养护方式和龄期对碾压混凝土强度影响的研究

阳 晏，刘朝辉，陈 华，何良玉，黄绍龙

(1.湖北交投十巫高速公路有限公司，十堰 442000;2.湖北大学，武汉 430062)

碾压混凝土一般由水泥、活性矿物掺合料、砂、分级控制粗骨料、水和外加剂拌和而成，属于超干硬性混凝土，其拌和物与水泥稳定碎石混合料类似，呈松散状态无任何流动性，需经振动碾压密实成型，凝结硬化后具有混凝土的性能特征[1，2]。相比普通水泥混凝土，其具有水泥用量少、收缩变形小、施工速度快、养护周期短的特点，可有效缩短工期、降低造价；较传统的半刚性水稳基层，其具有抗疲劳、抗冲刷能力强、强度高，重载敏感性低的优点，可大大提高基层使用寿命；碾压混凝土技术优势明显，经济效益显著，被越来越多的应用于公路工程建设[3-6]。

然而，碾压混凝土多被用在水利大坝和低等级路面，作为隧道基层的研究较少。该文以湖北某高速公路隧道基层施工为依托，结合工程实际，对3 d、7 d、28 d和180 d龄期时，标准养护、室外保湿养护、各面刷乳化沥青养护和室外不养护等不同养护条件下的隧道基层碾压混凝土试件抗折强度和抗压强度进行分析。该高速公路隧道基层碾压混凝土施工配合比为(单位kg/m3)水泥∶机制砂∶碎石∶水∶减水剂=271∶626∶1 460∶105∶2.71。

1 材 料

1.1 水泥

华新PO42.5普通硅酸盐水泥，初凝时间>4 h，终凝时间6～10 h，经检验各项技术指标均满足有关要求。

1.2 粗集料

竹山县白岩碎石厂生产碎石，1#料规格19～31.5 mm、2#料规格9.5～19 mm、3#料规格4.75～9.5 mm,经检验各项技术指标符合相关规范与设计要求。

1.3 细集料

竹山县白岩碎石厂生产机制砂，规格0～4.75 mm，细度模数2.70，满足相关规范和设计要求。

1.4 集料级配

各档集料级配见表1，1#∶2#∶3#∶细集料=20∶35∶15∶30，合成级配如表2所示，满足设计文件和《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20—2015 C-B-3要求。

表1 粗、细集料级配范围

表2 碾压混凝土粗、细集料合成级配范围

1.5 减水剂

液体，湖北江城子建材科技股份有限公司生产聚羧酸高效减水保塑剂,减水率26%，按胶材的1.0%(质量计)掺配。

1.6 拌和水

自来水，符合饮用水的要求。

2 试验方法

2.1 抗折试件成型方法

采用SJS-3型砼碾压成型机，按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》[7](JTG E30)方法成型10 cm×10 cm×40 cm小梁试件。每个试件混合料用量m=10×10×40×ρ，ρ为压实度达标时混凝土的湿密度(g/cm3)。因碾压混凝土的干硬性，表面混合料可剔除大石子，用相同质量细料填平，以防出现影响强度的坑洞。

2.2 抗压试件成型方法

参考水泥胶砂试块抗压抗折强度检测方法，采用抗折试验压断后的试块切割打磨成10 cm×10 cm×10 cm试块进行抗压试验。

2.3 养护方法

标养——养护温度(20±2)℃，相对湿度>95%，试件间距>10 mm；室外保湿养护——放在隧道用土工布覆盖，保持土工布润湿；各面刷乳化沥青养护——试件各面刷涂PC-2乳化沥青置于隧道电缆沟盖板上；室外不养护——脱模后直接置于隧道电缆沟盖板上。

2.4 强度测试方法

参考《混凝土物理力学性能试验方法标准》[8](GB/T 50081)执行。

3 不同龄期不同养护方法碾压混凝土强度研究

3.1 碾压混凝土3 d抗折、抗压强度

经检测，3 d龄期时不同养护方法碾压混凝土试件的抗折强度和抗压强度结果如表3所示。

表3 不同养护方法碾压混凝土试件3 d强度 /MPa

由表3可得，3 d龄期时，标养试件抗压抗折强度最高，养护效果最好，现场洒水保湿养护次之，刷乳化沥青养护效果略好于室外不养护。这主要是因为标养条件下温、湿度能够充分保障混凝土强度发展的需求，室外保湿养护试件的养护温度略低于标养试件，而各面刷乳化沥青养护和不养护试件不仅养护温度略低于标养试件，且没有充足的水分保证水泥的水化反应。

