（道路与铁道工程专业论文）道路水泥混凝土施工流变性能研究.pdf

摘要 开展道路水泥混凝土施工流变性能研究 是路面水泥混凝土设计与施工质量 控制的迫切需要 本研究论述了道路混凝土工作性与施工性能的相互关系 对比 了普通混凝土与道路混凝土的异同 由普通混凝土工作性测试方法与评价指标分 析入手 选取经时坍落度 经时v b 值 经时振动粘度系数作为道路混凝土的工 作性测试方法与评价指标 根据道路混凝土滑模施工的特殊性 提出了能够在实 验室内评价道路混凝土立模性能 密实性能 抹面性能的施工性能评价方法与相 应的评价指标 从材料组成与施工环境的影响入手 研究用水量 水泥用量 公 称最大粒径 含气量 温度等对道路混凝土工作性与施工性能评价指标的影响 给出了工作性与施工性能指标随各影响因素的变化规律 建立工作性评价指标与 施工性能评价指标的相关关系 尝试通过控制工作性指标来达到控制施工性能的 目的 通过系统研究 给出了道路混凝土施工性能达到最优时 相关工作性评价 指标的范围 此外 研究中还初步探讨了道路水泥混凝土的施工变异性 测试分 析了道路混凝土中含水量及含气量的内 外分层现象 本研究理念新颖 研究成 果具有创新性 对道路混凝土的设计及施工质量控制具有指导意义 关键词 流变性指标 施工性能 工作性 施工环境 施工变异性 a b s t r a c t d e v e l o p i n gt h er e s e a r c ho ft h ec o n s t r u c t i o nr h e o l o g yo fr o a dc e m e n t c o n c r e t ei st h ec r y i n g f 0 r l ec 锄锄tc o n c r e t ep a v e m e n td e s i g na n dc o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lf o rr o a d t h er e s e a r c h d i s c u s s e st l l er e l a t i o nb e t w e e nw o r k a b i l i t ya n dc o n s t r u c t i o np e r f o r m a n c eo fr o a dc o n c r e t e t h e n c 唧a r e sr o a dc o n c r e t ew i t hc o i n i n o nc o n s t r u c t i o nc o n c r e t e t h r o u g ha n a l y z i n gw o r 汕i l i 锣t e s t n l e m o d sa n de v a l u a t i o n 证d e x e so fc o m m o nc o n s t r u c t i o nc o n c r e t e i tc h o o s e sc o l l a p s e ds l u m p w i t l lt i m e v bv a l u ew i t ht i m e v i b r a t i o nv i s c o s i t yc o e f f i c i e n tw i t ht i m ea st h ew o r k a b i l i t y t e s t m e l o 1 sa n de v a l u a t i o ni n d e x e sf o rr o a dc o n c r e t e a c c o r d i n gt ot h ep a r t i c u l a r i t y o fc e m e n t c o n c 他t ep a v e i n e n ts l i pf o r mc o n s t r u c t i o n i tp u t sf o r w a r dt h ec o n s t r u c t i o np e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n 枷旧t l l o d sa r l dc o n e s p o n d i n ge v a l u a t i o ni n d e x e st h a tc a nb eu s e di nt h el a bf o rs t a n d i n gm o u l d p e 面彻a n c e d e n s i t ya n dt r o w e lf i n i s hp e r f o r m a n c e s t a r t i n g w i t ht h em a t e r i a lc o m p o s i t i o n 觚d t h ec o n s 拄u c t i o ne n v i r o n m 锄t si n f l u e n c e i tr e s e a r c h e st h ei n f l u e n c eo fw a t e rc o n s u m p t i o n c e m e n t c o 璐眦p t i o n n o m i n a lm a x i m u mp a