養(yǎng)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(wěn)定碎石混合料類似，呈松散狀態(tài)無任何流動性，需經(jīng)振動碾壓密實成型，凝結(jié)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(yǎng)護周期短的特點，可有效縮短工期、降低造價；較傳統(tǒng)的半剛性水穩(wěn)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(yōu)點，可大大提高基層使用壽命；碾壓混凝土技術(shù)優(yōu)勢明顯，經(jīng)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(jié)合工程實際，對3 d、7 d、28 d和180 d齡期時，標準養(yǎng)護、室外保濕養(yǎng)護、各面刷乳化瀝青養(yǎng)護和室外不養(yǎng)護等不同養(yǎng)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(jīng)檢驗各項技術(shù)指標均滿足有關(guān)要求。

1.2 粗集料

竹山縣白巖碎石廠生產(chǎn)碎石，1#料規(guī)格19～31.5 mm、2#料規(guī)格9.5～19 mm、3#料規(guī)格4.75～9.5 mm,經(jīng)檢驗各項技術(shù)指標符合相關(guān)規(guī)范與設計要求。

1.3 細集料

竹山縣白巖碎石廠生產(chǎn)機制砂，規(guī)格0～4.75 mm，細度模數(shù)2.70，滿足相關(guān)規(guī)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(shù)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(chǎn)聚羧酸高效減水保塑劑,減水率26%，按膠材的1.0%(質(zhì)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(guī)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(zhì)量細料填平，以防出現(xiàn)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(yǎng)護方法

標養(yǎng)——養(yǎng)護溫度(20±2)℃，相對濕度>95%，試件間距>10 mm；室外保濕養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(zhí)行。

3 不同齡期不同養(yǎng)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(jīng)檢測，3 d齡期時不同養(yǎng)護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結(jié)果如表3所示。

表3 不同養(yǎng)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(yǎng)試件抗壓抗折強度最高，養(yǎng)護效果最好，現(xiàn)場灑水保濕養(yǎng)護次之，刷乳化瀝青養(yǎng)護效果略好于室外不養(yǎng)護。這主要是因為標養(yǎng)條件下溫、濕度能夠充分保障混凝土強度發(fā)展的需求，室外保濕養(yǎng)護試件的養(yǎng)護溫度略低于標養(yǎng)試件，而各面刷乳化瀝青養(yǎng)護和不養(yǎng)護試件不僅養(yǎng)護溫度略低于標養(yǎng)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(jīng)檢測，7 d齡期時不同養(yǎng)護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結(jié)果如表4所示。

表4 不同養(yǎng)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(yǎng)試件抗壓抗折強度最高，養(yǎng)護效果最好，現(xiàn)場灑水保濕養(yǎng)護次之，刷乳化瀝青試件略低于不養(yǎng)護試件強度。這主要是溫濕度對混凝土強度發(fā)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(yǎng)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(yǎng)護試件。

3.3 碾壓混凝土28 d抗折、抗壓強度研究

經(jīng)檢測，28 d齡期時不同養(yǎng)護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結(jié)果如表5所示。

表5 不同養(yǎng)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(yǎng)試件抗壓抗折強度最高，養(yǎng)護效果最好，現(xiàn)場灑水保濕養(yǎng)護次之，室外不養(yǎng)護效果好于刷乳化瀝青養(yǎng)護。這主要是溫濕度對混凝土強度發(fā)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(yǎng)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(jīng)檢測，180 d齡期時不同養(yǎng)護方法碾壓混凝土試件的抗折強度和抗壓強度結(jié)果表6所示。

表6 不同養(yǎng)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(yǎng)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(fā)生水化反應，水化產(chǎn)物增多混凝土結(jié)構(gòu)更加密實，但后期水化反應微弱水化產(chǎn)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(yǎng)護試件最高，現(xiàn)場保濕養(yǎng)護次之，各面刷乳化瀝青養(yǎng)護效果最差，但180 d齡期時室外保濕養(yǎng)護試件的強度與標準養(yǎng)護試件強度相差較小，這主要是早期標準養(yǎng)護試件強度發(fā)展較快，試件中未水化的水泥比現(xiàn)場保濕養(yǎng)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(yǎng)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(chǎn)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(jié)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(yǎng)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(yǎng)護和灑布PC-2乳化瀝青(灑布量1.2 kg/m2)養(yǎng)護的效果。鉆芯取樣檢測其抗壓強度，結(jié)果表明相同齡期下，乳化瀝青養(yǎng)護芯樣強度明顯低于灑水保濕養(yǎng)護，28 d時差值達到近4 MPa，與該文試驗結(jié)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(nèi)部干燥無法充足供水的問題，選擇合適的養(yǎng)護方法、延長養(yǎng)護時間對碾壓混凝土強度的增長十分關(guān)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(yǎng)生，且養(yǎng)生期不得少于7 d，應盡量推遲上層結(jié)構(gòu)施工前透層油的灑布時間，宜延長至上層結(jié)構(gòu)開始施工的前2 d。

4 結(jié) 論

a.不同養(yǎng)護方法養(yǎng)護效果，標養(yǎng)最好，現(xiàn)場灑水保濕養(yǎng)護次之，刷乳化瀝青養(yǎng)護和不養(yǎng)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(yǎng)生，并盡量推遲透層油的灑布時間以延長保濕養(yǎng)護時間。

b.不同養(yǎng)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(yǎng)護對碾壓混凝土強度的發(fā)展意義重大。