兩種或兩種以上的摻合料復(fù)合應(yīng)用于道路碾壓混凝土，不僅可以發(fā)揮各種摻合料的技術(shù)長(zhǎng)處、而且可能具有“1＋2≥3”的超疊加效應(yīng)。從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，國(guó)外在道路碾壓混凝土中應(yīng)用了“粉煤灰＋硅灰”的復(fù)摻技術(shù)，他們的研究表明，同時(shí)摻入5%粉煤灰與5%硅灰的技術(shù)效果相當(dāng)于摻入10%硅灰的技術(shù)效果，但復(fù)摻后的經(jīng)濟(jì)成本卻大幅降低。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者的研究結(jié)論表明“磨細(xì)礦渣粉與粉煤灰以質(zhì)量比4:1復(fù)摻”具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，對(duì)于我國(guó)粉煤灰應(yīng)用技術(shù)成熟且易于獲得的多數(shù)地區(qū)，可采用“以粉煤灰為主，復(fù)摻磨細(xì)礦渣粉”的方法。

2 碾壓混凝土路面施工技術(shù)

施工技術(shù)與施工質(zhì)量對(duì)于道路碾壓混凝土工程的最終質(zhì)量具有直接影響。研究表明，碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度與其壓實(shí)度有著極好的相關(guān)性，均隨著壓實(shí)度的降低而顯著下降，因此在道路碾壓混凝土施工過(guò)程中，提高路面的壓實(shí)度可以提高碾壓混凝土路面強(qiáng)度與質(zhì)量。但由于碾壓混凝土超干硬性等特點(diǎn)，其施工具有一定難度與特殊性，壓實(shí)度和平整度問(wèn)題、以及如何實(shí)現(xiàn)壓實(shí)度與平整度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一是道路碾壓混凝土施工的技術(shù)難題，路面平整度的不足會(huì)制約碾壓混凝土在路面工程中的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外經(jīng)過(guò)大量道路碾壓混凝土工程的實(shí)踐形成了許多新的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，除了做好施工機(jī)械的選型與配套外，主要體現(xiàn)在道路碾壓混凝土“拌和－運(yùn)輸－攤鋪－壓實(shí)－養(yǎng)護(hù)”一系列施工過(guò)程中。

（1）道路碾壓混凝土的拌和

現(xiàn)有研究表明，保證道路碾壓混凝土拌和質(zhì)量的技術(shù)要點(diǎn)在于以下四點(diǎn)：

①控制好直接影響混凝土稠度與水灰比的單位用水量；

②控制好拌和時(shí)間，防止松散狀碾壓混凝土混合料的離析；

③控制好粗集料粒徑，粒徑大易造成離析；

④注意粉煤灰等摻合料的品質(zhì)。混凝土的稠度不僅體現(xiàn)拌和時(shí)的和易性，還直接影響施工時(shí)的可修整性，因此是需要嚴(yán)格監(jiān)控的技術(shù)參數(shù)，針對(duì)道路碾壓混凝土超干硬性的特點(diǎn)，目前英、美、日等大多數(shù)國(guó)家都采用改進(jìn)VC法來(lái)評(píng)定其稠度，這一方法亦適合中國(guó)。在總結(jié)數(shù)條碾壓混凝土道路工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，中國(guó)工程界提出了適合大型機(jī)械化施工的集料最大粒徑20mm、砂率35%～47%的道路碾壓混凝土集料合成級(jí)配，以及改進(jìn)VC值40±5s的稠度設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（2）道路碾壓混凝土的運(yùn)輸

大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，道路碾壓混凝土的運(yùn)輸應(yīng)注意以下問(wèn)題：運(yùn)料車高度合適，既要能保證其順利進(jìn)入拌和機(jī)卸料斗下裝料，又不致使混凝土因落距過(guò)大而造成離析；道路碾壓混凝土拌和物的運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)在30mim以內(nèi)，以保證其在拌和完成后2h內(nèi)壓實(shí)完畢，若不能達(dá)到此要求應(yīng)摻加緩凝劑；當(dāng)運(yùn)輸時(shí)間超過(guò)15mim時(shí)，應(yīng)采取覆蓋措施，盡量減少混凝土的分損失等。