r t i c l es i z e a i rc o n t e n ta n dt e m p e r a t u r e 0 1 1t h ee v a l u a n 0 i l i n d e x e so fw o r k a b i l 埘a n dt h ec o n s t r u c t i o np e r f o r m a n c eo fr o a dc o n c r e t e t h e ng a v et h er e l a t i o n b e t l e e nw o r k 出i l i 够e v a l u a t i o ni n d e x e sa n dc o n s t r u c t i o np e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni n d e x e sw h i l e e a c hi 1 1 f l u 伽l c i n gf a c t o r sc h a n g e t h er e l a t e dr e l a t i o n sb e t w e e nw o r k a b i l i t ye v a l u a t i o ni n d e x e s a n d c o n s t l l l c t i o np e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni n d e x e sw e r ge s t a b l i s h e d a n dt r y t oc o n t r o lc o 璐饥l c 乜0 n p e 墒咖锄c et h o u g hc o n t r o l l i n gw o r k a b i l i t ye v a l u a t i o ni n d e x e s t h r o u g hs y s t e m a t i c a l l y a l l 2 l l y s i 8 t h er e s e a r c hg i v e st h es c o p e so fw o r k a b i l i t ye v a l u a t i o ni n d e x e s w h i c hm a k et h er o a dc o n 讹t e c o n s 旬n l c t i o np e r f o 硼锄c eo p t i m a l o t h e r w i s e t h e r e s e a r c h p r e l i m i n a r i l y d i s c u s s e dt h e c o n s 由m c t i o nv a r i a b i l i 锣o fr o a dc e m e n tc o n c r e t e m e a s u r e da n da n a l y z e dt h el a y e rp h e n o m e n o n o f w a t e rc o n t e n t 孤dg 勰c o n t e n t t h i ss t u d yi st h e o r yn e w t h er e s e a r c hr e s u l ti si n n o v a t i v e i tp l a y s g u i d i n gr o l ei nt h ed e s i g na n dt h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lo f r o a dc o n c r e t e k e yw o r d s r h e o l o g yi n d e x c o n s t r u c t i o np e r f o r m a n c e w o r k a b i l i t y c o n s t r u c t i o n e n v i r o n m e n t c o n s t r u c t i o nv a r i a b i l i t y 论文独创性声明 本人声明 本人所呈交的学位论文是在导师的指导下 独立进行 研究工作所取得的成果 除论文中已经注明引用的内容外 对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成 果 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 冲觚日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品 知识产权归 属学校 学校享有以任何方式发表 复制 公开阅览 借阅以及申请 专利等权利 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时 署名单位仍然为长安大学 保密的论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 讳 月宫日 铷签砒中织呻 日 l 长生 学硕l 学伸论立 项目背景及必要性 第一章绪论 最早的混凝士材料m 现于古罗马 两干多年前的古罗马人发明了咀石灰 