趙清華，李躍軍

(1.現(xiàn)代投資股份有限公司，湖南 長沙 410004; 2.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長沙 410015)

0 前言

隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展，大量公路路面面臨改造升級。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)公路路面處治工程建設(shè)的路面結(jié)構(gòu)相對單一，多在原路面上加鋪水泥路面或?yàn)r青路面，路面維修改造成本高。鑒于此，湖南省科技重大專項(xiàng)“生物酶土壤固化筑路關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(2010FJ1008)展開了新型路面施工技術(shù)的研究，探索新的路面結(jié)構(gòu)形式，提出的生物酶改性水泥碾壓混凝土抗彎拉強(qiáng)度高，施工簡單，用于公路路面處治工程，可以采用薄層罩面，降低工程造價(jià)，有效加快施工速度，確保工程質(zhì)量。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

為了更好地在原有舊路路基基礎(chǔ)上解決路面處治問題，在保證經(jīng)濟(jì)適用的原則下，又能提高水泥混凝土基層的抗折強(qiáng)度，抑制混凝土裂縫的形成與發(fā)展，這就要求從本質(zhì)上改良水泥混凝土的性能。水泥混凝土的抗折強(qiáng)度是生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土路面設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。水泥混凝土的力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)是指按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作的試件，在標(biāo)準(zhǔn)溫度、濕度條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，用標(biāo)準(zhǔn)方法測得的極限強(qiáng)度，用作評定水泥混凝土品質(zhì)的抗折強(qiáng)度。該實(shí)驗(yàn)通過在水泥中摻入纖維和乳膠并制成生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土試塊，并設(shè)置對照試驗(yàn)，確定最優(yōu)配比，滿足其力學(xué)強(qiáng)度。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)步驟如圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 試件的制作與養(yǎng)護(hù)

1)準(zhǔn)備工作。首先清洗實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試模，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案確定對比實(shí)驗(yàn)。

2)試件成型。在一般情況下，當(dāng)VB 稠度時(shí)間在35～45 s 時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)振動臺成型，成型完畢之后在壓力機(jī)下進(jìn)行碾壓成型。將試模放在振動臺，將試模內(nèi)部涂以油脂或脫模劑，將乳膠纖維混凝土拌合物分3 次裝滿試模并稍有富余。開動振動臺至混凝土表面呈現(xiàn)乳狀水泥漿時(shí)為止，振動過程中隨時(shí)添加混凝土拌合物充滿試模，振動結(jié)束后，用金屬直尺沿試模邊緣刮除多余的混凝土，用鏝刀將表面初次抹平，待試件收漿后，再次用鏝刀將試件仔細(xì)抹平，試件表面與試模邊緣的高度不得超過0.5 mm，然后放置于壓力機(jī)上進(jìn)行碾壓成型，在壓力20 kN作用下穩(wěn)壓10 min。

3)試件養(yǎng)護(hù)。試件成型后，在室溫(20 ±5)℃，相對濕度大于90%的情況下，靜放24 h，然后拆模并作第1 次外觀檢查、編號。將完好的試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至測試抗折強(qiáng)度時(shí)為止，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室溫度(20 ±3)℃，相對濕度在90%以上，試件宜放在鐵架或木架上，間距至少30～50 mm，避免用水直接沖淋。也可將試件放入水槽(水溫20 ℃ ±3 ℃)中養(yǎng)護(hù)，或用其它方法養(yǎng)護(hù)，但須在報(bào)告中說明。

當(dāng)需要結(jié)合施工實(shí)際情況時(shí)，允許采用與實(shí)際情況相同的試件成型與養(yǎng)護(hù)條件，但應(yīng)在報(bào)告中說明。

1.2.2 生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

1)試驗(yàn)前先檢查各試件，如試件中部的1/3 長度內(nèi)有蜂窩(大于7 mm×2 mm)，該試件應(yīng)即作廢。

2)在試件中部量出其高度和寬度，精確到1 mm。

3)調(diào)整兩個(gè)可移動支座，使其與試驗(yàn)機(jī)下壓頭中心距離為225 mm，并旋緊兩支座。將試件妥放在支座上，試件成型時(shí)的側(cè)面朝上，幾何對中后，緩緩加一初荷載，約1 kN，而后以0.15～0.3 MPa/s 的加荷速度，均勻而連續(xù)地加荷，當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，記下各試驗(yàn)方案的最大荷載。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

