刘纪伟，李晶晶，周明凯

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017；2.武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北 武汉 430070）

0 前 言

对于聚合物改性混凝土作为新型路面、桥面摊铺材料，国内外多数学者对其改性机理、配合比、力学性能、耐久性等进行了广泛研究[1-2]，而在实际施工中，对其摊铺工艺研究相对较少。目前对于路面、桥面的摊铺，基本分为水泥混凝土和沥青混凝土摊铺工艺。对于聚合物改性混凝土，若采用普通水泥混凝土摊铺工艺，前期要进行模板处理，后期要进行抹光、刻槽等工序[3]；若采用沥青混合料摊铺工艺[4]，后期要进行碾压等工序，且在碾压时压路机一般开动强夯，会对桥梁产生隐性破坏，影响其使用寿命。而聚合物乳液成本相对较高，若采用这2种摊铺工艺，不仅工艺复杂，而且势必会进一步增加铺装造价。此外，聚合物改性混凝土粘聚性较大，新拌试样的性能对工作性变化较为敏感，而在实际施工中由于条件限制，可能不能及时对其工作性进行测试。因此，有必要依托实际工程对其工作性评价及摊铺成型工艺进行研究，为后续相关理论研究及工程应用提供参考。

1 试验

1.1 原材料

水泥：华新水泥厂生产的P·O42.5 水泥，安定性合格，主要物理力学性能见表1，主要化学成分见表2；集料：岩性均为辉绿岩，1#、2#、3#集料粒径分别为0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm，按m（1#集料）∶m（2#集料）∶m（3#集料）=4∶1∶5 复配，级配曲线见图1；聚酯纤维：主要技术性能见表3；减水剂：FDN-1 萘系减水剂，固含量30%；聚合物乳液：Styrofan D623丁苯乳液，固含量51%，pH 值7.8～10。

表1 水泥的物理力学性能

表2 水泥的主要化学成分 %

图1 集料的级配曲线

表3 聚酯纤维的主要技术性能

1.2 试验配合比

固定水泥用量为330 kg/m3，减水剂用量为水泥质量的2.7%，乳液用量为90 kg/m3，集料用量为2100 kg/m3，聚酯纤维体积掺量为0.12%，水灰比分别为0.29、0.35、0.47，研究聚合物改性混凝土的工作性和成型工艺。

1.3 试验方法

养护方式：参照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，成型后利用薄膜覆盖养护7 d，养护温度（20±2）℃，然后再干养至28 d，养护相对湿度（60±10）%，温度控制为（20±2）℃。拌合物工作性、力学性能：按JTG E30—2005 进行测试。路面使用性能：按照JTG E60—2008《公路路基路面现场测试规程》对构造深度、抗滑值、平整度等指标进行测试。

2 试验结果与分析

2.1 新拌混凝土工作性评价方法探究

对不同水灰比下3种新拌聚合物改性混凝土的工作性，从出搅拌锅后粘聚性、反光性、实测工作性3 个方面进行了探究，结果见图2 及表4。

图2 不同水灰比下新拌试样的工作状态

表4 新拌混凝土工作性评价

从图2 和表4 可以看出：不同状态下的新拌试样，其仪器测试、反光性及出搅拌锅后团聚性并不相同，在实际试验及施工中，可从以上3 方面对新拌试样的工作性进行综合快速评价、相互验证，以便更好地服务实际施工。

2.2 不同工作性下新拌混凝土成型方式探究

为模拟现场施工成型工艺，在室内拟定2种成型方式：①上压下振（试件上全面积配重300 kg/m2，然后在振动台上振动成型）；②结合碾压混凝土的成型方式，采用振动压实仪成型。对不同工作状态下混凝土的力学性能、路用性能（抗滑性能）进行对比研究。

2.2.1 对力学性能的影响

对于水灰比为0.29 的混凝土，由于为超干硬性混凝土，采用①、②两种成型方式；对于水灰比为0.35、0.47 的混凝土，分别为干硬性和塑性混凝土，采用成型方式①，测试结果如表5所示。

