王祖堅 李盈富 蔣子杰

摘要：針對目前改擴建工程項目中拼接涵洞的基底換填小面積基坑無法碾壓的施工工藝難題，文章通過室內(nèi)試驗完成自密實陶粒混凝土配合比設(shè)計，選出滿足涵洞基底換填材料所需的強度及輕質(zhì)要求的最佳配合比，并應(yīng)用于改擴建工程涵洞基底換填中。

關(guān)鍵詞：陶?；炷?改擴建工程;基底換填;應(yīng)用

中圖分類號：U412.36+6A080274

0 引言

陶?；炷潦且环N表觀密度小于1 950 kg/m3的混凝土，它由陶粒、水泥、輕砂和水配制而成[1]。目前，相對于普通混凝土來說，陶?；炷猎谖覈且环N相對比較新的品種，其影響力僅次于普通混凝土。

陶?；炷恋膽?yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，它具備強度可設(shè)計、輕質(zhì)且耐久等性能優(yōu)點，除了可以用于主要承重結(jié)構(gòu)，還可以用于非承重結(jié)構(gòu)。所以陶?；炷恋陌l(fā)展途徑主要為減輕結(jié)構(gòu)自重，向輕質(zhì)、高強方向發(fā)展[2-3]。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，帶來能源需求的不斷擴增，使得綠色能源的開發(fā)突飛猛進，成為建筑材料行業(yè)的新經(jīng)濟增長點。在20世紀90年代初，陶粒混凝土開始陸續(xù)在建筑工程及公路橋梁施工中出現(xiàn)，隨著我國經(jīng)濟、國力的不斷增強，交通運輸需求增長，輕質(zhì)陶?；炷猎诠饭こ虘?yīng)用日漸廣泛。國內(nèi)外已對輕質(zhì)陶?；炷两Y(jié)構(gòu)進行了較為系統(tǒng)的研究[4-7] ，我國已頒布了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準[8-9]。但是在涵洞基底換填領(lǐng)域，對輕質(zhì)陶?；炷两Y(jié)構(gòu)的研究很少，許多方面甚至是空白，更無相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準可循。

基于陶?；炷猎趪鴥?nèi)外研究成果，針對目前改擴建工程中拼接涵洞的基底換填，小面積基坑無法碾壓的施工工藝難題，本文采用普通硅酸鹽水泥，摻加輕質(zhì)陶粒材料的方法以改善陶?；炷恋墓ぷ餍院土W(xué)性能，從而改善其耐久性，增強陶?；炷翉姸?，以配制出滿足涵洞基底換填性能要求的陶?；炷?。

1 試驗部分

1.1 原材料

膠凝材料：選用廣西魚峰水泥股份有限公司普通硅酸鹽水泥P.O 42.5。

粗集料：級配采用5～10 mm、10～20 mm和20～31.5 mm按三級摻配。

細集料：選用柳州陽陽砂場機制砂生產(chǎn)加工的河卵石及來賓市良信礦業(yè)有限公司生產(chǎn)加工的石灰?guī)r。

外摻料：普通輕質(zhì)陶粒，規(guī)格為5～10 mm。

水：潔凈水。

1.2 試驗方法

（1）根據(jù)原材料性能和陶粒混凝土的設(shè)計強度和容重要求，參照相關(guān)參數(shù)（水泥的用量、確定總用水量、砂率或有效用水量）。

（2）配制材料。按照比例來稱取各個物料。

（3）攪拌與成型。首先將陶粒放入攪拌機，攪拌機采用小型臥式進行拌和，隨后加入水泥并進行攪拌，使陶粒表面形成一層水泥裹層。接著放入粗細集料和摻合料干攪拌3 min后，再均勻加水濕攪拌3 min，最后卸出所有物料并振動成型。

1.3 配合比設(shè)計

1.3.1 設(shè)計依據(jù)

《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2000）;

《水泥混凝土及公路工程水泥試驗規(guī)程》（JTG E30-2005）;

