碾压混凝土力学性能影响因素研究

张淑泉 王晓建 祝海折

(1.陕西交通技术咨询有限公司，陕西 西安 710068;2.山西省交通科研院，山西 太原 030006)

沥青路面主要承重结构层普遍采用水稳半刚性基层，但随着交通量增加，路面早期病害严重。为减少路面病害，提高基层的强度和耐久性，碾压混凝土恰好具有高强度、原材料相对丰富、施工速度快、耐久性及抗疲劳性能较好等特点，是提高整体路面结构强度的一种选择。本文通过对多组试件进行力学测试，研究不同影响因素对碾压混凝土力学性能的影响。

1 碾压混凝土混合料配合比设计

1.1 原材料

本研究中，水泥采用广东云浮生产的金鹰牌PC32.5级复合缓凝硅酸盐水泥。粗、细集料产于广东省云浮市茅坪石场，天然砂产于广东省云浮市和都砂场，水采用符合饮用水要求的自来水。

1.2 级配设计

碾压混凝土基层矿质混合料的组成应为连续密级配，经查阅相关资料及规范，拟定了如表1所示的级配范围，并结合其他项目的铺筑经验，严格控制大于19 mm以上的粗集料用量，以减少施工过程中的粗集料离析，从而有效提高混合料施工均匀性及结构整体的抗弯、拉强度;严格控制细集料0.075 mm的通过率，以降低基层的收缩开裂，同时各档集料的用量较均衡，利于施工备料，降低造价，如表1所示。

表1 矿质混合料的合成级配及各档集料掺量比例

2 碾压混凝土力学性能影响因素研究

2.1 单位水泥用量

本文拟定了5组水泥剂量来研究水泥用量对混合料力学性能的影响，采用级配2、水灰比0.5。试验结果见图1。

图1 单位水泥用量对7 d抗压、抗折强度的影响

由图1可知，随单位水泥用量的增多，混凝土拌和物的7 d抗压强度和7 d抗折强度都有增大的趋势，但是随着水泥用量的继续增多，其强度增长趋势缓慢。

2.2 水灰比

为了研究水灰比对碾压混凝土力学性能的影响，拟定了5个水灰比，其他试验条件完全相同。试验结果见图2。

图2 水灰比对7 d抗压、抗折强度的影响

从图2中可知，水灰比对碾压混凝土的工作性和力学性能影响较大，随着水灰比的增加，抗压、抗折强度增加，当水灰比增加到0.50时，新拌混凝土工作性良好，力学性能达到最高;水灰比继续增加，碾压混凝土力学性能反而有所降低。

2.3 矿料的最大粒径

为了研究粗骨料最大粒径对拌和物力学性能的影响，选用最大粒径分别为31.5 mm和26.5 mm的粗集料进行试验，试验结果见图3。从图3可知，粒径较大的混凝土抗压、抗折强度都优于粒径较小的混凝土，且在相同的击实功作用下更易流动，混合料更易成型。但是从成型好的试件中可以看出，最大粒径为31.5 mm的混凝土试件表面较26.5 mm的粗糙，并有一定的粗集料离析，混凝土拌和物粒径越大，施工越难控制，且影响其平整度和均匀性。

2.4 拌和时间

为研究搅拌时间对混凝土拌和物力学性能的影响，本文拟定了6组不同的拌和时间，为了避免其他因素之间的交互影响，单位水泥用量统一采用240 kg，水灰比为0.5，采用级配2，其他试验条件完全相同。试验结果见图4。由图4可知，随着搅拌时间的延长，碾压混凝土的力学性能逐渐增大，且搅拌时间继续增加到一定程度后，强度递增的效果趋于平缓，此时混合料已比较均匀。

图3 矿料最大粒径对7 d抗压、抗折强度的影响

图4 拌和时间对7 d抗压、抗折强度的影响

2.5 密实度

为研究密实度对混凝土拌和物力学性能的影响，拟定了5组拌和时间，为避免与其他因素交互干扰，单位水泥用量采用240 kg，水灰比为0.5，采用级配2，其他试验条件完全相同。试验结果见图5。

图5 密实度对力学性能的影响趋势图

由图5可知，密实度对碾压混凝土抗压、抗折强度有明显影响。随着密实度的提高，强度也随着增长，当密实度提高到一定程度之后，强度增幅变缓。

3 结语

本文结论如下:

1)随着单位水泥用量的增多，抗折强度的增长幅度大于抗压强度的增长幅度。根据7 d抗压和抗折强度，在配合比设计过程中，单位水泥用量应不低于200 kg/m3。2)水灰比过大反而会影响碾压混凝土力学性能的提高，综合考虑，水灰比应不小于0.47。3)增大粒径可有效提高7 d抗压、抗折强度，但粒径越大，混合料越容易离析，施工越难以控制，影响混凝土的平整度和均匀性。4)在实际工程中，现场施工时，连续式搅拌机拌和时间不应低于30 s。5)在试件成型过程中可知，当密实度超过95%时，压实较困难，需更多的击实功和振动时间。如果密实度过大，有可能把粗集料给压碎，破坏了原有的粗集料骨架结构，造成能源浪费，强度反而会降低。建议密实度不应低于95%，但不应大于98%。

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