一火l fj 灰 为胶凝材料的混凝土 1 8 2 4 年 英国人a s p d i nj 发叫了波特兰水泥 并取得了专利 这标志着水泥混凝土3 l k 的诞生 在当代 水泥混凝土已经成为人类用量最大 最为广 泛的建筑材料 1 9 2 4 年 我国第一次将混凝土片j 于路曲修筑 伴随新中国的成立 家逐渐加大了对水泥混凝土路面发展的重视程度 我川每年都有数以t 亿元的资金投资 r 公路交通建设 修筑水泥混凝土路面不仅町以立足国内 拉动内需 节省投资 而j l 可以加速发展高等级路面建设 目前 水泥混凝土蹄丽已经成为我围高等级路面主要结 构形式之一 在高速公路建设中 水泥混凝土路面占有很大比例 特别足城市道路 水 泥混凝土路面已占到9 5 以 在我国火力发展这种既环保又仃约能源的路面结构的同时 在水泥混凝土路面设 计 施工 养护过程中电暴露 了一系列的问题 这衅问题严重制约了我国水泥混凝十 路面的健康 持续 快速发腱 其中 施工流变性能研究小足就是主要问题之一 众所 周知 各阶段的性能设计是道路混凝土设计的首要仟务 而施工性能设计又是水泥混凝 土路面设计的重中之重 施 流变性能研究是施工性能设计的基础 但在以往的研究中 并没有得到足够的重视 从而导致了道路混凝土施工件能设计的滞后 道路混凝土按施 j 方式不同可分为 人工摊铺及真空吸水式混 凝土 滑模摊铺混凝土和碾压混凝土吐道路 混凝土的施t 性能是在道路施t 现场 伴随复 杂的气候条件和在特定的施工技术及施工设备 条件下 新拌道路水泥混凝土t 作性的一种综 合体现 简而言之 施工性能是工作性的表现 丁作性是施工性能的内涌 尽管人们并没有对 施工性能的含义达成共识 但可以占定 道路 混凝土的施i 性能对硬化混凝十的各个方丽都 图11 道路混凝土的塌边 有重要影响 施工性能的变化将引起道路混凝土强度变化和混凝上质量的波动 第一章绪论 众所周知 流动性是新拌水泥混凝土工作性的一个方面 当新拌道路混凝土流动性 过高时 道路混凝土在施工过程中 将容易出现塌边 不易立模成型 如图1 1 所示 而且 混凝土用水量将有所增加 在保证混凝土强度的前提下 胶凝材料用量随之增加 混凝土的干缩变形 放热量也都相应地增加 从而加剧了道路混凝土发生早期破坏的可 能性 还有理论认为 当新拌道路混凝土流动性过低时 混凝土的密实性能下降 在相 同密实功条件下 拌合物很难密实 进而导致硬化体内的孔结构不良和孔隙率增加 并 最终导致硬化道路混凝土性能不良 虽然道路混凝土的施工性能十分重要 但影响施工 性能的因素诸多 存在的相关问题也很多 彻底解决这些问题并不容易 本研究从道路 混凝土材料组成与施工环境的影响入手 研究用水量 水泥用量 公称最大粒径 含气 量 温度等对道路混凝土工作性与施工性能评价指标的影响 得出工作性与施工性能指 标随各影响因素的变化规律 建立工作性评价指标与施工性能评价指标的相关关系 尝 试通过控制工作性指标来达到控制施工性能的目的 为后续道路混凝土施工性能设计研 究打下坚实基础 推动道路混凝土施工性能设计研究向前发展 1 2 国内外研究现状综述 1 2 1 国内外研究现状 从国内外研究现状来看 对混凝土工作性的研究正逐步深入 但大都集中于建筑混 凝土和高性能混凝土的研究上 对道路混凝土施工性能即施工现场所体现出的工作性的 研究相对滞后 现将国内外研究现状具体分类归纳如下 1 工作性的定义 道路混凝土是水泥混凝土的一种 道路混凝土的施工性能即新拌水泥混凝土的工作 性在道路施工现场的具体体现 是新拌道路混凝土最重要的特性之一 但人们更多地关 注对硬化后混凝土的力学性质和耐久性的研究 迄今为止 对工作性还没有一个公认的 确切定义 1 1 1 4 5 1 1 6 1 1 9 3 2 年 p o w e r s l 4 2 1 将新拌混凝土的工作性定义为 工作性是一种确定拌合物浇灌 难易程度和抵抗离析能力的性能 它包括了流动性和内聚性两种作用 1 9 4 2 年 e s r o l l e r 7 1 将砂浆的工作性分解为 可塑性 变形的连续性 塑性流动停 止的趋势 保水性等四个组分 1 9 4 7 年 英国道路研究实验室的g l a n v i l l e c o l l i n s 和m a t t h e w s 8 认为 工作性只 反映新拌混凝土本身的特性 并将工作性定义为使新拌混凝土达到充分密实所需的有效 功 即克服摩擦所做的功 2 长安大学硕士学位论文 1 9 5 5 年 h a l l s t r o m 7 1 认为 稠度 r 作性 包含 稳定性 粘聚性 液性及流动性 等四个部分 1 9 6 0 年 n e w m a n 7 1 提出 新拌混凝土的工作性包含 易密性 流动性 稳定性及 终饰性能 1 9 6 8 年 r i t c h i e l 9 1 提出 混凝土工作性由稳定性 易密性和流动性构成 稳定性包 括泌水性和离析性 流动性包括粘度 粘聚性和内摩擦 形成了混凝土工作性定性的概 念体系 1 9 7 0 年 u z o m a k a 7 1 认为 新拌混凝土的工作性 稠度 包括 易密性 摊铺性能 及稳定性 1 9 7 3 年 针对工作性评价的综合性 相对性和复杂性 t a 钍盯s a l l 1 0 1 提出了一套推荐 名词使用方案 并将这些名词分为三类 第一类为一般性名词 仅能做定性描述 不能 定量化 