道路混凝土施工性能、流变特征及其评价指标研究

【摘要】道路混凝土专指用于修筑水泥路面的混凝土，道路混凝土的施工方式、使用性能、施工环境都对其有重要影响，使其区别于普通建筑用水泥混凝土。要对道路水泥混凝土的施工性能和流变特征进行评价，必须选取适当的评价指标，本章将就道路混凝土相关指标进行研究。

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一、道路混凝土的施工性能与评价指标

1.1道路混凝土施工性能与特点

普通混凝土简称混凝土，专指以水泥、水和细骨料砂子、粗骨料碎石或卵石，按适当比例配合、拌制成的拌合物；经过一定时间硬化而成的人造石材也称混凝土。

由于道路混凝土用于水泥混凝土路面板修筑，虽然其内部结构特征仍属于宾汉姆体，但由于其属于强振捣作用下的薄壁大表面积结构，其与大流动性混凝土具有极为不同的流变特征和施工特点。特别是采用滑模式水泥混凝土摊铺机进行施工时，施工方式、使用性能和环境都对新拌道路混凝土的施工性能提出了要求。

1.施工方式的影响

独特的施工方式是造成道路混凝土施工性能区别于普通建筑用混凝土的根本原因。目前为配合我国高速公路建设与发展，滑模式水泥混凝土摊铺机被广泛应用于水泥混凝土路面的修筑。

采用滑模摊铺机进行水泥混凝土路面施工时，对道路水泥混凝土具有较严格的要求，其中重点是对道路混凝土工作性方面要求严格。滑模施工中存在的塌边、麻面、裂缝、平整度不够等现象，使机械施工的质量和速度优势不能完全发挥出来，究其原因大都与水泥混凝土拌合料的工作性有关《滑模施工技术规程》的“配合比设计”中明确指出“保证滑模施工的最佳工作性及其稳定性和可滑性是其独特工艺要求。

2.使用性能的影响

道路水泥混凝土的使用性能要求，也使得其具有独特的结构和特点。水泥混凝土路面不同于普通水泥混凝土建筑物，其结构所处的使用环境与自然环境复杂、恶劣，除承受车辆荷载作用外，还不断地承受着温度变化、冲刷、磨耗、冰冻、水的渗入等作用，导致许多水泥混凝土路面的使用寿命往往達不到设计寿命就出现了不同程度的损坏。因此，在进行水泥混凝土路面设计过程中必须考虑道路混凝土的耐久性问题。为保证水泥混凝土路面获得足够的耐久性，对道路水泥混凝土的材料组成也就有了更高的要求。

道路混凝土的耐久性主要通过混凝土的含气量指标、最大水灰比和最小水泥用量的控制来实现。为了满足水泥混凝土路面的耐久性要求，道路混凝土一般采用大体积的粗骨料和低体积的粘结材料。在保证道路混凝土工作性的前提下，为降低用水量对水泥混凝土路面强度的影响，道路混凝土通常掺加高剂量的减水剂。

3.施工环境的影响

施工和使用环境对道路混凝土的影响同样大于其他类型的混凝土。道路水泥混凝土施工一般在夏季进行，较高的气温和风速使得道路混凝土很容易产生坍落度损失，造成工作性降低。施工现场存在许多偶发因素，如设备故障、交通拥堵等，会导致道路混凝土无法按时运抵施工现场，无法按时进行路面铺筑。因此，在道路混凝土设计中，考虑环境和时间参数的影响也是道路混凝土施工设计的独特之处。

1.2道路混凝土施工性能评价指标

施工性能设计是道路混凝土设计的前提和基础，包括适宜的流动性和粘性保证施工便利；良好的易密性保证在施工振动密实作用下，内部结构强度的形成；优越的表面可修饰性保证表面构造功能的形成。其中，第一项是为满足施工机械的要求，后两项是为满足路面结构和功能形成的要求。三者互相关联，但也互相矛盾，施工设计的目标就是在三者之间取得平衡。本研究将采用下面三项指标对道路混凝土施工性能进行评价。

1.流动立模性

流动性是混凝土工作性的一个方面，这种观点已经得到广泛认同。黄大能认为流动性是混凝土固、液体混合物，即分散系统中克服内阻力而产生变形的性能。这种性能决定于固、液相比率。增加液相，扩大分散系统固体粒子平均间距，均可提高流动性。冯乃谦认为：水泥混凝土拌合物的流动性是表示拌合物在自重或外力作用下，易于流动、填充模板的难易程度。道路混凝土流动性的高低将直接影响水泥混凝土路面板的立模性能。本研究认为，立模性能是指水泥混凝土路面施工过后，尤其是滑模摊铺机将路面板成型后，水泥混凝土路面板边缘不塌边、不沉降，保持设计标高不变，直至硬化稳定的性能。

二、新拌道路混凝土的结构流变特征

新拌道路混凝土的结构流变特征要借助流变学进行研究。流变学是考虑了时间因素，研究材料在受力状态下的流动和变形性质的科学。1928年，美国学者宾汉姆教授在美国成立了第一个流变学学会，使得流变学理论得以在世界范围内得到比较系统的研究。从流变学研究物体在受力条件下的变形及运动特征这个角度讲，流变学应该属于力学范畴的一个分支，但是力学只研究物体作为一个实体的运动规律，不联系物体本身的内部结构和性质，而流变学在研究流动和变形规律时，必须联系到物体内部质点之间的相对运动。因此，必须联系到物体的结构与性质，在掌握质点间相对运动规律的基础上，区别出物体的弹性、塑性、粘性的不同变形状态来。从这个角度讲它与力学又是有着明显区别的。

新拌道路混凝土的流变学研究是根据流变学理论，用某些物理量来评价新拌道路混凝土的变形性质，并对这些物理量进行流动化解析。利用模型可以描述物体在受力状态下的流变学特征。常见的流变学模型见表3.5

道路混凝土与普通建筑用混凝土不同，它属于从低塑性到半干硬性的混凝土，屈服应力和塑性粘度均比较高。道路混凝土受机械、环境、时间等外因影响很大，其结构特征非常复杂，普通的流变学理论已经无法解释，单一的流变学指标也无法完全准确评价。如坍落度、振动粘度甚至法国提出的经常使用高性能混凝土的两点法塑性粘度指标也无法评价。这也是道路混凝土施工性能设计落后于其他性能设计的主要原因。但是，道路混凝土仍属于类宾汉姆体，也具有该流体的一些特征，如屈服应力和塑性粘度。

屈服应力是材料发生变形的最小应力，作为混凝土流变学评价指标之一的坍落度可以反映屈服应力的大小。坍落度值越小，表明混凝土拌合物的屈服应力越大，在较小的应力作用下越不易变形，而坍落度值较大的混凝土拌合物不能支持自身的自重，为了分散由重力产生的应力，则发生坍落、流动，形状变得扁平，直到剪切应力值小于其屈服应力，才停止坍落流动。新拌混凝土屈服应力的具体数值，有关研究成果指出，当坍落度为18cm时，大致在100-400Pa之间；当坍落度值为0时，屈服值在1000-10000Pa的范围。

参考文献：

[ 1]严家极。道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2014.9.

[ 2]马烨红.石灰石粉作掺合料对混凝土工作性能的影响[[J].混凝土.2013.6.

作者简介：常玮，（1992.03.——），男，陕西省榆林市，西安思源学院12建筑学1班。