掺合料应用于道路碾压混凝土及其路面施工技术

关键词：掺合料；碾压混凝土；路面；施工技术

　　碾压混凝土是一种单位用水量较少、坍落度为零的超干硬性混凝土，适用于道路工程、坝体工程等大体积混凝土工程。碾压混凝土路面是采用沥青路面摊铺机将超干硬性的道路碾压混凝土摊铺，并用压路机碾压成型，修筑而成的一种路面结构。上世纪80年代道路碾压混凝土技术传入我国后得到了一定发展，虽然目前沥青与沥青混合料已成为我国高等级公路面层的主要修筑材料，但由于碾压混凝土自身具有可大面积连续浇筑、施工质量与强度有保证、设备利用率与机械化程度高、可掺加大量掺合料、减少工程成本、工期较短等优点，较之沥青混合料在抗车辙能力、水稳定性、耐磨性、耐油性、使用寿命、养护与维修费用等方面也具有一定优势，且有助于缓解我国当前建设需求与建设资金、资源等的矛盾，故在我国道路建设中具有较好的应用前景——适用于路面面层，特别是高等级公路面层的维修与改造、高等级公路碾压混凝土与沥青混凝土复合面层的新建、一般公路面层的新建，也适用于路面基层、软土地基上的路基工程等。

　　本文综合近期国内外对道路碾压混凝土的最新研究成果与工程实践经验，结合笔者对高掺量粉煤灰道路碾压混凝土、磨细矿渣粉道路碾压混凝土、硅灰道路碾压混凝土等的试验研究结论，探讨了道路碾压混凝土的掺合料及其发展，论述了碾压混凝土路面的施工技术，以期更好地指导工程实践。

　　1道路碾压混凝土的掺合料及其发展

　　混凝土掺合料技术是指在混凝土拌和前或拌和过程中，在其中掺入活性或非活性的磨细矿物掺合料，用以节约水泥用量、改善混凝土和易性等的新技术。该项新技术同样适用于道路碾压混凝土，掺合料不仅可以取代部分水泥、减少水泥用量、降低工程成本；而且可以改善道路碾压混凝土稠度、耐久性等技术性能；此外，适用于道路碾压混凝土的掺合料多为具有一定活性的固体工业废渣，它们的使用具有节约能源、保护环境、变废为宝的作用。故在道路碾压混凝土中掺用掺合料，具有十分显著的技术、经济、环保效益。

　　纵观当前世界各国道路碾压混凝土掺合料研究与应用现状，适宜用作道路碾压混凝土的掺合料主要有粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰等。对于粉煤灰掺合料的研究开展较早，粉煤灰取代水泥量5%～30%的中低掺量粉煤灰碾压混凝土在我国道路工程中已有较多的应用，笔者认为其已不属于新技术范畴。当前，道路碾压混凝土掺合料的发展主要体现在以下三方面：

　　其一，高掺量粉煤灰道路碾压混凝土的应用。粉煤灰掺量的提高可以在更大程度上节约水泥用量、降低工程成本、利用工业废料、保护资源环境，但也会在很大程度上改变道路碾压混凝土的技术性能。孙伟院士、曹诚等人分析了高掺量粉煤灰对道路碾压混凝土强度的影响及其机理，研究表明虽然碾压混凝土的早期强度会随着粉煤灰掺量的提高而下降，但高掺量粉煤灰对强度的影响会逐渐从早期的负效应转变为后期的正效应，高掺量粉煤灰对碾压混凝土抗折强度的影响效应大于抗压强度。2002年印度首次将高掺量粉煤灰碾压混凝土应用于从Ropar至Punjab公路的面层修筑，所用碾压混凝土层厚30cm，粉煤灰取代水泥量高达50%，28d抗压强度、抗折强度分别为41.6MPa、7.6 MPa，取得了很好的技术与经济效果。

　　其二，其它品种掺合料的应用。随着我国基础设施建设的不断发展，仅依赖粉煤灰一种作为道路碾压混凝土的掺合料，并不是实现环保与建设可持续发展的最佳之路，应当积极研究其它品种掺合料应用于道路碾压混凝土的技术、经济特性。就强度而言，掺入硅灰的效果最佳，掺入磨细矿渣粉的效果其次，而掺入粉煤灰则会在一定程度上降低道路碾压混凝土的强度。但对于道路碾压混凝土的实际工程应用而言，不仅需要考虑到强度等技术性质，经济成本也是不可忽视的重要方面。目前粉煤灰与磨细矿渣粉的市价差别不大，而硅灰自身的成本很高，约是前两者的20倍；在中、高掺量时，每方硅灰道路碾压混凝土的成本要高出粉煤灰碾压混凝土、磨细矿渣粉碾压混凝土约1000元左右。故虽然硅灰道路碾压混凝土的技术性质优于其它两者，但在工程中大量推广的前景不好；相比目前使用最多的粉煤灰道路碾压混凝土，磨细矿渣粉道路碾压混凝土的强度更高、而成本接近，将来具有很好的应用前景，特别是在矿渣废料来源较多的地区。

　　其三，多种掺合料复掺技术的应用。最新研究表明，粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰等掺合料各自具有其独特的优点，将两种或两种以上的掺合料复合应用于道路碾压混凝土，不仅可以发挥各种掺合料的技术长处、而且可能具有“1+2≥3”的超叠加效应。从上世纪90年代开始，国外在道路碾压混凝土中应用了“粉煤灰+硅灰”的复掺技术，他们的研究表明，同时掺入5%粉煤灰与5%硅灰的技术效果相当于掺入10%硅灰的技术效果，但复掺后的经济成本却大幅降低。国内外不少学者的研究结论表明“磨细矿渣粉与粉煤灰以质量比4：1复掺”具有很好的技术经济效果，对于我国粉煤灰应用技术成熟且易于获得的多数地区，可采用“以粉煤灰为主，复掺磨细矿渣粉”的方法。

　　2碾压混凝土路面施工技术

　　施工技术与施工质量对于道路碾压混凝土工程的最终质量具有直接影响。研究表明，碾压混凝土的抗压强度、抗折强度与其压实度有着极好的相关性，均随着压实度的降低而显著下降，因此在道路碾压混凝土施工过程中，提高路面的压实度可以提高碾压混凝土路面强度与质量。但由于碾压混凝土超干硬性等特点，其施工具有一定难度与特殊性，压实度和平整度问题、以及如何实现压实度与平整度的协调统一是道路碾压混凝土施工的技术难题，路面平整度的不足会制约碾压混凝土在路面工程中的应用。目前，国内外经过大量道路碾压混凝土工程的实践形成了许多新的施工技术经验，除了做好施工机械的选型与配套外，主要体现在道路碾压混凝土“拌和—运输—摊铺—压实—养护”一系列施工过程中。