生物酶改性水泥碾压混凝土路面研究与应用

赵清华，李跃军

(1.现代投资股份有限公司，湖南 长沙 410004; 2.湖南省交通科学研究院，湖南 长沙 410015)

0 前言

随着公路建设的快速发展，大量公路路面面临改造升级。通过调查发现公路路面处治工程建设的路面结构相对单一，多在原路面上加铺水泥路面或沥青路面，路面维修改造成本高。鉴于此，湖南省科技重大专项“生物酶土壤固化筑路关键技术研究与示范”(2010FJ1008)展开了新型路面施工技术的研究，探索新的路面结构形式，提出的生物酶改性水泥碾压混凝土抗弯拉强度高，施工简单，用于公路路面处治工程，可以采用薄层罩面，降低工程造价，有效加快施工速度，确保工程质量。

1 室内试验

1.1 实验原理

为了更好地在原有旧路路基基础上解决路面处治问题，在保证经济适用的原则下，又能提高水泥混凝土基层的抗折强度，抑制混凝土裂缝的形成与发展，这就要求从本质上改良水泥混凝土的性能。水泥混凝土的抗折强度是生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土路面设计的重要参数。水泥混凝土的力学强度试验是指按照标准方法制作的试件，在标准温度、湿度条件下养护至规定龄期后，用标准方法测得的极限强度，用作评定水泥混凝土品质的抗折强度。该实验通过在水泥中掺入纤维和乳胶并制成生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土试块，并设置对照试验，确定最优配比，满足其力学强度。

1.2 实验内容

实验步骤如图1。

图1 实验步骤

1.2.1 试件的制作与养护

1)准备工作。首先清洗实验设备及试模，然后根据实验方案确定对比实验。

2)试件成型。在一般情况下，当VB 稠度时间在35～45 s 时，用标准振动台成型，成型完毕之后在压力机下进行碾压成型。将试模放在振动台，将试模内部涂以油脂或脱模剂，将乳胶纤维混凝土拌合物分3 次装满试模并稍有富余。开动振动台至混凝土表面呈现乳状水泥浆时为止，振动过程中随时添加混凝土拌合物充满试模，振动结束后，用金属直尺沿试模边缘刮除多余的混凝土，用镘刀将表面初次抹平，待试件收浆后，再次用镘刀将试件仔细抹平，试件表面与试模边缘的高度不得超过0.5 mm，然后放置于压力机上进行碾压成型，在压力20 kN作用下稳压10 min。

3)试件养护。试件成型后，在室温(20 ±5)℃，相对湿度大于90%的情况下，静放24 h，然后拆模并作第1 次外观检查、编号。将完好的试件进行标准养护至测试抗折强度时为止，标准养护室温度(20 ±3)℃，相对湿度在90%以上，试件宜放在铁架或木架上，间距至少30～50 mm，避免用水直接冲淋。也可将试件放入水槽(水温20 ℃ ±3 ℃)中养护，或用其它方法养护，但须在报告中说明。

当需要结合施工实际情况时，允许采用与实际情况相同的试件成型与养护条件，但应在报告中说明。

1.2.2 生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土抗折强度试验

1)试验前先检查各试件，如试件中部的1/3 长度内有蜂窝(大于7 mm×2 mm)，该试件应即作废。

2)在试件中部量出其高度和宽度，精确到1 mm。

3)调整两个可移动支座，使其与试验机下压头中心距离为225 mm，并旋紧两支座。将试件妥放在支座上，试件成型时的侧面朝上，几何对中后，缓缓加一初荷载，约1 kN，而后以0.15～0.3 MPa/s 的加荷速度，均匀而连续地加荷，当试件接近破坏而开始迅速变形，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，记下各试验方案的最大荷载。

1.3 试验结果

测试结果如表1、表2。

表1 3d抗折强度 MPa

表2 7d抗折强度 MPa

在此过程中，利用抗折之后的试件，进行了有效面积的抗压测试，碾压混凝土的抗压强度测试结果集中在33～35 MPa 之间，符合路面抗压强度要求。然后对上述测试结果进行数据整理，得到如表3对比。

表3 抗折强度随乳胶粉掺加量的变化对比

随着加入胶粉的含量逐渐增加，生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土的3 d 抗折强度逐步提高，但是提高幅度不是很大;7 d 抗折强度已有明显增加，最大抗折强度达到6.23 MPa，与普通混凝土相比，7 d抗折强度提高了30%。

2 工程应用

2.1 工程概况及结构设计

花垣县腊乍线(腊乍湾至乍沟楼)全长30 km，目前有12 km 公路刚建设完，质量优质，还有18 km是2006年建设，当时由于天气寒冷，造成路面表层麻面严重，大面积碎石脱落。

根据道路等级、材料供应状况及生物酶技术特点等，推荐在原水泥混凝土路面上加铺4 cm 的生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土(图2)，能够满足道路实际使用功能。与同等厚度的沥青混凝土路面相比，生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土与原水泥混凝土路面的材料类型更接近，结合更紧密，协同变形能力更好，其工程造价远低于同等厚度的沥青混凝土路面。同水泥混凝土路面相比，该路面结构降低了混凝土的脆性，抗折性能、抗冲击性能及耐磨性能更好，其耐水性及抗冻融性大大提高;其干缩率降低，改善了混凝土的收缩变形能力;增强了混凝土的柔性，行车舒适性更好，施工工艺更简单。

图2 路面结构加铺方案

2.2 施工工艺

施工工艺见图3。

图3 施工工艺

2.3 路面施工观测

在生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土试验路施工完毕后，对路段的表面效果进行了初步观察。如图4所示，观察结果如下:

1)上封层罩面之后表面平整，路面材料颜色均匀一致。

2)从侧面观察，生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土与旧水泥混凝土粘结良好，没有出现断板、脱离现象。

3)试验路养生完毕后，生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土已开放交通，经过大量当地及施工车辆的行驶，没有发生任何相关的道路病害。此外根据驾驶员反映，在生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土上行驶振动小，车内噪音小，行车较为舒适。

图4 试验路表面效果图

3 结论

由上述试验结果可以得出以下结论:

1)胶粉的掺入对生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土前期的抗折强度有一定程度的提高，但影响不大，随着龄期的增长，乳胶粉掺入越多，抗折强度增长越大。

2)胶粉是一种高分子有机物，其固化过程需要一定时间，在混凝土中起到抗拉伸作用是一个缓慢的过程，对混凝土的后期抗折强度的影响还需要进一步研究。

3)生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土能够抑制混凝土裂缝的形成与发展，提高混凝土的抗弯拉强度，增加其韧性。

4)生物酶胶粉改性水泥碾压混凝土的施工工艺简单易操作，且造价低，适合公路路面的处治维护。

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