碎石型页岩陶粒混凝土在桥面铺装施工中的应用

叶定青

（南平市公路局松溪分局， 福建 南平 353500）

0 前言

桥梁建设是经济发展的基础，我国桥梁数量已经超过3 万座，里程超过1.8 万公里，但与此同时也伴随着大量桥梁加固、维修等养护任务[1]。据调查统计，桥面铺装层维修更换的面积占到了高等级路面维修总面积的30%，然而对于需要维修养护的旧桥，其承载能力势必已经有所下降，普通混凝土自重较大，作为桥面铺装层修复材料并不利于桥梁的承载和耐久性。

陶粒混凝土是用陶粒为粗骨料、轻砂（或普通砂）、水泥和水配制而成的干表观密度不大于1950kg/m3混凝土。页岩陶粒是近年来出现的一种节能环保型建筑材料[2]，其具有质轻高强、隔热抗震、耐久性好等显著优势。能减轻铺装层自重约1/5，有利于提高桥梁寿命。本文结合松溪大桥桥面铺装修复实体工程，通过室内试验确定了本次工程中页岩陶粒混凝土配合比，分析了水灰比与砂率对于页岩陶粒混凝土强度的影响规律，并与普通混凝土对比显示页岩陶粒混凝土的显著优势，为其在福建地区的推广应用提供技术参考。

1 原材料试验

1.1 页岩陶粒

碎石型页岩陶粒，是将天然粘土质页岩碎石在1100℃左右温度的回转窑中锻烧膨化而得的块料或破碎料，其表面粗糙不规则，内部有大量非连通封闭气孔，是一种重量较轻、吸水率小、筒压强度高、性能稳定的混凝土轻集料[3]。本次工程中使用陶粒主要性能指标如表1 所示。

1.2 水泥和砂

采用P.O42.5 普通硅酸盐水泥，砂质材料采用松溪县砂场生产的中砂，含泥量为1.1%，其物理力学指标与筛分均满足规范要求。

1.3 拌和用水和外加剂

拌和用水为普通的自来水。外加剂为TW-9 早强剂，掺量为水泥的2%。聚丙烯腈纤维作为外掺剂，掺量为水泥的1.2%纤维。

表1 页岩陶粒主要性能指标

2 页岩陶粒混凝土配合比设计参数影响研究

2.1 不同因素对混凝土性能影响分析

通过室内试验进行了页岩陶粒LC40 混凝土配合比试验，选取了不同的水灰比和砂率进行试验，对混凝土工作性能和力学性能的主要参数进行对比分析，进而确定页岩陶粒混凝土配合比。其结果如表2 所示。

表2 配合比设计结果

（1）水灰比

水灰比是影响页岩陶粒混凝土性能的最主要因素，不同的水灰比下性能存在着显著差异。水灰比对于页岩陶粒混凝土坍落度和抗压强度的影响规律如图1 和图2 中。由图1 可知，随着水灰比的的增加，坍落度存在一定程度的增大，但会降低耐久性，因此需要限制最大水灰比。图2 可以看出水灰比的提高会降低抗压强度，随水灰比增大，7d 和28d 抗压强度均降低。因此随着水灰比的持续增大，混凝土强度会快速下降。综合考虑坍落度和抗压强度，水灰比应选择0.35。

图1 水灰比对坍落度的影响

图2 水灰比对抗压强度的影响

（2）砂率

根据《轻骨料混凝土桥梁技术规程》中的规定，轻质高强混凝土的砂率一般在 40%～50%范围内，随着砂率的增大，轻质高强混凝土的强度有一定程度的提高，同时拌合物的和易性也有所改善[4]。但是，砂率过大对混凝土也存在不良影响，容易产生离析，降低混凝土强度。因此在桥面铺装层修复工程中，采用40%作为配合比砂率。