表5 成型方式对混凝土力学性能的影响

由表5 可见：水灰比为0.29 时，采用成型方式②的试件力学性能及密实性明显好于采用成型方式①的，7 d、28 d 抗折强度分别提高了36.3%、40.3%，抗压强度分别提高了35.4%、36.1%，这主要是由于成型方式①成型功率（功率为1.0 kW）明显低于成型方式②的成型功率（功率为4.0 kW），导致成型方式②试样的密实性技力学性能明显得到改善；水灰比为0.29、采用成型方式②制备的试样与水灰比为0.35、采用成型方式①制备的试样密实性及力学性能相差并不是很大，而工作性却有明显差别；此外，对于0.29、0.35、0.47 三种水灰比试样均采用方式①成型时，力学强度随水灰比的增大呈先提高后降低的趋势。可见，对于聚合物改性混凝土来说，其密实性及力学性能除受水灰比影响外，也会受到成型工艺的影响。

2.2.2 对抗滑性能的影响

成型不同水灰比的车辙板试件，并对其表面性能进行测试，结果见图3 及表6。

图3 不同水灰比的车辙板试样

表6 不同水灰比试样的抗滑性能

从图3 及表6 可以看出，X-1 与X-2 试件的表面状况较好，构造深度分别为0.75、0.88 mm，抗滑摆值分别为59、64 BPN，符合JTG/T F30—2014《公路水泥混凝土路面施工技术细则》相关技术要求，而X-3 试件的表面明显浮浆较多，构造深度与抗滑摆值明显偏小。

结合力学性能和抗滑性能研究结果，对水灰比为0.29（超干硬性、改进VC 值24 s）试样宜采用振动压实仪成型；对于水灰比为0.35（干硬性、维勃稠度5 s）、0.47（塑性、坍落度25 mm）的试样可采用振动台振动成型，但水灰比为0.47 试样的抗滑性能较水灰比为0.35 差。后续拟选取水灰比分别为0.29（超干硬性、改进VC 值24 s）和0.35（干硬性、维勃稠度5 s）2种工作性混凝土进行工程性实体试验研究。

2.3 摊铺成型工艺的工程试验研究

2.3.1 实体工程部分设计指标

依托工程为小鸦一级公路柏临河大桥，桥梁全长约125 m、宽24 m。桥面铺装部分设计指标如下：28 d 抗弯拉强度＞4.5 MPa，28 d 抗压弹性模量＜30 GPa；表面抗滑摆值＞40 BPN，构造深度＞0.7 mm，平整度（3 m 直尺最大间隙）≤3 mm。

2.3.2 3种摊铺成型工艺的提出

基于现有研究成果并结合相关文献资料[5-7]，对水灰比分别为0.29（超干硬性、改进VC 值24 s）和0.35（干硬性、维勃稠度5 s）的新拌混凝土试样提出3种摊铺工艺：（1）碾压成型工艺：沥青摊铺机摊铺后，采用水平振荡压路机进行碾压成型；（2）一次摊铺成型工艺：利用沥青摊铺机将材料一次摊铺成型；（3）一次摊铺成型+水平振荡碾压（辅助）：在一次摊铺成型工艺的基础上，采用水平振荡压路机进行辅助碾压；其中摊铺机型号为：ABG8820 型，水平振荡压路机型号为：BMG DT900型。依托实体项目摊铺3 段试验段，对以上3种摊铺方式进行系统研究，优选摊铺成型工艺。

2.3.3 3种摊铺成型工艺的工程试验研究

（1）碾压成型工艺

试验段一（水灰比为0.29）：摊铺机摊铺后，压路机碾压3遍成型，其施工效果如图4（a）及表7所示。试验中发现：摊铺后表面干涩、有明显被摊铺机拉刮痕迹、较为粗糙；碾压1～2遍后，表面虽然整平，但混合料中的浆体无法有效提出，并出现松散、裂缝等现象。故对于水灰比为0.29（超干硬性、改机VC 值24 s）的新拌混凝土，不宜采用该摊铺成型工艺。

