碾压混凝土稠度试验及其控制技术研究

胡娟　张永卫　刘兵　武玉松　刘洪海

摘要：针对碾压混凝土稠度控制问题，通过对拌和时间、含水率、放置时间对碾压混凝土稠度的影响进行试验研究，并与碾压混凝土摊铺、碾压现场适宜的稠度范围相结合，得出了碾压混凝土施工中的稠度控制技术，为具体工程提高作业效率和施工质量提供理论基础。

关键词：碾压混凝土；稠度测定；稠度控制；含水率

中图分类号：U416.21 文献标志码：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

半刚性基层沥青路面占中国高速公路沥青路面85%以上，是中国高速公路沥青路面的主要结构形式，但是半刚性基层存在水稳定性差、易缩裂等缺点[1]。刚性基层以水泥混凝土、碾压混凝土铺筑，具有刚度大、强度高且耐久性好的特点，自1970年以来在国内得到快速发展[2]。

水泥混凝土强度和稳定性较高，但是存在水泥和水的用量大、施工速度慢的缺点，性价比低。碾压混凝土是一种新型干硬性贫水泥混凝土，凝固前类似于水泥稳定碎石混合料，凝固后其性能又与普通混凝土相似[3]。碾压混凝土具有以下优点。

（1）水泥用量少，可降低工程造价，相比普通水泥混凝土节约水泥10%～30%，经济效益显著。

（2）由于其单位水泥和水用量少，所以干缩小、裂缝少。

（3）强度、刚度增长快，可快速实现道路通行，且行车荷载作用对其损伤较小。

（4）可采用水稳基层施工设备铺筑，即采用稳定土厂拌设备拌制混合料，面层摊铺机摊铺，振动压路机强振成型。

稠度是表征碾压混凝土流动性与和易性的指标，用改进VC值表示。稠度是影响其施工质量的主要因素：稠度太高，振动压路机能量不足以使碾压混凝土液化，会出现碾压不实、路面强度降低等问题；稠度太低，压实变形大，易出现波浪，平整度差，严重时压路机会陷进去。故改进VC值对碾压混凝土路面非常重要，需对影响稠度的因素进行严格控制。本文结合实体工程，通过拌和时间、含水率与放置时间等试验，对碾压混凝土的稠度进行研究，并根据施工现场适宜的稠度范围，提出施工中的稠度控制技术。

1 碾压混凝土稠度试验

1.1 稠度测定方法

由于碾压混凝土拌和物属于干硬性贫水泥混凝土，普通混凝土的稠度测定方法（坍落度仪法、维勃仪法）均不适用，目前用改进VC法来评价碾压混凝土的稠度。根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）（以下简称规程）中碾压混凝土拌和物稠度测定办法[4]，设备选用维勃稠度仪，工作频率（50±3）Hz，振幅（0.5±0.1）mm，配重砝码20 kg。稠度判定以圆盘下试样“半圆面积”出浆为标准。对每批混合料取样进行2次试验，取2次试验结果的平均值作为最终结果。如果2次试验结果与平均值相差大于20%，那么试验结果无效，需要重新测定。

1.2 稠度变化试验

在影响碾压混凝土稠度的因素中，选取施工设备和施工组织可以控制的因素研究稠度与拌和时间之间的关系、稠度与单位用水量之间的关系、稠度经时的变化规律，再根据施工现场需要的稠度范围，确定拌和设备新拌碾压混凝土控制稠度的材料参数和搅拌设备运行参数。

1.2.1 拌和时间对稠度的影响

根据实体工程确定了实验室的材料配合比，当碾压混凝土含水率为6.0%和6.5%时，改变拌和时间，采用SJ-60型搅拌机拌和，每次取2份试样测定改进VC值，结果取平均值。图1为试验用搅拌机，图2为室内稠度试验，表1为试验数据，图3为2种含水率下室内拌和时间对稠度的影响曲线。

从图3可以得出：搅拌设备拌制碾压混凝土时，改进VC值随着拌和时间的延长逐渐降低。对于含水率为6.0%的碾压混凝土，当拌和时间到达80 s后改进VC值趋于稳定；对于含水率为6.5%的碾压混凝土，当拌和时间达到70 s后改进VC值已趋于稳定；碾压混凝土含水率越大，其稳定后的改进VC值越小，改进VC值随拌和时间的变化幅度也越小。

1.2.2 含水率对稠度的影响

根据确定的碾压混凝土配合比，改变含水率进行拌和试验，每次取2份试样测定改进VC值，结果取其平均值。表2为含水量与稠度关系的试验数据。图4为含水率对稠度的影响曲线。

试验结果表明，拌和完成后，随着放置时间的延长，改进VC值变大，碾压混凝土会逐渐变稠，放置120 min时改进VC值约增加10 s。造成稠度损失的原因主要有：水分被骨料进一步吸收，水分蒸发和水泥的水化作用。这些原因虽然是不可避免的，但水分蒸发造成的稠度损失可以通过覆盖混合料或缩短施工时间来减小。

2 施工中稠度控制技术

根据规程及实体工程试验段验证，摊铺和碾压现场的碾压混凝土稠度值在35～45 s较为适宜。据此，搅拌设备出料口新拌碾压混凝土的改进VC值应该为现场适宜的稠度减去运输过程中的经时损失值。因此需要确定混合料从搅拌设备到摊铺现场的运输时间以及运输车等待卸料的时间，然后根据稠度经时损失曲线，确定稠度经时损失值（改进VC值增量），从而得到搅拌设备新拌碾压混凝土适宜的改进VC值。由于碾压混凝土的稠度受单位用水量影响显著，为保证混凝土质量并使改进VC值符合要求，需要准确控制新拌混凝土的含水率。当采用连续式稳定土厂拌设备拌制碾压混凝土时，对设备的供水系统加装能与控制计算机通信的流量计，并进行闭环控制；对供水系统进行流量标定，得到变频水泵频率与供水流量之间的对应曲线，操作人员可结合生产配合比及粗、细集料的含水率确定设备供水量，根据该曲线确定变频水泵频率。

3 结 语

（1） 碾压混凝土稠度（改进VC值）对含水率特别敏感，含水率越高，稠度越小；新拌碾压混凝土放置时间越长，稠度越大。

（2） 搅拌设备出料口新拌碾压混凝土的改进VC值，应为碾压现场适宜的稠度（35～45 s）减去运输过程中的经时损失值。

（3） 搅拌设备出料口新拌碾压混凝土的含水率应根据碾压混凝土施工稠度要求，并考虑经时损失值和粗、细集料的含水率后确定，在搅拌设备进行供水流量标定的基础上，通过闭环系统进行控制。

参考文献：

[1] 邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2] 方 东.基于稳定土搅拌机施工的路面碾压混凝土设计、研究与应用[D].武汉：武汉理工大学，2011.

[3] JTG E30—2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].

[4] 刘洪海，李红船，黄大喜，等.稳定土厂拌设备的标定与分析[J].武汉理工大学学报，2007，29（9）：138-140，155.

[责任编辑：谭忠华]