浅述滑模摊铺水泥路面混凝土性能的影响因素

1 引言

滑模摊铺工艺在水泥混凝土路面中逐渐推广使用，由此而开发的新材料、新工艺、新技术丰富了水泥混凝土路面技术含量。对路面混凝土而言，以往水泥混凝土路面铺筑强调原材料和施工设备强调就地取材、经济合理的原则，而在滑模摊铺工艺中则着重强调原材料质量、混凝土配合比指标及其稳定性，路面混凝土在传统的水泥、水、砂、石等四组分的基础上，发展到包括混凝土外加剂、掺和料、纤维等多组分材料。目前，由于混凝土配合比技术的发展和新材料的应用，提高混凝土弯拉强度已经不是路面混凝土的技术难点，而改善水泥混凝土路面耐久性、保证路面持久的良好使用状态成为路面混凝土工程中的重点。在采用滑模摊铺工艺时，影响混凝土工作性能和耐久性能的因素成为混凝土配制的控制因素。新拌混凝土工作性能是建设高质量水泥混凝土路面的极其重要的环节，硬化混凝土耐久性是混凝土路面使用过程中保证其服务质量的关键因素。在施工过程中需要充分认识影响滑模摊铺的混凝土工作性能和耐久性的各种因素，并加以严格控制，保证滑模摊铺正常施工和路面耐久性。

2 混凝土工作性

在固定模板的施工方法中，由于有模板的约束，工作性及其稳定性的影响有限。在滑模摊铺工艺中，滑模摊铺混凝土要保证作业一遍就满足所有技术要求，其前提是可施工性好，这是采用滑模摊铺工艺的混凝土区别于采用其他施工工艺的混凝土的重要特点。路面滑模摊铺工艺对混凝土工作性有特殊要求。首先，对采用振捣棒振捣的路面混凝土的振捣密实性的要求；其次，路面平整度、抗滑构造和规则外观对混凝土工作性的要求。混凝土的工作性主要包括混凝土坍落度、坍落度经时损失、粘度系数、泌水性等性能。

2.1混凝土坍落度

混凝土坍落度大小要满足施工需要，坍落度太大容易倒边、塌边、溜肩，坍落度太小容易麻面，不易振捣密实。滑模摊铺混凝土坍落度一般控制在20~50mm，视滑模摊铺机而定。德国的WIRTGEN对混凝土坍落度的要求为10~30mm，而美国的CMI和COMACO对混凝土坍落度的要求为20~40mm。

2.2混凝土坍落度经时损失

混凝土坍落度经时损失主要为混凝土运输时间而定。通常，综合考虑混凝土的离析等性能，要求坍落度经时损失在25℃时1小时不大于20mm。综合考虑运距，混凝土运输到现场的坍落度要适合摊铺。影响混凝土坍落度损失的因素十分复杂。

2.2.1水泥

为提高水泥早期强度，不断降低水泥细度、C3A的含量、改变混合材质量，导致水泥过细、比表面积增大、需水量大，降低了液相中外加剂浓度，塑化效果变差，水化放热大，加快了混凝土坍落度损失。

增加C3A、C4AF含量，在水泥矿物中C3A、C4AF混水后电位呈正值，吸附外加剂量最大，C3A、C4AF含量越高，与外加剂的适应效果越差。

水泥重的混合材也会影响外加剂对水泥适应性，掺火山灰、煤矸石、窑灰掺合料的水泥与外加剂适应性最差。

滑模施工日需水泥量大，经常一边水泥进仓一边拌和混凝土，新鲜水泥在生产后12天内对外加剂吸附量较大，大部分15天后趋于正常，新鲜水泥干燥度高，而且温度高，活性大，早期水化快，发热量大，而且对外加剂吸附量也大，同等掺量时，流动度变小，坍落度损失快、凝结时间短，导致使用新鲜水泥时的混凝土性能技术指标出现较大变异，有条件时可多设几个水泥仓冷却水泥轮流使用。在外加剂已供施工现场的情况下，可适当增大外加剂掺量来解决新鲜水泥与外加剂不适应问题。