（2）一次摊铺成型+水平振动碾压（辅助）

试验段二（水灰比为0.35）：摊铺机摊铺后，采用压路机辅助碾压1 遍，以期增大混合料的密实度，使材料进一步得到密实，结果如图4（b）及表7所示。试验中发现：摊铺后表面均匀、浆体充足，构造深度大，能够形成整体，未出现摊铺机拉裂、松散等现象；碾压后，表面存在轻微浮浆，平整度受到较大影响，表面存在轻微的波浪感。

（3）一次摊铺成型工艺

试验段三（水灰比为0.35）：利用摊铺机一次摊铺成型，其摊铺过程及效果如图4（c）及表7所示。试验中发现：摊铺后表面均匀、浆体充足，构造深度大，能够形成整体，未出现摊铺机拉裂、松散等现象；人在其上面行走没有脚印，说明利用摊铺机自身夯实、熨平作用，混合料已具有较好的密实度。

图4 试验段表面及断面状况

表7 不同摊铺工艺试件的状态

（4）不同成型工艺摊铺效果对比

从摊铺效果来看，试验段一明显不满足要求。成型后薄膜覆盖养护7 d，对试验段二、试验路段三进行切割取样，对于2种摊铺工艺所取试样的表面特点如表7所示，并对试验段的力学性能（现场养护）、密实度、构造深度、抗滑摆值、路面渗水系数、耐磨性能、平整度等进行了测试，结果如表8、表9所示。

通过分析图4（b）（c）及表7 可以看出：两试验段摊铺工艺均能使混合料中骨料呈现骨架结构且内部相对密实，但与一次摊铺成型工艺相比，水平振荡碾压使材料表面出现了一定浮浆，不利于材料构造深度及平整度的控制。

表8 试件强度（现场养护）

表9 不同摊铺工艺试验段的施工效果

从表8、表9 可以看出，同条件养护试样的力学强度、抗压弹性模量均满足设计要求。试验段二、试验段三的密实度、渗水系数基本一致，而试验段二的耐磨性、构造深度、抗滑摆值及平整度优于试验段三，这主要是由于试验段三的后续水平振荡碾压后，使摊铺材料表面出现了一定的浮浆所致。对于试验段二，养生完毕开放交通后，经过大量施工车辆的行驶，路面未出现任何相关病害。

可见：对水灰比为0.29（超干硬性、改进VC 值24 s）试样作为铺装材料时，不宜采用碾压成型；对水灰比为0.35（干硬性、维勃稠度5 s）试样，一次摊铺成型工艺明显优于一次摊铺成型+水平振动碾压（辅助），且密实度、抗滑性、抗渗性、耐磨性、平整度等路用性能良好。

3 结论

（1）对3种典型工作性状态下的新拌试样，从实测工作性、反光性及出搅拌锅后团聚性3 个方面进行了综合探究，在实际施工中，可从以上3 方面对新拌试样工作性进行综合快速评价。

（2）对水灰比为0.29（超干硬性、改进VC 值24 s）试样宜采用振动压实仪成型，采用振动压实仪成型的力学性能、试件密实性明显好于采用振动台振动成型，7 d、28 d 抗折强度分别提高了36.3%、40.3%，抗压强度分别提高了35.4%、36.1%；对于水灰比为0.35（干硬性、维勃稠度5 s）、0.47（塑性、塌落度25 mm）可采用振动台振动成型，但水灰比为0.47 试样的抗滑性能较水灰比为0.35 差。

（3）对提出的3种摊铺成型工艺进行了综合研究，水灰比为0.29（超干硬性、改进VC 值24 s）试样作为桥面铺装材料时，不宜采用碾压成型；对于水灰比为0.35（干硬性、维勃稠度5 s）的试样，一次摊铺成型工艺明显优于一次摊铺成型+水平振动碾压（辅助），且密实度、抗滑性、抗渗性、耐磨性、平整度等路用性能良好。