（3） 陶粒混凝土配合比的确定

通过室内试验研究，综合考虑水灰比与砂率含量对陶粒混凝土的工作性能和力学性能的影响，对配合比进行研究，最终确定陶粒混凝土的最佳配比为：水灰比0.39，砂率40%，水泥：砂：页岩陶粒：水：早强剂：纤维=525：706：598：205：10.5：6.3。

3.2 陶粒混凝土与普通混凝土性能对比

（1）收缩特性

混凝土的收缩特性与结构的承载能力、变形特性以及耐久性能都存在着很大关联。对于页岩陶粒混凝土主要考虑干缩特性，在相同配合比条件下，对陶粒和普通混凝土均采用水泥混凝土干缩性试验方法（T 0566-2005）进行试验，其结果图3 所示，可以发现陶粒混凝土早期收缩性能明显低于普通混凝土，但在56d 时陶粒混凝土的收缩性能高于普通混凝土，这主要是由于陶粒混凝土“蓄水池”作用引起的延迟收缩。

图3 陶粒与普通混凝土收缩性能

（2）抗渗性能

混凝土是一种多孔性材料，当存在气压差时，必然会由于气压的驱动力作用导致液体或气体向低压处迁移、渗透，这种现象称为混凝土的渗透性[5]。本文采用电通量法对两种混凝土进行抗渗性试验，结果如图4 所示。普通混凝土的电通量要比陶粒混凝土的电通量高出1000 库伦，表明其渗透物质远远高于陶粒混凝土中，因此陶粒混凝土相较于普通混凝土抗渗性能更为优异。这主要是由于页岩陶粒虽为多孔结构，但其多为不连通孔隙，并无明显的连通孔隙形成水通道，因此具有更好的抗渗性能。

图4 陶粒与普通混凝土抗渗性能

（3）抗冻性能

抗冻性能主要是指混凝土抵抗冻融循环的作用，是决定结构耐久性的关键因素。依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）中进行冻融试验，计算强度损失率和质量损失率。由于未达到100 次冻融循环下已经出现破坏，因此图5 绘制了50 次冻融循环下强度损失率和质量损失率。实验结果表明陶粒混凝土的抗冻性明显优于普通混凝土，50 次冻融循环作用下强度和质量损失率降低了73.8%和53.3%。显示出了优良的抗冻性。

图5 陶粒与普通混凝土抗冻性能

3 依托工程的应用

3.1 工程概况

松溪大桥（上行桥）位于省道302 线松溪段松源镇内。因桥面铺装破损严重，混凝土大面积开裂，部分桥面露筋，严重影响行车舒适性及行车安全，决定实施桥面修复，本次桥面修复采用陶粒混凝土作为桥面铺装层的修复材料，修复结构如图6 所示：

图6 松溪大桥桥面铺装结构层

根据工程实际情况，本桥现场采用小型机具施工。具体的施工工艺主要为：施工准备→破碎板修复→旧桥面凿毛→桥面植筋→安装钢丝网片→清理、湿润施工面→安装、固定模板→拌和陶粒混凝土→陶粒混凝土运输→摊铺、振捣→表面处理→养护、锯缝→开放交通。

4 结论

本文基于室内配合比试验，结合实体工程，对松溪大桥桥面铺装修复工程中页岩陶粒混凝土的配合比设计，性能与施工工艺进行了分析研究，主要得出以下结论。

（1）水灰比是影响页岩陶粒混凝土的工作性能和力学性能的重要因素。水灰比的增大有助于提高混凝土的和易性，拌和物的坍落度也会增加。页岩陶粒混凝土的抗压强度随水灰比的增大而下降。

（2）早期陶粒混凝土的干缩特性明显低于普通混凝土，陶粒混凝土的抗渗性和抗冻性能也优于普通混凝土，这主要是由于陶粒混凝土具有较多不联动空隙，从而阻止渗透和缓解膨胀应力造成的。

（3）陶粒混凝土应格外注意现场拌和时水的用量，以免降低混凝土使用性能。同时鉴于陶粒的吸水性较强，应做好早期湿养护。