《輕骨料混凝土及輕骨料技術(shù)規(guī)定和試驗方法》（J78-2）;

《柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴建工程結(jié)構(gòu)物基底換填方案討論會議紀要桂海紀要》〔2016〕16號文。

1.3.2 配合比設(shè)計要求

配合比設(shè)計不但要滿足涵洞基底換填所需的強度和容重要求，還要在獲得預(yù)期性能的情況下，以求混凝土各組成材料用量下最經(jīng)濟的配合比，其設(shè)計目的與普通混凝土是一樣的。在最經(jīng)濟的狀態(tài)下既保證了涵洞基底換填結(jié)構(gòu)的安全，也能帶來較為理想的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，滿足施工要求，并節(jié)約水泥，合理降低成本?；讚Q填陶?；炷僚浜媳仍O(shè)計要求7 d強度達到7.5 MPa以上，同時混凝土容重為1 300～1 900 kg/m3。

2 混凝土配合比設(shè)計試驗結(jié)果

通過室內(nèi)試驗完成配合比設(shè)計，確定該配合比的材料和最佳配合比例滿足技術(shù)要求，考查對性能指標(biāo)影響程度的各個影響因素，以便找出有利于陶?；炷翉姸鹊母鹘M分的摻量，查找各個影響因素對性能指標(biāo)的影響程度。在這基礎(chǔ)上，進行下一步的試驗論證，通過驗證坍落度、容重、3 d和7 d的抗壓強度等性能，配制出滿足涵洞基底換填施工工作性及力學(xué)性能要求的陶?；炷?。

2.1 材料比例（見表1）

2.2 坍落度試驗結(jié)果（見表2）

由表2可知，配比1坍落度過低，不利于施工，配比2、配比3和配比4坍落度偏低，配比5的坍落度滿足施工和易性要求。

2.3 容重試驗結(jié)果（見表3）

由表3可知，5個配比試驗結(jié)果容重均滿足要求，配比1、配比4及配比5的容重效果好，可極大減少涵洞基底承載力。

2.4 抗壓強度試驗結(jié)果（見表4）

從表4可見，試件的力學(xué)抗壓強度都比較高，7 d的強度均達到所定C15陶?；炷烈蟮募夹g(shù)指標(biāo)，尤其配比2和配比4的強度較高。

2.5 混凝土試驗后效果

通過選用不同的配比進行設(shè)計試驗，驗證坍落度、容重、3 d和7 d的抗壓強度等性能，綜合以上各項指標(biāo)試驗結(jié)果推薦陶?；炷僚浜媳龋号浔?及配比5滿足涵洞基底換填施工工作性及力學(xué)性能要求，結(jié)合混凝土7 d強度已>7.5 MPa的結(jié)果，陶?；炷僚浜媳瓤刹捎靡韵卤壤M行施工：

水泥∶砂（河卵石機制砂）∶粗集料（5～10）mm∶粗集料（10～20）mm∶粗集料（20～31.5）mm∶陶粒∶水法的參配比例為：1∶2.81∶0.32∶0.65∶1.94∶0.97∶0.80;

每立方用量（設(shè)1 700 kg/m3）：200∶562.8∶64.8∶129.5∶388.6∶194.3∶160

水泥∶砂（石灰?guī)r機制砂）∶粗集料（5～10）mm∶粗集料（10～20）mm∶粗集料（20～31.5）mm∶陶?！盟膮⑴浔壤秊椋?∶2.82∶0.33∶0.65∶1.95∶0.97∶0.78;

每立方用量（設(shè)1 700 kg/m3）：200∶564.5∶65.0∶129.9∶389.8∶194.9∶156。

3 陶?；炷凉こ虘?yīng)用

本文對柳南改擴建工程項目涵洞基底換填進行了現(xiàn)場調(diào)研，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)改擴建工程項目中許多拼接涵洞存在基底換填面積小的問題，不利于機械設(shè)備施工及碾壓，所以選用了陶粒混凝土來進行基底換填。因為陶粒的堆積密度較小且具備多孔結(jié)構(gòu)的吸水特性，即使陶粒混凝土的施工工藝與普通混凝土基本相似，但在工程實際應(yīng)用過程中還是要注意混凝土配料、設(shè)備、運輸、成型及養(yǎng)護，才能保證工程質(zhì)量。

