掺合料应用于道路碾压混凝土及其路面施工技术

张国毅 廖 凌

（1.江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210005；2.江苏新湖宝华置业有限公司，江苏 句容 212415）

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。

（1）道路碾压混凝土的拌和

现有研究表明，保证道路碾压混凝土拌和质量的技术要点在于以下四点：

①控制好直接影响混凝土稠度与水灰比的单位用水量；

②控制好拌和时间，防止松散状碾压混凝土混合料的离析；

③控制好粗集料粒径，粒径大易造成离析；

④注意粉煤灰等掺合料的品质。混凝土的稠度不仅体现拌和时的和易性，还直接影响施工时的可修整性，因此是需要严格监控的技术参数，针对道路碾压混凝土超干硬性的特点，目前英、美、日等大多数国家都采用改进VC法来评定其稠度，这一方法亦适合中国。在总结数条碾压混凝土道路工程实践经验的基础上，中国工程界提出了适合大型机械化施工的集料最大粒径20mm、砂率35%～47%的道路碾压混凝土集料合成级配，以及改进VC值40±5s的稠度设计指标。

（2）道路碾压混凝土的运输

大量实践经验表明，道路碾压混凝土的运输应注意以下问题：运料车高度合适，既要能保证其顺利进入拌和机卸料斗下装料，又不致使混凝土因落距过大而造成离析；道路碾压混凝土拌和物的运输时间应在30mim以内，以保证其在拌和完成后2h内压实完毕，若不能达到此要求应掺加缓凝剂；当运输时间超过15mim时，应采取覆盖措施，尽量减少混凝土的分损失等。

（3）道路碾压混凝土的摊铺

摊铺是碾压混凝土路面施工的关键工序，也是碾压等后续工序的基础，直接关系到最终压实后路面的平整性。目前国内外研究表明，对摊铺质量的要求主要体现在“保证较好的摊铺平整度”和“保证足够的预压密实度”上，为此，所用摊铺机的均衡供料系统和自动找平系统应工作性能良好。根据我国数条试验路的铺筑经验，采用带强力熨平板的摊铺机型，应能保证成型后路面平整度达到3mm，摊铺预压密实度在85%以上。在具体摊铺过程中，应首先试验确定松铺系数，然后由推土机粗平后，再用进行人工精平，并注意控制好标高、摊铺速率等，以此来保证厚度满足要求、摊铺作业连续、摊铺效果均匀。值得一提的是，以往对碾压混凝土摊铺的研究主要是借助工程现场的实践经验、而缺少相应的试验研究，长安大学杨士敏教授在深入分析道路碾压混凝土熨平摊铺机理的基础上，研制出了碾压混凝土路面摊铺成型室内试验设备，利用该设备可在室内进行碾压混凝土路面实际摊铺试验。

（4）道路碾压混凝土的压实

法国公路局的研究表明，道路碾压混凝土的密实度降低5%易导致其强度降低20%～30%，而无流动性道路碾压混凝土的密实度主要取决于外界机械的压实效果，因此压实工序及其效果直接关系到最终道路质量。在实际工程中道路碾压混凝土的压实通常要进行初压、复压、终压几个阶段，其中碾压速度的控制较为关键，国内的研究认为振动压路机初压速度宜为3km/n、三轮终压速度宜为1.5km/n～2km/n。目前，道路碾压混凝土压实技术的新发展主要体现在混沌振动碾压技术上，该技术的关键在于应用新型宽频带混沌振动压路机代替传统的单频振动压路机对道路碾压混凝土进行压实，使碾压混凝土混合料得到全频域最优共振，从而获得近似最密实的碾压效果。我国龙运佳教授对此进行了系统研究，经土槽实验证明混沌振动碾压可比传统振动碾压提高功效12.2%，碾压密实均匀度也有所提高，并与上海工程机械厂、徐州工程机械集团合作开发出了国产混沌振动碾压机，具有较好的工程应用前景。

（5）道路碾压混凝土的养生

碾压混凝土路面的养生与普通混凝土路面基本相同，但由于碾压混凝土本身水分少，应特别注意定时洒水养生，以保持混凝土表面湿润，养生期通常需至7d。

此外，对于碾压混凝土路面的抗滑性问题，可应用缓凝除浆裸露工艺，在施工时采用洒水、研磨等加速裸露的方法。交通部公路科学研究所研制的射枪式拉杆设置装置、水泥混凝土路面胀缝密封装置与缩缝密封材料、轻便式灌缝矾具等成果可有效解决碾压混凝土路面的接缝问题。

特别值得一提的是，近年来钢纤维碾压混凝土成为新的发展方向并开始在工程中应用。2006年9月竣工的山西太旧高速公路路面大修工程便采用了这种新型钢纤维碾压混凝土，但在施工过程中施工人员普遍感觉由于碾压混凝土较为干硬，钢纤维分散困难，造成碾压混凝土均匀性下降，局部存在较大蜂窝现象，施工难度很大。目前，国外对于道路钢纤维碾压混凝土施工技术的研究取得了一定进展，法国发明了一种能溶于水的新型“粘结剂”，该外加剂在施工过程中既可防止钢纤维形成团状、又能在适当的时间释放钢纤维，保证拌和后钢纤维在碾压混凝土中处于均匀分散状态。笔者认为国内对于类似外加剂的研发以及道路钢纤维碾压混凝土施工技术的研究急待深入，以便更好地指导类似新型道路碾压混凝土应用于我国道路工程建设。

结语

（1）道路碾压混凝土与传统普通水泥混凝土、沥青混合料相比均具有其独特的优点，且有助于缓解当前我国建设需求与建设资金、资源等的矛盾，在道路建设中具有较好的应用前景。

（2）道路碾压混凝土掺合料技术的新进展主要体现在粉煤灰掺量的提高、其它品种掺合料的应用、多种掺合料的复掺等方面。高掺量粉煤灰道路碾压混凝土具有更好的经济、环保效益；硅灰道路碾压混凝土的技术性质最好，但成本过高，难以大量推广；磨细矿渣粉道路碾压混凝土的强度优于粉煤灰道路碾压混凝土，且成本接近，具有很好的应用前景。道路碾压混凝土的掺合料复掺技术可以进一步提高其技术性能、降低经济成本。

（3）道路碾压混凝土施工的技术难点在于如何实现平整度、压实度以及两者的协调统一，施工新技术体现在“拌和－运输－摊铺－压实－养生”一系列关键工序中，需保证其稠度稳定、运输合理、摊铺均匀、碾压密实、养生充分。稠度设计指标的提出、摊铺成型室内试验设备的研制、混沌振动碾压技术的研究与产业化、道路钢纤维碾压混凝土的应用与施工技术研究等成为新的发展亮点。

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