（3）道路碾壓混凝土的攤鋪

攤鋪是碾壓混凝土路面施工的關(guān)鍵工序，也是碾壓等后續(xù)工序的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到最終壓實(shí)后路面的平整性。目前國(guó)內(nèi)外研究表明，對(duì)攤鋪質(zhì)量的要求主要體現(xiàn)在“保證較好的攤鋪平整度”和“保證足夠的預(yù)壓密實(shí)度”上，為此，所用攤鋪機(jī)的均衡供料系統(tǒng)和自動(dòng)找平系統(tǒng)應(yīng)工作性能良好。根據(jù)我國(guó)數(shù)條試驗(yàn)路的鋪筑經(jīng)驗(yàn)，采用帶強(qiáng)力熨平板的攤鋪機(jī)型，應(yīng)能保證成型后路面平整度達(dá)到3mm，攤鋪預(yù)壓密實(shí)度在85%以上。在具體攤鋪過(guò)程中，應(yīng)首先試驗(yàn)確定松鋪系數(shù)，然后由推土機(jī)粗平后，再用進(jìn)行人工精平，并注意控制好標(biāo)高、攤鋪速率等，以此來(lái)保證厚度滿足要求、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)連續(xù)、攤鋪效果均勻。值得一提的是，以往對(duì)碾壓混凝土攤鋪的研究主要是借助工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、而缺少相應(yīng)的試驗(yàn)研究，長(zhǎng)安大學(xué)楊士敏教授在深入分析道路碾壓混凝土熨平攤鋪機(jī)理的基礎(chǔ)上，研制出了碾壓混凝土路面攤鋪成型室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備，利用該設(shè)備可在室內(nèi)進(jìn)行碾壓混凝土路面實(shí)際攤鋪試驗(yàn)。

（4）道路碾壓混凝土的壓實(shí)

法國(guó)公路局的研究表明，道路碾壓混凝土的密實(shí)度降低5%易導(dǎo)致其強(qiáng)度降低20%～30%，而無(wú)流動(dòng)性道路碾壓混凝土的密實(shí)度主要取決于外界機(jī)械的壓實(shí)效果，因此壓實(shí)工序及其效果直接關(guān)系到最終道路質(zhì)量。在實(shí)際工程中道路碾壓混凝土的壓實(shí)通常要進(jìn)行初壓、復(fù)壓、終壓幾個(gè)階段，其中碾壓速度的控制較為關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)的研究認(rèn)為振動(dòng)壓路機(jī)初壓速度宜為3km/n、三輪終壓速度宜為1.5km/n～2km/n。目前，道路碾壓混凝土壓實(shí)技術(shù)的新發(fā)展主要體現(xiàn)在混沌振動(dòng)碾壓技術(shù)上，該技術(shù)的關(guān)鍵在于應(yīng)用新型寬頻帶混沌振動(dòng)壓路機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單頻振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)道路碾壓混凝土進(jìn)行壓實(shí)，使碾壓混凝土混合料得到全頻域最優(yōu)共振，從而獲得近似最密實(shí)的碾壓效果。我國(guó)龍運(yùn)佳教授對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)研究，經(jīng)土槽實(shí)驗(yàn)證明混沌振動(dòng)碾壓可比傳統(tǒng)振動(dòng)碾壓提高功效12.2%，碾壓密實(shí)均勻度也有所提高，并與上海工程機(jī)械廠、徐州工程機(jī)械集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)出了國(guó)產(chǎn)混沌振動(dòng)碾壓機(jī)，具有較好的工程應(yīng)用前景。

