试验成型方法对碾压混凝土性能的影响研究

王进勇，罗晖，王传彪，李欣，王振宇

（1招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；2重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆 400074）

试验成型方法对碾压混凝土性能的影响研究

王进勇1，罗晖2，王传彪2，李欣2，王振宇2

（1招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；2重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆 400074）

碾压混凝土路面的施工方法不同于普通混凝土路面，为了给工程提供更准确的参考数据，碾压混凝土的试验室成型方法也与普通混凝土不同，该文开展了不同的试验成型方法对碾压混凝土性能的影响研究。

碾压混凝土；碾压混凝土路面；成型方法；改制平板振动器

0 引言

碾压混凝土(Roller compacted concrete)是干硬性混凝土，相对于普通水泥混凝土，碾压混凝土单位用水量和水泥用量都较少，而水泥用量的减少对于减少资源消耗及碳排放是有利的。碾压混凝土路面（Roller compacted concrete pavement）是公路水泥混凝土路面的一种类型[1]，其施工成型方法不同于普通水泥混凝土路面，是将碾压混凝土通过振动碾压机具压实而成的路面。相对于普通水泥混凝土路面，碾压混凝土路面具有材料造价低、机械化程度高、施工快速、可更早开放交通等优点[2]。

1 碾压混凝土振动压实理论与模型

碾压混凝土路面施工的碾压部分包括初压、复压和终压三个阶段，《公路水泥混凝土路面施工技术细则》[3]（JTG∕T_F30）中规定复压阶段宜采用振动碾压。因此，振动碾压是碾压混凝土路面施工工艺中重要的一环，或者说碾压混凝土路面的施工方法是基于振动压实现象的，相关解释振动压实现象的理论[4]主要包括内摩擦减小学说、反复荷载学说、交变剪应变学说、“液化”学说等。

碾压混凝土振动压实的过程，可以描述为振动压路机对干硬性混凝土施加一系列的激振作用，促使干硬性混凝土材料颗粒之间发生相对运动，激振作用使得干硬性混凝土内部颗粒间的摩擦力大幅度减小，在垂直压力的作用下，干硬性混凝土内部产生相互填充，其中的含气量随着振动冲击的作用而减少，干硬性混凝土的密实度随之增加。

美国学者E.T.Seling和T.Syoo比较系统地研究了振动压路机的数学模型，在完全弹性的理论基础上建立了 “振动压路机－被压材料”系统两个自由度的动力学模型，并用振动压路机的试验结果验证了此模型[5]。

2 试验成型方法对碾压混凝土性能的影响

公路碾压混凝土的实验室数据是工程施工和质量验收的重要依据，由于碾压混凝土是干硬性混凝土，其实验室试件成型方法与普通水泥混凝土相比具有特殊性。以强度试件为例，衡量公路碾压混凝土性能的重要指标是抗弯拉强度，《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》[7]（JTG E30）给出了路面碾压混凝土抗弯拉试件的制作方法，成型设备采用频率50Hz±3Hz，振幅1mm，质量约25kg的改制平板振动器。课题组为了研究试验成型方法对碾压混凝土性能的影响，在改制平板振动器基础上设计制作了可调式改制平板振动器[8]。可调式改制平板振动器及配件如图2所示，主要由扶手、振动电机、底板、成型压板、配重块及套模等组成，可调式改制平板振动器可以根据研究需要调整振动压实过程中的垂直压力。

图2 可调式改制平板振动器及配件

研究过程中采用的碾压混凝土抗弯拉试件成型方法包括：（1）可调式改制平板振动器成型，在研究过程中通过调节配重块变化改制平板振动器的总重量，频率50Hz±3Hz，振幅1mm，改制平板振动器通过压板压在试样表面振压成型；（2）直接在试样表面加配重块，采用普通混凝土振动台成型。两种成型方法成型示意图分别如图3、图4所示。

图3 可调式改制平板振动器成型示意图

图4 普通混凝土振动成型台成型示意图

研究所采用碾压混凝土材料组成为：单位用水量110kg/m3，水泥用量280kg/m3，砂率36%，采用绝对体积法计算各档集料用量。对不同成型方法的成型效果和抗弯拉强度进行对比研究，结果见表1。

从振实时间分析，相比普通混凝土振动台成型，改制平板振动器成型法振动压实所用的时间更短，且随着配重量的增加而缩减，成型效率更高；从表面出浆效果看，改制平板振动器成型法的出浆效果更好；改制平板振动器所成型的试件7d抗弯拉强度高于普通混凝土振动台成型的试件。

表1 成型方法与碾压混凝土性能

3 结论

实验室采用改制平板振动器成型碾压混凝土试件更接近于振动压路机的施工成型过程。可调式改制平板振动器成型法与普通混凝土振动台成型法相比较，对于碾压混凝土这类干硬性混凝土，即使是在混凝土表面垂直压重相对稍低的情况下，改制平板振动器成型法在成型效率、出浆效果和试件力学性能方面显著优于混凝土振动台成型方法。

[1]JTG/D40.公路水泥混凝土路面设计规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]罗晖，王传彪，黄煜镔，等.用于农村公路路面的碾压混凝土技术[J].重庆建筑，2016（3），25-27.

[3]JTG/TF30.公路水泥混凝土路面施工技术细则[S].北京：人民交通出版社，2014.

[4]章建龙.水泥稳定碎石振动成型试验研究[D].西安：长安大学，2008.

[5]肖海生，光明，董庆伟，等.振动击实法在半刚性基层施工中的应用[J].中外公路，2012，32：67-70

[6]彭小林.路面基层碾压混凝土工艺及性能研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[7]JTG/E30.公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].北京：中华人民共和国交通运输部，2005.

[8]罗晖，王传彪，李欣，等.可调式碾压混凝土振动成型仪[P].中国专利：ZL201621130059.3，2017-04-05.

责任编辑：孙苏，李红

Influencesof Experimental Molding Method on Properties of Roller Compacted Concrete

The construction method for roller compacted concrete is quite different from that of the ordinary concrete.To provide more accurate referencedatafor theengineering,theinfluencesof different experimental molding methodson thepropertiesof roller compacted concretearestudied,for the experimental molding methodsfor roller compacted concretediffersfrom thosefor theordinary concreteaswell.

roller compacted concrete;pavement of roller compacted concrete;molding method;modified flat platevibrator

TU52

A

1671-9107（2017）10-0049-02

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.10.049

2017-09-14

王进勇（1970-），男，四川南充人，研究生，高级工程师，主要从事道路工程科研、设计与检测工作。