次轻骨料混凝土预制路面板力学性能研究

2021-05-12陈鹏王月华叶伟

江苏建材 2021年2期

孙舒，陈鹏，王月华，叶伟

（泰州职业技术学院建筑工程学院，江苏泰州 225300）

0 引言

根据交通运输部的数据统计，截至2018 年年底，我国公路总里程已达484.65 万公里。但是水泥混凝土路面在高速公路和二级以上公路占比不足10%，其主要原因除了水泥路面行驶舒适性差外，更多的是水泥混凝土路面维护保养需要较长的封闭期，影响交通通行。

水泥混凝土预制路面拼装修复可以利用通行压力小的夜间进行施工，具有成本低、污染小和施工干扰少等优点。

预制路面板尺寸与自重是影响预制拼装质量和难度的关键因素[1]。尺寸过大不便于运输和吊装，而小尺寸路面板虽易于安装但会导制路面接缝增加，从而影响路基性能导制路面平整度差、病害增多。采用页岩陶粒部分替换混凝土中的粗骨料（下称“混合骨料”），在保证混凝土路用性能的前提下，可降低混凝土的重量[2]。

1 次轻骨料混凝土制备

1.1 试验材料

水泥采用泰州海螺公司生产的42.5 普通硅酸盐水泥，基本性能指标如表1 所示。

表1 硅酸盐水泥性能指标

细集料为表观密度2 730 kg/m3的河砂，含泥量为1.2%。对砂进行筛分试验，筛分结果如表2 所示，细度模数为2.82，符合建筑用砂规范中II 区级配砂的要求，含泥量为1.2%。

表2 混凝土用砂筛分结果

粗集料采用表观密度为2 810 kg/m3、松堆密度为1 590 kg/m3、压碎值为24%的石灰岩碎石，为控制集料的配比，采用三档料（大料19～31.5 mm、中料 9.5～19 mm、小料 4.75～9 mm）进行混合。

陶粒采用南通市大地陶粒有限公司生产的页岩型陶粒，其性能指标如表3 所示。

表3 陶粒性能指标

减水剂选用南京苏博特新材料有限公司生产的JM－PCA（I）聚羧酸高效减水剂（减水率为18%～22%)。

1.2 构件制作

根据《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51—2002）(下称“规程”)要求，陶粒混凝土抗压强度试验采用边长为150 mm 的立方体试件，抗折试验构件尺寸为 100 mm×100 mm×400 mm。参照组为 C40 普通混凝土（陶粒掺量为0%），表观密度为2 480 kg/m3，水灰比为0.49，砂率为35%，减水剂为1%。

《规程》要求陶粒混凝土的塌落度为30～80 mm（预制板等构件），本试验取 30～50 mm。同时粗骨料最大粒径为31.5 mm，根据混凝土单位用水量选用表可得，单位用水量为185 kg，减水率为18%，因此，用水量为 185×（1－18%）=151.7 kg，水泥用量为151.7/0.49=309.6 kg。根据砂率和质量关系可得，砂的质量为706.5 kg，石子的质量为1 312 kg。本试验依据《规程》要求，陶粒混凝土的配合比按绝对体积法进行设计。

陶粒掺量过高会导致混凝土拌合困难，因此本试验中陶粒掺量大于60%的不作研究。陶粒按粗骨料体积的20%、30%、40%、50%、60%进行替换，具体配比见表4。

表4 混合骨料混凝土配合比

2 试验结果分析

抗压试验与抗折试验每个替换率分3 组（标准养护 3 d，7 d 与 28 d），每组三个试件，共需要 3×3×6=54 个试件。其抗压强度和抗折强度如表5 所示。

表5 陶粒混凝土强度

2.1 表观密度

如图1 所示，陶粒按比例替换粗骨料能显著降低混凝土自重，但在拌合过程中发现，当陶粒掺量过高时会出现泌水现象，因此应当限制陶粒最大替换率为60%。替换率为30%和60%的次轻混凝土的表观密度比普通混凝土降低了约7.6%，16.2%。以2.5×4×0.2 m3的路面板为例，平均每块路面板可减轻自重约 374 kg、794 kg。

图1 次轻混凝土表观密度

2.2 抗压强度

通过表5 和图2 可以得出，随着替换率的增大，次轻骨料混凝土的抗压强度逐渐降低。替换率在30%以后，其抗压强度降低较少，主要原因是粗骨料的粒径较大，而陶粒的粒径较小，镶嵌在粗骨料中间，使替换率在30%内的次轻混凝土的抗压强度降低较少。

图2 次轻混凝土抗压强度

此外，随着替换率的增大，次轻混凝土初期强度较低，但后期强度（28 d）增幅较大，如替换率为60%的次轻混凝土28 d 抗压强度比3 d 增大了26.9 MPa，增大近2.6 倍。其主要原因是混凝土中水泥水化反应初期的强度未充分发挥，试件强度受骨料影响较为明显，而陶粒强度相比碎石要低很多，从而使得替换率高的次轻混凝土的初期强度较低。但是随着养护时间的增长，水泥与骨料形成整体，试件的破坏不仅受骨料的影响，也取决于水泥与骨料之间的连接。