3.1 陶?；炷僚淞仙a(chǎn)設(shè)計

陶?；炷猎谶M行大量施工前，要先通過試拌試驗確定用水量，在施工的過程當(dāng)中應(yīng)及時調(diào)整相應(yīng)的用水量并經(jīng)常性地檢測粗細骨料中的含水量。因為陶粒的空隙具有吸水性，所以在攪拌前先對陶?；炷两胄r左右，有利于增加混凝土強度。

3.2 陶粒混凝土的生產(chǎn)設(shè)備和運輸

在陶?；炷恋纳a(chǎn)過程中，為避免混凝土出現(xiàn)離析的現(xiàn)象，優(yōu)選低頻低幅度的混凝土振搗器。同時宜選用泵送混凝土運輸車運送混凝土，且為避免混凝土在澆筑之前出現(xiàn)初凝現(xiàn)象，應(yīng)盡可能地減少其倒運時間。

經(jīng)攪拌過后的陶?；炷粒瑧?yīng)盡快運到施工現(xiàn)場并澆注入模。在運輸或停放的過程中，若出現(xiàn)了混凝土的和易性損失，為恢復(fù)其和易性，宜在澆注前進行機械或人工的二次攪拌。

3.3 涵洞基底換填的澆注與成型

陶?；炷恋臐沧⒎椒ú捎梅謱诱駬v來進行填筑，振搗的時間比普通混凝土的振搗時間少。在沒有使用緩凝劑的情況下，為避免混凝土過度振搗出現(xiàn)離析現(xiàn)象，混凝土從卸出到澆注的時間不宜超過1 h。

3.4 陶?；炷恋酿B(yǎng)護

陶粒的孔隙使其吸收水分，伴隨混凝土水分的蒸發(fā)，陶粒內(nèi)部吸收的水分不斷向灰漿中轉(zhuǎn)移。在一定時間內(nèi)，具有自動供給水泥水化用水的特點，形成良好的養(yǎng)護條件。在比較潮濕的氣候，無須進行灑水和覆蓋養(yǎng)護，陶粒混凝土中的水分就可以提供水泥的水化用水。但在炎熱干燥的夏季，就要進行覆蓋、噴水養(yǎng)護，避免混凝土出現(xiàn)表面干燥、收縮等現(xiàn)象。由于陶?；炷辆哂卸衙芏刃?、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點，再加上混凝土中水泥的用量較大，在夏季高溫季節(jié)，應(yīng)更注意混凝土的養(yǎng)護方法以免出現(xiàn)溫度裂縫。陶?；炷恋酿B(yǎng)生期一般>3 d，直至強度達到設(shè)計強度的70%，才能開放交通。

4 結(jié)語

在高速公路改擴建工程中，用于涵洞基底換填的陶?；炷磷钔怀龅膬?yōu)點為強度高、質(zhì)量輕，與常規(guī)涵洞基底換填級配碎石填料相比，可大大降低涵洞基底填料自重，減輕了結(jié)構(gòu)的荷載，提高了涵洞基底的強度及耐久性。陶?；炷僚c普通混凝土相比，還具有自抗?jié)B能力強、抗水沖刷能力強等特點。作為涵洞基底換填的材料，陶粒混凝土既滿足結(jié)構(gòu)承載力的要求，還可節(jié)約大量資金，對施工機械設(shè)備要求低，對涵洞小面積基坑施工便利，陶?；旌狭现苯犹钪悦軐?，大大減少了施工工藝環(huán)節(jié)，其社會效益非常明顯。在今后的改擴建工程中涉及拼接涵洞基底換填，陶?；炷撂峁┝艘粋€經(jīng)濟可靠的技術(shù)措施，為公路改擴建工程提供一個良好的思路。

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收稿日期：2020-04-09