3.2 碾压混凝土7 d抗折、抗压强度

经检测，7 d龄期时不同养护方法碾压混凝土试件的抗折强度和抗压强度结果如表4所示。

表4 不同养护方法碾压混凝土试件7 d强度 /MPa

由表4可得，7 d龄期时，标养试件抗压抗折强度最高，养护效果最好，现场洒水保湿养护次之，刷乳化沥青试件略低于不养护试件强度。这主要是温湿度对混凝土强度发展影响造成的，刷乳化沥青试件的强度最低可能是隧道空气湿度较大，破乳后的沥青层阻隔了混凝土试件吸收空气中水分水化，而不养护试件仍可吸收空气中的水分进一步水化，导致刷乳化沥青试件的强度低于不养护试件。

3.3 碾压混凝土28 d抗折、抗压强度研究

经检测，28 d龄期时不同养护方法碾压混凝土试件的抗折强度和抗压强度结果如表5所示。

表5 不同养护方法碾压混凝土试件28 d强度 /MPa

由表5可得，28 d龄期时，标养试件抗压抗折强度最高，养护效果最好，现场洒水保湿养护次之，室外不养护效果好于刷乳化沥青养护。这主要是温湿度对混凝土强度发展影响造成的；刷乳化沥青试件抗压强度最低是隧道空气湿度较大，随着水化的进行混凝土中的自由水减少，破乳后的沥青层阻隔了混凝土试件吸收空气中的水分进一步水化，随着龄期的增长，刷乳化沥青养护的弊端逐渐凸显，导致刷乳化沥青试件的28 d抗折抗压强度最低。

3.4 碾压混凝土180 d抗折、抗压强度研究

经检测，180 d龄期时不同养护方法碾压混凝土试件的抗折强度和抗压强度结果表6所示。

表6 不同养护方法碾压混凝土试件180 d强度 /MPa

由表6可得，180 d龄期时，不同养护方法的混凝土试件强度较28 d时均有所增长，但增长幅度较小远没有早期增长明显。这主要是因为随着时间推移混凝土进一步发生水化反应，水化产物增多混凝土结构更加密实，但后期水化反应微弱水化产物增加较少，故强度有所增长但增长幅度不大；抗折抗压强度仍是标准养护试件最高，现场保湿养护次之，各面刷乳化沥青养护效果最差，但180 d龄期时室外保湿养护试件的强度与标准养护试件强度相差较小，这主要是早期标准养护试件强度发展较快，试件中未水化的水泥比现场保湿养护要少，随着时间推移试件中未水化的水泥逐步水化到了相近的程度。

不同养护方法试件的抗折抗压强度均随龄期增长而增大，早期强度增长较快，后期增长明显变慢；这主要是因为早期水泥水化反应较快，水化产物增加较快，而随着时间推移尤其是28 d以后，水泥水化反应基本结束，仅有少量的水泥会进一步反应。3 d抗折抗压强度均达到28 d强度的65%以上，7 d抗折抗压强度达到28 d强度的80%以上，28 d试件的抗折抗压强度除室外保湿养护其它的均达到180 d强度的90%。

通过施工试验段，对比分析碾压完成后洒水保湿养护和洒布PC-2乳化沥青(洒布量1.2 kg/m2)养护的效果。钻芯取样检测其抗压强度，结果表明相同龄期下，乳化沥青养护芯样强度明显低于洒水保湿养护，28 d时差值达到近4 MPa，与该文试验结果相近。

综上所述，在隧道碾压混凝土基层施工过程中，由于碾压混凝土的超干硬性，为解决水泥后期水化混凝土内部干燥无法充足供水的问题，选择合适的养护方法、延长养护时间对碾压混凝土强度的增长十分关键；碾压混凝土基层在碾压完成检验合格后应及时洒水保湿养生，且养生期不得少于7 d，应尽量推迟上层结构施工前透层油的洒布时间，宜延长至上层结构开始施工的前2 d。

4 结 论

a.不同养护方法养护效果，标养最好，现场洒水保湿养护次之，刷乳化沥青养护和不养护效果相近甚至在7 d龄期后效果更差；施工过程中宜及时洒水保湿养生，并尽量推迟透层油的洒布时间以延长保湿养护时间。

b.不同养护条件碾压混凝土试件，3 d抗折抗压强度均达到28 d强度的65%以上，7 d抗折抗压强度均达到28 d强度的80%以上，180 d试件强度较28 d虽有所增长，但较早期增长幅度明显变小，故加强早期保温保湿养护对碾压混凝土强度的发展意义重大。