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《施工技術雜志》2015年第S1期

［摘要］

為提高露石水泥混凝土路用性能(抗滑、耐磨)，對露石水泥混凝土配合比設計進行研究，結果表明:當砂率為20%，粒徑4.75～9.5mm與9.5～13.2mm的集料比例為2∶1時，其路用性能最好。通過與普通混凝土路用性能比較發現，在保證耐磨的前提下，該級配露石水泥混凝土大大提高了混凝土路面的抗滑性能，吸聲系數也比普通混凝土提高1倍左右。

［關鍵詞］

公路工程;混凝土;露石水泥混凝土;構造深度;摩擦系數;降噪

隨著交通量的不斷增加，人們逐漸認識到混凝土路面表面紋理對交通安全的重要性［1］?；诳够湍ソ翟氲幕炷谅访娌粩嗯d起，其中露石水泥混凝土路面除了保持普通混凝土路面強度高、使用壽命長等優點，還具有其他如抗滑性好(雨天)、低噪聲(隧道內)、防眩性好等優異的路用性能，能夠較大程度地改善混凝土路表功能［2-4］。目前，針對露石水泥混凝土的研究主要集中在施工工藝、技術要求等方面，如韓森等［5］對露石水泥混凝土鋪筑過程中材料選擇、沖洗時間、雙層鋪筑混凝土強度等關鍵技術問題進行研究，最終確定適宜的沖洗時刻，并選擇兩層鋪筑路面以降低路面材料成本;朱建軍等［6］也專門針對露石水泥混凝土的沖洗時間和養護工藝進行分析，為后續施工設計提供指導意義。但以提高露石水泥混凝土路面使用功能為目標而進行的材料設計尚不多見。本文以提高使用性能為目標進行露石水泥混凝土配合比設計，并通過與普通混凝土路用性能做比較，驗證了該配合比設計下的露石水泥混凝土路面具有優異的抗滑降噪特性，試驗結果為以后露石水泥混凝土進行配合比設計提供理論依據。

1原材料與施工工藝

1.1原材料露石水泥混凝土粗集料采用性能較好的玄武巖碎石，粒徑范圍在4.75～9.5，9.5～13.2mm，表觀密度2970kg/m3，堆積密度1540kg/m3，飽和面干表觀密度2940kg/m3，飽和吸水率0.56%，針片狀含量7.2%，壓碎指標3.9%;細集料采用細度模數2.33，表觀密度2.69g/cm3，含泥量0.8%河砂;水泥采用普通硅酸鹽水泥(P•O42.5)，標準稠度用水量27.3%，比表面積355m2/kg，初凝205min，終凝266min，28d抗壓強度48MPa，28d抗折強度7.4MPa，表觀密度3.00g/cm3，安定性合格。

1.2施工工藝采用500mm×700mm×150mm水泥混凝土大板試模，成型后用滾軸在表面勻速碾壓1遍，待表面水消失，將緩凝劑均勻灑布在試板上，覆蓋聚乙烯薄膜防止緩凝劑蒸發，養護17～18h，當混凝土達到一定強度后用壓力水槍沖洗試板，使粗集料外露。放入(20±5)℃和95%RH以上的標準養護間保濕養護。露石混凝土外觀形貌如圖1所示，其中噴緩凝劑的目的是延緩試板表面水泥砂漿的凝結，但不影響混凝土整體的凝結硬化。

2露石水泥混凝土配合比設計

混凝土表面紋理分為細部構造和粗部構造兩部分，對于混凝土配合比設計而言，砂率(細部)和集料級配(粗部)對露石水泥混凝土路用性能有很大影響。良好的碎石級配與合適的砂率所配制的混凝土較為密實，工作性好，且不易產生離析。大粒徑骨料較多時，雖不易剝落，但會增加行車的噪聲，導致舒適性大大下降。小粒徑骨料較多，通過沖洗很容易剝落，直接影響混凝土的耐久性。為避免上述問題，本文試驗通過調整砂率及碎石比例(見表1)，以滿足路用性能為指標，對露石水泥混凝土進行最佳配合比設計。

2.1露石水泥混凝土不同配合比路用性能研究

2.1.1抗滑性能分析現行規程中評價路面抗滑性能的方法有很多，如手工鋪砂法、電動鋪砂法、激光構造深度儀法、擺式儀法、制動距離法和摩擦系數測試車法(縱向力系數法、橫向力系數法)［7］。本文采取手工鋪砂法(測構造深度)和擺式儀法(測擺式摩擦系數)2種常用的方法進行抗滑性能試驗。構造深度是研究路面粗糙度的重要指標，在大板上選取骨料均勻處進行測試。不同砂率、不同級配的露石混凝土構造深度如圖2所示?？梢钥闯觯奥屎图壟鋵β妒嗷炷翗嬙焐疃扔绊戄^大。同一級配下砂率越大，混凝土表面平滑度越高，構造深度越小。相同砂率下，粗集料公稱最大粒徑13.2mm的數量越多，表面越粗糙，造成構造深度越大。由于現行規范中水泥混凝土路面對構造深度提出了要求(高速公路、一級公路為0.7～1.1mm)。另外文獻［3］指出構造深度在0.8～1.0mm范圍時，路面抗滑值較好。本文通過對構造深度的測試，符合要求的混凝土板如表2所示。根據上述5種混凝土板進行擺式摩擦系數測試，擺式摩擦系數與構造深度間關系如圖3所示，由圖3可知:隨著構造深度的增加，摩擦系數也在不斷變化。其中S25A21，S15A10，S20A21，S25A114塊露石混凝土板的摩擦系數相差不大，遠遠高于S20A10混凝土板。故本文針對露石混凝土抗滑性分析的優化結果如表3所示?？傊?，集料的級配與砂率對露石混凝土表面抗滑性產生不同程度的影響。