如w o r k a b i l i t y 工作性 只能用高 中 低来评价 另外像f l o w a b i l i t y 流动 性 c o m p a c t a b i l i t y 易密性 s t a b i l i t y 稳定性 f i n i s h a b i l i t y 终饰性 p u m p a b i l i t y 可泵性 e x t r u d a b i l i t y 挤出性 等 可作为工作性的组成因素 也不能定量化 第 二类为定量的经验性名词 只和工程实践的经验性试验有关 如坍落度 密实因数和v b 值等 第三类为定量的基础名词 指基本物理量严格定义的名词 如v i s c o s i t y 黏性 y i e l dv a l u e 屈服值 m o b i l i t y 流动性 等等 加拿大的s i d n e ym i n d e s s 1 1 1 等人认为新拌混凝土应该具有以下特性 易于拌和 运 输 给定的同一批产品或者是几批产品之间应该是均匀的 具有流动性 使得它能够完 全充满新设计的模型 能够在不需要施加过多能量的条件下完全紧密地结合在一起 浇 筑和捣实过程中不能离析 必须依靠模板 或者是通过抹平和其他的表面处理方式很好 地终饰 更准确地说 他们将工作性定义为制成完全密实的混凝土所需要的机械功或能 量 美国a s t m t l 2 1 将混凝土的工作性 w o r k a b i l i t y 定义为 能够最大限度地减小新拌 混凝土均质性损失的能力 定性地说 混凝土的工作性可用可流动性 f l o w a b i l i t y 可 密实性 c o m p a c t a b i l i t y 可修饰性 f i n i s h a b i l i t y 及可泵送性 p u m p a b i l i t y 等术语来 表示 1 9 8 3 年 黄大能 5 将新拌混凝土的工作性定义为 混凝土拌合物在拌和 输送 浇 筑 捣实 抹平一系列操作过程中 在消耗一定能量情况下 达到稳定和密实的程度 并认为工作性的含义应包括 流动性 可塑性 稳定性 易密性 四种特征 缺一不可 第一章绪论 2 0 0 2 年 彭杰 1 3 1 认为新拌混凝土的工作性由以下三个方面组成 流动性 稳定性 和经时损失 流动性作为工作性的一个方面是不争的事实 稳定性是工作性必不可少的 组成 因为稳定性是工作性各方面的前提和基础 任何一种混凝土拌合物 无论其流动 性多大 经时损失多小 如果没有良好的稳定性 就难以推广到工程中去 经时损失也 应该是工作性的重要组成之一 如果混凝土拌合物出机时有很大的流动性和很高的稳定 性 但同时又有很大的经时损失 那么它很可能在送达施工现场时已经失去可塑性 或 者无法施工 所以 他将混凝土工作性定义为 一定施工工艺下 新拌混凝土所具有的 稳定性 流动性及其损失速率的总和 冯乃谦 2 认为 工作性是反映新拌混凝土性质的概念 是指混凝土拌合物从搅拌开 始到抹平 整个施工过程中易于运输 浇注 振捣 不产生组分离析 容易抹平 并获 得体积稳定 结构密实的混凝土的性质 根据上述定义 他认为混凝土的工作性包含 流动性 可塑性 稳定性和易密性等四个方面的性能 而这些性能不仅仅取决于混凝土 拌合物自身的性质 还因施工条件而异 公路水泥混凝土路面施工技术规范 j t gf 3 0 2 0 0 3 中将工作性定义为 混凝 土拌合物在浇注 振捣 成形 抹平等过程中的可操作性 它是拌合物流动性 可塑性 稳定性和易密性的综合体现1 1 4 1 大连理工大学刘嘉璐 1 5 在研究高性能混凝土工作性时提出 工作性良好的混凝土应 该具有 经时性 主要体现在混凝土的运输和泵送时小的坍落度损失 良好的流动性 黏聚性 密实性 优良的体积稳定性 以及免振捣 自密实和可泵性 综上所述 关于新拌水泥混凝土工作性的定义存在两种不同的观点 一种认为工作 性与混凝土自身因素及施工工艺有关 另一种观点则认为 工作性只与混凝土自身因素 有关而与施工工艺毫无关系 在两种观点中 前者得到大多数研究者的认同 大量施工 经验表明 当以坍落度作为混凝土工作性评价指标时 相同坍落度的道路混凝土采用不 同的施工工艺时 其自身的易密性和可塑性一般不同 这说明工作性与施工工艺有着密 不可分的关系 2 工作性的影响因素 s c a n l o n b a r t o s n e v i l l e b r o o k s m i n d e s s 和y o u n g 分别于1 9 9 4 年 1 9 9 3 年 1 9 8 7 年 1 9 8 1 年在他们的文章中列举了新拌水泥混凝土工作性的影响因素及这些因素之间的 交互影响 这些影响因素包括 水泥的组成与用量 粗细集料级配形状与表面结构 火 山灰的种类与数量 外加剂的种类与数量 混凝土的温度 拌和时间等 4 长安大学硕士学位论文 f a l a d c h o b b s p o p o v i c s 分别于1 9 9 4 年1 9 9 3 年和1 9 6 2 年在他们的文章中提出 在粗 集料公称最大粒径一定的前提下 水可能是影响新拌水泥混凝土稳定性的直接原因 g l a n v i l l c c o l l i n s 和m a t h e w s 于19 4 7 年提出 为获得相同的工作性 当新拌混凝土中细 