測試結(jié)果如表1、表2。

表1 3d抗折強(qiáng)度 MPa

表2 7d抗折強(qiáng)度 MPa

在此過程中，利用抗折之后的試件，進(jìn)行了有效面積的抗壓測試，碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果集中在33～35 MPa 之間，符合路面抗壓強(qiáng)度要求。然后對上述測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，得到如表3對比。

表3 抗折強(qiáng)度隨乳膠粉摻加量的變化對比

隨著加入膠粉的含量逐漸增加，生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土的3 d 抗折強(qiáng)度逐步提高，但是提高幅度不是很大;7 d 抗折強(qiáng)度已有明顯增加，最大抗折強(qiáng)度達(dá)到6.23 MPa，與普通混凝土相比，7 d抗折強(qiáng)度提高了30%。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

花垣縣臘乍線(臘乍灣至乍溝樓)全長30 km，目前有12 km 公路剛建設(shè)完，質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，還有18 km是2006年建設(shè)，當(dāng)時(shí)由于天氣寒冷，造成路面表層麻面嚴(yán)重，大面積碎石脫落。

根據(jù)道路等級、材料供應(yīng)狀況及生物酶技術(shù)特點(diǎn)等，推薦在原水泥混凝土路面上加鋪4 cm 的生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土(圖2)，能夠滿足道路實(shí)際使用功能。與同等厚度的瀝青混凝土路面相比，生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土與原水泥混凝土路面的材料類型更接近，結(jié)合更緊密，協(xié)同變形能力更好，其工程造價(jià)遠(yuǎn)低于同等厚度的瀝青混凝土路面。同水泥混凝土路面相比，該路面結(jié)構(gòu)降低了混凝土的脆性，抗折性能、抗沖擊性能及耐磨性能更好，其耐水性及抗凍融性大大提高;其干縮率降低，改善了混凝土的收縮變形能力;增強(qiáng)了混凝土的柔性，行車舒適性更好，施工工藝更簡單。

圖2 路面結(jié)構(gòu)加鋪方案

2.2 施工工藝

施工工藝見圖3。

圖3 施工工藝

2.3 路面施工觀測

在生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土試驗(yàn)路施工完畢后，對路段的表面效果進(jìn)行了初步觀察。如圖4所示，觀察結(jié)果如下:

1)上封層罩面之后表面平整，路面材料顏色均勻一致。

2)從側(cè)面觀察，生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土與舊水泥混凝土粘結(jié)良好，沒有出現(xiàn)斷板、脫離現(xiàn)象。

3)試驗(yàn)路養(yǎng)生完畢后，生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土已開放交通，經(jīng)過大量當(dāng)?shù)丶笆┕ぼ囕v的行駛，沒有發(fā)生任何相關(guān)的道路病害。此外根據(jù)駕駛員反映，在生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土上行駛振動小，車內(nèi)噪音小，行車較為舒適。

圖4 試驗(yàn)路表面效果圖

3 結(jié)論

由上述試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論:

1)膠粉的摻入對生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土前期的抗折強(qiáng)度有一定程度的提高，但影響不大，隨著齡期的增長，乳膠粉摻入越多，抗折強(qiáng)度增長越大。

2)膠粉是一種高分子有機(jī)物，其固化過程需要一定時(shí)間，在混凝土中起到抗拉伸作用是一個(gè)緩慢的過程，對混凝土的后期抗折強(qiáng)度的影響還需要進(jìn)一步研究。

3)生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土能夠抑制混凝土裂縫的形成與發(fā)展，提高混凝土的抗彎拉強(qiáng)度，增加其韌性。

4)生物酶膠粉改性水泥碾壓混凝土的施工工藝簡單易操作，且造價(jià)低，適合公路路面的處治維護(hù)。

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