（5）道路碾壓混凝土的養(yǎng)生

碾壓混凝土路面的養(yǎng)生與普通混凝土路面基本相同，但由于碾壓混凝土本身水分少，應(yīng)特別注意定時(shí)灑水養(yǎng)生，以保持混凝土表面濕潤(rùn)，養(yǎng)生期通常需至7d。

此外，對(duì)于碾壓混凝土路面的抗滑性問(wèn)題，可應(yīng)用緩凝除漿裸露工藝，在施工時(shí)采用灑水、研磨等加速裸露的方法。交通部公路科學(xué)研究所研制的射槍式拉桿設(shè)置裝置、水泥混凝土路面脹縫密封裝置與縮縫密封材料、輕便式灌縫礬具等成果可有效解決碾壓混凝土路面的接縫問(wèn)題。

特別值得一提的是，近年來(lái)鋼纖維碾壓混凝土成為新的發(fā)展方向并開(kāi)始在工程中應(yīng)用。2006年9月竣工的山西太舊高速公路路面大修工程便采用了這種新型鋼纖維碾壓混凝土，但在施工過(guò)程中施工人員普遍感覺(jué)由于碾壓混凝土較為干硬，鋼纖維分散困難，造成碾壓混凝土均勻性下降，局部存在較大蜂窩現(xiàn)象，施工難度很大。目前，國(guó)外對(duì)于道路鋼纖維碾壓混凝土施工技術(shù)的研究取得了一定進(jìn)展，法國(guó)發(fā)明了一種能溶于水的新型“粘結(jié)劑”，該外加劑在施工過(guò)程中既可防止鋼纖維形成團(tuán)狀、又能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間釋放鋼纖維，保證拌和后鋼纖維在碾壓混凝土中處于均勻分散狀態(tài)。筆者認(rèn)為國(guó)內(nèi)對(duì)于類似外加劑的研發(fā)以及道路鋼纖維碾壓混凝土施工技術(shù)的研究急待深入，以便更好地指導(dǎo)類似新型道路碾壓混凝土應(yīng)用于我國(guó)道路工程建設(shè)。

結(jié)語(yǔ)

（1）道路碾壓混凝土與傳統(tǒng)普通水泥混凝土、瀝青混合料相比均具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，且有助于緩解當(dāng)前我國(guó)建設(shè)需求與建設(shè)資金、資源等的矛盾，在道路建設(shè)中具有較好的應(yīng)用前景。

（2）道路碾壓混凝土摻合料技術(shù)的新進(jìn)展主要體現(xiàn)在粉煤灰摻量的提高、其它品種摻合料的應(yīng)用、多種摻合料的復(fù)摻等方面。高摻量粉煤灰道路碾壓混凝土具有更好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益；硅灰道路碾壓混凝土的技術(shù)性質(zhì)最好，但成本過(guò)高，難以大量推廣；磨細(xì)礦渣粉道路碾壓混凝土的強(qiáng)度優(yōu)于粉煤灰道路碾壓混凝土，且成本接近，具有很好的應(yīng)用前景。道路碾壓混凝土的摻合料復(fù)摻技術(shù)可以進(jìn)一步提高其技術(shù)性能、降低經(jīng)濟(jì)成本。

（3）道路碾壓混凝土施工的技術(shù)難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)平整度、壓實(shí)度以及兩者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，施工新技術(shù)體現(xiàn)在“拌和－運(yùn)輸－攤鋪－壓實(shí)－養(yǎng)生”一系列關(guān)鍵工序中，需保證其稠度穩(wěn)定、運(yùn)輸合理、攤鋪均勻、碾壓密實(shí)、養(yǎng)生充分。稠度設(shè)計(jì)指標(biāo)的提出、攤鋪成型室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備的研制、混沌振動(dòng)碾壓技術(shù)的研究與產(chǎn)業(yè)化、道路鋼纖維碾壓混凝土的應(yīng)用與施工技術(shù)研究等成為新的發(fā)展亮點(diǎn)。

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