粗集料比增加时 混凝土中用水量必须增加 同样 当新拌水泥混凝土中的卵石被碎石 替换时 为获得相同的工作性 混凝土中的用水量也应增加 m a l c k r o y 和c o r d o n 分别于1 9 9 2 年和1 9 5 5 年提出 在混凝土拌合物中使用引气剂 和减水剂将会提高新拌混凝土的工作性 n a i k 和r a m m c 于1 9 9 0 年提出 矿物掺合料 或火山灰在混凝土中的应用将会提高混凝土的强度 耐久性及新拌混凝土的工作性 1 9 8 1 年 美国内务部相关文章提出 新拌混凝土的工作性会随着时间发生损失 工 作性损失主要是由于混凝土中的水份减少造成的 研究表明 水份蒸发 混凝土中集料 的吸收以及水化反应的消耗都会造成新拌水泥混凝土中水份减少 导致工作性随着时间 发生损失 同济大学严家仅 1 6 指出 影响新拌混凝土工作性的因素主要有 组成材料的质量及 用量 环境条件 温度 湿度 风速 以及时间等几个方面 这一观点已经被大多数研 究者所认同 华南理工大学马烨红 1 7 1 等人研究了石灰石粉作为掺合料对混凝土工作性的影响 并 与粉煤灰的效果相对比 实验结果表明 一定颗粒分布的石灰石粉能改善新拌混凝土的 流动性能 减少泌水率及缩短凝结时间 重庆大学陈剑雄 崔洪涛 等人研究了掺加磨细 超磨细石灰石粉的混凝土及砂浆 的施工性能及力学性能 研究表明 用磨细石灰石粉替代水泥 可以降低混凝土的经时 损失 但是不替代水泥时 随着掺量的增加混凝土的经时损失变大 周啸尘 1 9 对高性能混凝土工作性进行了试验研究 研究表明 高效减水剂存在掺量 饱和点 以等量取代的方式掺入适量矿渣和粉煤灰能够继续提高混凝土的流动性或在保 持相同流动性的情况下减少减水剂的掺量 粉煤灰对混凝土流动性的提高也存在掺量的 最大值 单掺减水剂 坍落度l 2 小时损失严重 以等量取代的方式掺入矿渣和粉煤 灰能明显改善这个问题 而且掺量越大 改善效果越好 综上所述 大量学者将研究重点放在矿物掺合料及外加剂的使用对高性能混凝土工 作性有何影响上 对材料组成与混凝土流变指标关系的研究还不够系统 3 工作性测试方法 研究混凝土的工作性离不开有效的工作性测试方法 在过去的数年间里人们提出了 5 第一口绪论 人量的工作性测试方法 i 坍落度 流动度 贯入度 v b 值 密实冈数 捣实系数 变形量 重塑性 搅拌机试验 振动粘度系数试验等 n e w m a n 曾说世界上已有3 0 多 种测试方法 有研究者甚至估计全世界有多边t 0 0 种以上的测试方法 但是大多数测试 方法都是凭借经验提出 仅限于实验室 只有小部分测试转变为标准 其余测试方法使 用非常有限i j 很多测试方法难以互相比较 因为他们各倾向于测试混凝土的不同的性 质 多年来曾有不少学者试图研究一些更为科学的仪器和方法米定量的表达混凝土的 丁作性 美困联邦公路局在 混凝土流变性和工作件终期报告 中讨论了四种测试混凝 土工作性的方法 并对他们做了比较 b t r h e o m 流变仪 叶片式流变仪 是由l c p c 法固迫路桥粱中心实验室 开 发的种测量新拌混凝十工作性的仪器 如图l2 所示 该仪器采用两个旋转的圆盘来 测帚新拌混凝十的粘度 被测混凝土坍落度值必须在5 0 m m 咀上 如果使用该仪器测量 低坍落度混壤士的粘度 叩使在测量过程中引入振动 也无法得到满意的结果 自由i l 流孔流变仪 f r e e o r i f i c e r h e o m e t e r 可以测得混凝土由荤力所产生的流动 速率和橡胶i j 流孔所产生的粘滞阻力 如图13 所示 这种方法的改进型能够产生更大的 剪切速牢 通常的改进方法是使用激振器或采用配重块 这种改进对j 低坍落度混凝土 是十分必要的 有研究提出 m 流孔的大小应该是混凝十坍落度与集料公称最大粒径的 函数 实验窀有关该仪器的测试表明 即使配备不同尺寸的出流孔 也不能保证所有待 测得新拌混凝土试验从该流变仪中顺利流m 圈12 叶片式流变仪 图 3 自由出流孔流变仪 振动斜坡粘度仪 v i b r a t i n g s l o p ev i s c o m e t e r 如图14 所示 在最初的试验方法 中 通常会l 己录斜道r r l 的混凝土有一半流a 1r j 料斗巾所需要的时问 以此作为混糍士工 作性的一个评价指标 调节该仪器上的角度调1 器 可使斜道产生不同的角度 从而测 得更大的剪切速率和混凝土的流出速率 该测试仪器对于流动性混凝土 n l l e 埘落度混凝 k 直大学顺f 学位论文 土均适用 如果测试对象是流动性混凝土则可以关闭振动台 当测试低坍落度混凝土时 则可以开肩振动台或选择较大的振动角度以利于试验进行 图14 振动斜坡粘度仪 移出球式流变仪 m o v i n g o b j e c tr h e o m e t e r 如图1 5 所示 仪器的控制和数据的 采集可以通过一台笔 a 本电脑或仪器自身配置的一套系统完成 该仪器通过以不同结构 形式安装的滑轮来产生不同的剪切速率以表征新拌混凝土的粘度 这种工作性测试方法 一般有两种形式 一种是通过提升机使小球在上升过程巾获得均匀速度的恒速测量法 另 种是通过配挂重物篮使小球在卜升过程中获得恒定提升力的恒力测量法 浚仪器要 求测试过程中混凝土必须足最 图15 移出球式流变仪 综上所述 新拌混凝土工作性测试方法众多 