2.1.2耐磨性能分析耐磨試驗采用TMS-04型水泥膠砂耐磨性試驗機，依據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》，以試件磨損面上單位面積的磨損量作為評定水泥混凝土耐磨性的相對指標。針對上述抗滑性優化后的幾種露石水泥混凝土板進行耐磨試驗，試驗結果如圖4所示，由圖4可知S20A21的混凝土板磨耗量最小。當路面表面特性以抗滑和耐磨為優化目標時，測試結果得出的露石水泥混凝土最佳砂率和級配為S20A21(砂率為20%，集料粒徑4.75～9.5mm與9.5～13.2mm的級配為2∶1)。

2.1.3最佳配合比露石水泥混凝土與普通混凝土性能比較通過對S20A21最佳配合比的露石混凝土與普通混凝土路用性能做對比(見圖5)，從摩擦系數和構造深度上進行分析，可知露石混凝土的抗滑性能遠遠高于普通混凝土，大幅度提高了路面的安全性。另外對磨耗損失量進行分析，普通混凝土略高于露石混凝土。這說明最佳配合比的露石混凝土在保證耐磨的前提下，既能解決傳統混凝土路面的抗滑性，又能提高混凝土路面的使用壽命，減少因表面功能下降而維修的費用，提高路面使用的經濟性。

2.2降噪性能分析本節噪聲測試主要是為了對露石水泥混凝土與普通水泥混凝土吸聲水平進行比較分析，從而驗證露石水泥混凝土的降噪特性。試驗儀器采用VA-Lab噪聲振動測試系統軟件(見圖6)進行材料吸聲系數測試，傳聲器選擇1和2時，可測得的吸聲系數頻率范圍為250～1600Hz;傳聲器選擇0和2時，可測得的吸聲系數頻率范圍為63～500Hz。本節試驗所用的測試頻率范圍在250～1600Hz，測試結果如圖7所示。表4為不同混凝土部分頻率的吸聲系數以及總的平均吸聲系數。通過試驗可以發現，露石水泥混凝土吸聲系數比普通水泥混凝土提高1倍左右。因此，使用最佳配合比的露石水泥混凝土代替普通水泥混凝土，既能提高混凝土的抗滑耐磨性能，又起到了良好的降噪效果，具有重要的現實意義和實用價值。

3結語

1)通過對不同級配、不同砂率的露石水泥混凝土進行抗滑、耐磨等使用性能研究，得出以下結論:砂率為20%，骨料粒徑4.75～9.5mm與9.5～13.2mm的級配為2∶1時，路用性能最好。本文對露石水泥混凝土最佳砂率和級配做了初步探討，對工程實踐具有一定的指導作用。2)通過對最優配合比的露石水泥混凝土和普通混凝土各方面性能作比較，可以看出，露石水泥混凝土在保證耐磨的前提下，大大提高了混凝土的抗滑性能，吸聲系數也比普通混凝土提高1倍左右。再一次驗證了露石水泥混凝土的優良特性。

參考文獻:

［1］李波，韓森，滕旭秋．混凝土路面的表面紋理與抗滑性［J］．交通標準化，2008(7):154-157．

［2］韓森，李志玲，張東省，等．露石水泥混凝土路面性能［J］．長安大學學報:自然科學版，2004(4):6-9．

［3］秦旻，梁乃興，陸兆峰，等．露石水泥混凝土路面性能研究［J］．公路，2009(10):72-76．

［4］韓森，董雨明，陳海峰，等．露石水泥混凝土路面降噪特性［J］．交通運輸工程學報，2005(2):32-34．

［5］韓森，李志玲，張東省，等．露石水泥混凝土路面關鍵技術研究［J］．中國公路學報，2004(4):20-23．

［6］朱建軍，陳永惠．露石水泥混凝土路面施工工藝研究［J］．商品混凝土，2013(5):156-157．

［7］宋永朝，潘曉東，梁乃興，等．露石水泥混凝土路面質量評價指標研究［J］．華東交通大學學報，2008(1):12-15．

作者：閆倩倩 李雪峰 田波 侯子義 謝晉德 單位：交通運輸部公路科學研究院 河北工業大學土木工程學院 道路結構與材料交通行業重點實驗室