2.2.2外加剂

不同生产工艺、种类、配方与掺量的外加剂对水泥适应性有很大差别，应结合现场实际使用材料通过试验确定，选用质量稳定、适应性好的外加剂。

2.2.3环境温度

水泥在高温下水化速度加快，在高温环境中施工，混凝土坍落度经时损失相对较大，避开高温施工有利于减小混凝土坍落度损失。

2.2.4运输方式

混凝土动态运输（田螺车）坍落度保持值高但成本高，静态运输（孖担车）坍落度损失大。

2.2.5混凝土配合比

增大混凝土初始坍落度，有利于减小混凝土坍落度损失。但初始坍落度不宜过大，否则在运输过程中易出现混凝土离析、泌水。

影响混凝土坍落度损失的因素还有水灰比、砂率、骨料含泥量、掺合料种类以及拌和方式等。总之，影响混凝土坍落度损失的因素非常多，在混凝土配制过程中需要综合考虑各种因素的影响，使混凝土坍落度及其损失与运输过程相协调，保证摊铺时混凝土具有良好的工作性。

2.3混凝土的振动粘度系数

混凝土的振动粘度系数应控制在200~500N.S/㎡为佳，这是为了保证滑模摊铺机振捣频率和行走速度与摊铺的混凝土的振动粘度系数实现最优匹配，从而保证混凝土易振捣密实。影响振动粘度系数的最主要因素是混凝土坍落度和含气量。据青海214线 水泥路面试验，要达到混凝土振动粘度系数的最佳值300 N.S/㎡，混凝土坍落度需要控制为30~40mm，含气量为4%~4.5%。

2.4泌水率

混凝土出现严重泌水会使混凝土加大收缩变形，导致混凝土路面表面开裂，同时局部泌水也会影响路面平整度。混凝土出现严重泌水现象主要有以下影响因素。

2.4.1集料级配

混凝土所用集料级配发生变化，特别是细集料的细度模数或颗粒级配发生变化。在324线施工中，发现采用相同细度模数的砂，拌和出来的混凝土和易性有时也相差很大。通过比较分析，发现采用0.315mm筛孔通过率不少于12%的砂拌和出来的混凝土和易性较好，而采用0.315mm筛孔通过率只有8%的砂拌和出来的混凝土泌水、离析严重。

2.4.2外加剂减水率

外加剂减水率偏高，使水泥浆中释放的自由水增多，水泥浆流动性大，浆体稀薄，粘聚性差，不足以维持水泥浆与集料的粘接性能。

2.4.3搅拌时间

搅拌时间不够，即搅拌出来的混凝土没有足够的粘聚性和内聚力；或是没有完全裹进空气，使混凝土含气量没有达到最优。

另外，在混凝土搅拌过程中对细集料含水率认识不足使单位用水量偏大、水泥存放时间过长或受潮等也是导致混凝土易泌水的主要原因，在混凝土配制过程中应加以重视。

改善泌水，可适当调整外加剂掺量，也可适当提高砂率，延长拌和时间，或减少混凝土用水量，减少用水量的幅度通常为原用水量的5%~10%。

3 混凝土耐久性

混凝土耐久性在路面混凝土中逐渐受到重视。水泥混凝土路面的耐久性主要包括：抗冻性、耐磨性、耐疲劳性、抗渗性和抗硫酸盐等腐蚀环境介质化学侵蚀性等性能。混凝土耐久性往往是混凝土配合比设计中的关键控制性能。影响混凝土耐久性的因素较多，在路面混凝土中主要从以下几个方面来改善其耐久性。

3.1最大水灰比及水泥用量

仅仅满足弯拉强度设计要求的路面混凝土水灰比及水泥用量，相对几十年的使用耐久性而言是远远不够的。控制最大水灰比及水泥用量，在满足弯拉强度要求的条件下，实际上是受混凝土耐久性控制。如，采用滑模施工的路面水泥混凝土在华东及华南等地无抗冻要求时，最大水灰比为0.44，42.5级水泥单方混凝土最小用量300kg，而在东北等有抗冻耐久性要求时，则将控制的最大水灰比降低到0.42，而将42.5级水泥单方最小用量提高到320kg，其目的是改善和保证混凝土的抗冻耐久性能。