绝大多数方法凭借主观经验 只有少 量方法采用了现代化的测试仪器来直接测得混凝土的工作性 但这些测试仪器大多结构 复杂 价格昂贵 测试范围有限 操作起来也不方便 不利于施工现场使用 在没有更 好的测试方法之前 我们必须使用一个或是更多现有的测试方法 大多测试方法都能够 提出新拌混凝土工作性的部分信息 对质量控制具有一定的价值 i2 2 相关研究总结与分析 尽管在新拌混凝土工作性定义 影响因素 测试方法这几方面的研究取得了大量的 成果 但其研究的不足之处也十分明显 研究不足大致可以体现在 1 已有研究大多集中于高性能 高流动性和自密实性混凝土 对道路混凝土这种 低流动性的半塑性混凝土研究不足 第一章绪论 2 道路混凝土目前主要的流动性评价指标只有坍落度 在实际应用中大多凭主观 经验认知 坍落度并不适合低流动性的滑模和小型机具施工混凝土 3 以往对材料组成和道路混凝土流变性指标乃至施工性关系的研究并不系统全面 特别材料组成对现有各种流变性指标的影响 以及现有流变性指标与道路混凝土实际的 流动性 密实性能和抹面性能乃至表面构造形成情况的关系都不明确 4 非材料组成参数如时间 环境等对混凝土流变指标乃至施工性能的影响研究十 分缺乏 而对于道路混凝土这种暴露在大气自然环境下的材料 若不考虑时间因素和环 境因素 无法正确的评价道路混凝土现场的施工性能 1 3 研究内容 道路水泥混凝土搅拌出机后 主要包括三个施工步骤 摊铺 振捣和抹面 因此针 对这三个施工步骤 其施工性能主要表现在摊铺性 密实性和修饰性三个主要方面 其 中摊铺性是指混凝土混合料既易摊铺 也不塌边离析 密实性是指在一定时间和频率的 振动作用下能够充分密实 从而达到预期的路用性能 修饰性是指在规定时间内表面易 修整和构造制作 特别是微观表面和软刻槽制作 依据上述原理 通过改变道路水泥混 凝土组成及环境因素 研究材料组成及环境对道路水泥混凝土施工性能的影响 通过自 主开发试验设备及试验方法 在实验室对道路混凝土现场施工状况进行模拟 从而最大 限度地反映施工现场的真实情况 主要研究内容 1 国内外相关资料调查分析 2 道路混凝土流变性能影响因素研究 1 经时坍落度与材料组成之间的关系 2 经时振动粘度与材料组成之间的关系 3 经时维勃稠度与材料组成之间的关系 4 流动性能与温度之间的关系 3 道路混凝土施工性能影响因素研究 1 摊铺性能与经时流动性 经时粘度的关系 2 密实性能与经时流动性 经时粘度的关系 3 抹面性能与经时流动性 经时粘度的关系 4 道路混凝土施工变异性能的初步研究 长安大学硕士学位论文 第二章研究方案 试验方法与原材料的技术性质 2 1 研究方案与技术路线 本研究以道路混凝土施工性能评价指标体系为目标 通过理论分析和试验 确定能 够综合反映新拌道路混凝土施工性能和流变性能的评价指标 明确道路混凝土组成材料 及环境对其施工性和流变性指标的影响 探究道路混凝土施工性能评价指标与各流变指 标的相关性 试定道路混凝土施工性能指标范围 在道路混凝土组成设计中 推荐良好 施工性能下的工作性指标范围 研究技术路线如图2 1 和图2 2 所示 国内外调研与分析 道路混凝土流变性研究 混凝土流变性 比较 选取 道路混凝土流变性 凝土流变性指标卜 一道路混凝土流变性指标 经 时 坍 落 度 经 时 v b 值 经 时 振 动 粘 度 图2 1 总体研究技术路线 相关陛 道路混凝土施工性研究 摊 铺 性 工 立 模 性 指 标 施工性能试验 密 实 性 工 密 实 性 指 标 修 饰 性 工 抹 面 性 指 标 经瓒撇 n 立雌 包括 包括 i 昔q 詹m i e l j 置神一一 细寸 b l 8 一一1 1 一 蜊日n 瑚e道搿尉到瑚 蝴 殄式 妙 经时振 撇密实i 峨 图2 2 施工性能与流变性能相关性研究技术路线 2 2 试验方法 1 原材料技术性质的测试方法 9 蚺一章w 究方案 实验方洁 原村料的技术性质 道路水泥混凝土用孝h 细集料的筛分 密度 吸水率等试验均依据 公路工程集料 试验规程 j t ge 4 2 2 0 0 5 的相关条文执行 水泥技术性质的测试按照 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 j t g e 3 0 2 0 0 5 相关条文执行 2 新拌混凝 f 一施工性能测试方法 1 新拌道路水泥混凝十坍落度试验 维勃稠度试验 混凝土含气量试验等均依据 公路工程水泥及水泥混凝土试验枷程 j t ge 3 0 2 0 0 5 相关条文执行 振动粘度系 数试验依据 公路水泥混凝上路面滑模施工技术规程 j t j t0 3 71 2 0 0 0 相关条文执 t i 亍 2 摊铺性能试验 采用白士丌发的讧模陛能试验槽及试验方法 立模试验槽的丰要功能是 模拟滑模 施q j 2 型后的混凝l 路面板 通过测试概凝土面扳两侧的塌边高度柬反映摊铺性能即立 模性能的好坏 浚试验装置是底面积为2 0 c m 5 0 c m 高为2 5 c m 四壁可向上抽出的槽 形容器 如图23 和2 22 所示 图2 3 立模性能试验槽俯视图圉2 4 立模性能试验槽侧视图 摊钳睦能试验所采j h 的主要试验仪器 1 摊铺性能试验槽 2 振捣棒 3 手持式平扳振动器 4 试验用钢尺 量程3 0 c m 以上 5 抹子 铁锹等 试验步骤 1 试验进行前 先把试槽放丁平整的地面j 然后将试槽四面的四个侧壁插板 插入试槽z p 在四个侧壁插板的板面上进行涂油处理 以便润滑 2 将新拌混凝土注入试槽中 注入量应高小测试槽外沿 3 采用振捣棒对试槽中的混凝上进行振实 4 振动密实结束后 使用手持式下板振动器对试槽内的混凝十表面进行修饰处 理 使混凝土表面与试槽高度 致 然后利用普通抹子 对表面进行精细修整 使表面 光滑平整 如图25 和2 24 所示 圈27 抽出插板 数据处理 l 生 生 生二l 生 生 6 式巾 l 塌边后水泥混凝上高度 单位肌 图2 8 测量高崖 2 1 第二章 f 咒方案 实验方法 原村科的技术性质 h l 6 一抽模后六个测点高度 单位1 i l l 3 密实性能试验 由于甯实因数试验较为复杂 凡率身存在一定的局 i 艮性 本研究尝试采用固定容积 的标准容量筒和标准振动台 进行简化的密实性能试验 试验以密度比为评价指标 尝 试寻找密度比与各材料组成因素及时间的关系 主要试验仪器 1 已称重的圆柱形容量筒 也可使用标准含气量筒代替 2 标准振动台 应符合 混凝土试验用振动台 要求 3 量程为3 0 k gl u 了称 4 抹子 铁锹等 试验步骤 1 称取容量筒重量 记录为m i 2 将新拌混凝十装八容最筒中 装填高度高于容量筒口 3 将容量筒放丁标准振动台上 按预定设好的时问进行振动 振动过程中要仔 细进行观察 保证混凝士的高度与弃量筒外沿大休一致 4 振动结束后 用抹子对混凝土表面进行人工修整 严格保证混凝上表面平整且 与容量筒外沿高度一致 用抹布除去容量筒边沿及凹壁的混凝土 避免试验误著影响过大 5 人工修整结束后 对装有混凝土的容量筒进行称重 电录质量为i i l 2 试验步骤如图2 9 和图21 0 所不 图2 9 昆凝土装填 数掘处理 图2 1 0 混凝土称重 氏 里铲 眈z 长安大学硕士学位论文 k 堕 2 3 p o 式中 k 密度比 风一不考虑含气量影响的理论密度 k g m 3 服一经过振动台振实后的混凝土密度 k g m 3 v 一容量简体积 m 3 m 1 一容量筒质量 k g m r 经过振动台振实后的筒装混凝土总质量 k g 4 表面修饰性能试验 成型混凝土路面板的表面可修饰性一般都通过技术人员主观判断 很难做到一种定 量地分析 本研究尝试设计一种新的试验方法 能够部分引入定量分析 充实表面修饰 性能试验内容 为后续研究人员拓展思路 抹面性能试验采取人工经验法与硬化后试件表面摩擦系数相结合的试验方法 人工 经验法即延续以前所采用的主观判断法 通过 的个数来表征混凝土表面特性 硬化后 试件表面摩擦系数测定法即通过摆式摩擦系数测定仪所测的摆值来定量表示经过相同 表面修饰性操作后的平整程度 以此来反映抹面性能 此处所测摆值与相关规范所规定 的摆值范围没有可比性 仅是对抹面性能的一种评价手段 主要试验仪器 1 标准振动台 应符合 混凝土试验用振动台 要求 2 摆式摩擦系数测定仪 3 尺寸为1 5 0 m m x l 5 0m m x l 5 0r n n l 的立方体抗压试模 4 抹子 铁锹 洒水壶 温度计 量尺等 试验步骤 1 将新拌混凝土装入1 5 0 m m x l 5 0m m x l 5 0m m 的立方体试模中 混凝土高度应 高出试模外沿 2 将试模放于标准振动台上 进行振动密实 3 观察振动后 试模内混凝土表面的含水量及砂浆丰富度 如图2 1 l 所示 1 3 第章日究方案 宴验方法0 原材料的技术性质 圜 图21 1 混凝土表面砂浆状况 4 使用普通平板抹子 对混凝士表面进行抹光修饰 抹光次数设定为1 0 次 修 饰后评价混凝土表面的易抹程度 进行记录 评价等级如表2l 所示 表2l 表面修饰 眭评价等级 计价等纽丧面 能描述 级嵌血砂浆 稀 砂浆极丰富 大量泌水 橄易抹平 级 表面砂浆较稀 砂浆f 富 少鼙泌水 易抹平 缀 表面砂浆干涩 尤水 较易抹平 级 采而无砂浆 露目严币 无水 脏以抹平 5 将立方体混凝土试件脱模后 放入标准养护室进行养护 应用摆式摩擦系数 测定仪 选取水平方向和垂直方l u 测其2 8 天后修饰面的抗滑值 摆式仪使用方法参 照有关文献 数据处理 肖路面温度为t 时测得摆值为f b t 必须按下式换算成标准温度2 0 c 的摆值f f b 2 0 f b t f 2 4 式中 f b 2 口换算成标准温度2 0 时的摆值 b p n f b t 路面温度t 时测得摆值 b p n t测定路面潮湿状态下的温度 f l 一温度修j f 值 按表2 2 聚用 k 安大学 1i 学位论卫 表22 温度修正值 温度t 温度修nr 值 5 含水量试验 奉研究认为 施工效果应该存存变异性 该变异性 施丁设备及材料组成都有关系 含水量试验的目的就是通过洒精燃烧法测量水泥混凝士试4 q 同一垂直线上表面砂浆 和内部砂浆的含水量及其差值 以此柬研究材料组成对含水量变异性的影响规律 丰要试验仪器 1 带编号的圆柱形试验锚盒 如图2 1 2 所示 2 精确到0 0 1 9 的精确电子称 3 医用酒精 打火机 抹子等 图2 1 2 试验铝盒图2 1 3 内部砂浆 试验步骤 1 分别提取表而和内部砂浆备用 表面砂浆直接用抹子在成型试件表而墩得 内部砂浆通过筛分成型试件内部的混凝土获得 所用筛孔尺寸为47 5 m m 如图21 3 为 筛分后所筛得的混凝 i 内部砂浆 2 取三个铝质试验盒 分别称重记为m 1 m 2 m 3 3 用抹子取部分砂浆放于试验盒巾 砂浆体积以达到试验盒1 3 为宜 4 将装有砂浆的试验盒称重 分别已为m 7 m m 5 将酒精倒入试验盒 点燃酒精进行燃烧 6 当砂浆质量小再变化时停j r 燃烧 7 将试验龠进行称蕾 分别i a 录为m m m 数据处理 第 章研究方粜 实 方往1j 麒材 i 的技术性质 w 掣x 1 0 0 m 1m 1 w 一m7 m2x 1 0 0 2 m 2 m 2 w 3 式中 m i m2 m3 一试验盒重 毋 m m m 一装砂浆的试验盒总重 g 25 2 6 2 7 28 m m2 m 3 水份蒸发后的试验盒总重 昏 w w 一w 含水量 w 一4 均含水量 6 混凝上表面砂浆含气量试验 与含水量的变异忖 相同 混凝上的台气量l 叫样存在变异性 表面砂浆含气量试验的 目的是为r 仞步研究含气量变异规律 尝试应 玎自立 丌发的水泥混凝土表面砂浆含气量 测定装置进行台气譬测定 对比混凝土内部的含气量进行变异性研究 由于试验方法及 仪器的首创性 必定还需要大量的研究丁 作以获得更多试验数据 以此对试验方法和测 试设备进行小断的补充和完善 主要试验仪器 1 水泥混凝土表埘砂浆含气量测定仪如图2 1 4 2 带有刻度的大烧杯 3 抹子等 试验步骤 1 取部分水泥混凝土表面砂浆放入装有水的大 烧杯中 2 利用带刻度的大烧杯通过排水法求得砂浆体 图21 4 表面砂浆舍气量仪 积v 2 3 将测得体积的砂浆连同水起装入古气量测定仪 通过测定仪的搅拌读出砂 一等 长安大学硕士学位论文 浆中气体含量v l 测定仪结构及使用方法7 2 节中有详细说明 数据处理 a 名普 l o o 2 9 v 2 2 9 式中 v 一砂浆中气体体积 m l v 一砂浆体积 m l a 7 一砂浆含气量 2 3 原材料的技术性质 1 水泥 选用在西北地区销量最大的秦岭牌普通硅酸盐4 2 5 撑水泥 具体技术指标见表2 3 所示 表2 3 水泥的技术性质测试结果 强度 安定性 抗压强度 m p a 抗折强度 m p a 凝结时间 m i n 表观密度 等级 3 d2 8 d3 d2 8 d初凝 终凝 g e r a 3 4 2 5合格2 5 74 6 65 77 91 0 01 6 53 0 5 2 水 实验室用自来水 3 细集料 陕西西安灞河砂 技术指标见表2 4 级配范围见表2 5 表2 4 试验用天然河砂性能表 规格细度模数 表观密度 g c m 3 含泥量 泥块含量 中 粗砂 2 6 3 12 6 5 2 2 6 5 30 3 0 6 0 表2 5 细集料级配范围 4 粗集料 粗集料的技术指标见表2 6 各试验中粗集料的级配范围见表2 7 1 7 第二章研究方案 实验方法与原材料的技术性质 表2 6 试验用粗集料性能表 表观密度压碎值针片状坚固性含泥量 产地吸水率 g c m 3 陕西泾阳 2 8 41 5 66 44 2 o 4 o 4 表2 7 粗集料级配范围 筛孔尺寸 m m n m p s 3 1 52 6 51 9 o1 6 09 5 04 7 5 i 瑚m 通过率 3 1 59 7 1 0 04 7 8 03 7 6 02 洲1 1 2 30 4 2 6 5 1 0 0 9 5 1 0 03 9 7 6 3 0 珥2 l 2 4o 3 1 9 ol o o1 0 09 4 1 0 03 5 6 12 3 3 2啦5 5 外加齐u 减水剂 山西恒升牌高效减水剂 减水率1 6 2 5 掺量0 8 1 2 引气剂 s k y 型高效引气减水剂 掺量0 0 0 6 0 0 1 5 1 8 长安大学硕士学位论文 第三章道路混凝土施工性能 流变特征及其评价指标研究 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 3 1 道路混凝土的施工性能与评价指标 3 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 通常按 照流动性能可对混凝土进行分类如表3 1 所示 表3 1 混凝土按流动 陛分类 序号混凝土的类型特征描述 干硬 超干硬混 1 干硬混凝土坍落度 l o m m 维勃稠度值为l o 3 0 s 超干硬混凝土的坍落 凝土度值为零 其维勃稠度值在1 5 0 一2 0 0 s 以上 2 塑性混凝土 坍落度在l o 一9 0 m m 范围的混凝士是低塑性混凝土和塑性混凝士 3流动性混凝土 坍落度在1 0 0 1 5 0 m m 范围的混凝土是流动性混凝土 4 流态混凝土 坍落度在1 8 0 一2 2 0 m m 范围的混凝土是流态混凝土 在上述表格的基础上 还可按坍落度进行更详细的补充分级 如表3 2 所示 表3 2 混凝土按坍落度的分类 2 级别名称 坍落度 m m t 1 低塑性混凝土1 0 4 0 t 2 塑性混凝土5 0 9 0 t 3 流动性混凝土 1 0 0 一1 5 0 t 大流动性混凝土 1 6 0 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 4 4 1 1 2 5 1 1 2 6 1 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