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摘要：本文设计了五种不同配比的自流式水泥混凝土材料，灌注自制与定制的两种不同砂浆，进行抗压强度与抗弯拉强度试验，研究了其强度性能，并简要地介绍了其施工工艺的要点与难点。
关键词：自流式水泥混凝土材料；砂浆；材料性能；施工工艺
中图分类号：TU528.1 文献标识码：A文章编号：
混凝土是由胶凝材料（通常为水泥）、水、集料，以及为提高某种性能而掺加的外加剂（如引气剂、减水剂、消泡剂等）与掺和料按一定比例配制，经混合均匀，密实成型，养护硬化而形成的一种坚硬物质，又称为人造石或人工石，在工程中经常简写为“砼”。
现在很多维修工程中，一方面要求混凝土强度高，但另一方面工程规模一般较小，难以采用大规模生产的施工机械和设备，常常致使维修质量低下。本文研究的自流式水泥混凝土材料，以开级配的碎石混合料为基体，灌注特制的超大流动度砂浆，经养护后形成一种强度较高的新型混凝土材料，其施工过程简便，无需使用大规模机械设备。
1.原材料
1.1 干粉水泥砂浆
超大流动度砂浆是一种填充用系列灌注材料，是由胶凝材料（水泥、石灰、粘土等）和细骨料（砂）加水拌合而成，具有自流平、免振捣、超早强、高强、微膨胀、抗收缩、抗渗透、耐磨损、耐老化等特性。本文采用自制砂浆和进口砂浆两种不同砂浆进行对比试验。
自制干粉水泥砂浆采用水泥、细砂、活性填料、减水剂、早强剂等配制，定制砂浆采用市场销售上的Densit高性能灌浆材料。两种砂浆使用时与相当于路面砂浆各组分总重量22.5%的水利用专门搅拌机器进行物理拌合。
自流式水泥混凝土所用砂浆为高强度、大流动度灌注材料，我国现行砂浆规范对于灌注砂浆的强度及流动度并无专门介绍，因此参照日本规范《ァスファルト铺装要纲》（平成四年修订版）[[[]ァスファルト铺装要纲（平成四年修订版）[S].社团法人道路协会.]]，作为灌注砂浆的指标要求。
根据《水泥砂浆强度试验》[[[]JTG E30-2005, 水泥砂浆强度试验[S].]]JTG E30-2005（T 0505-2005T 0506-2005）试验方法，制作标准水泥砂浆试件（160mm×40mm×40mm），测得干粉水泥砂浆的性能如表1所示。
表1干粉水泥砂浆的基本性能
由上表可知，自制砂浆的抗折和抗压强度都比定制砂浆的要好，但不论是自制砂浆还是定制砂浆均具有较高的强度、较大的流动度，符合灌注砂浆的要求。
1.2 碎石混合料
自流式水泥混凝土所用粗骨料采用开级配碎石混合料（空隙率≥16%），为保证有足够的连通孔隙用于灌浆，粗集料选用13.2mm～16mm和19mm~26.5mm两档料，按《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）规定方法检测，所用集料各项指标见表2。
表2 集料基本性能
采用13.2~16mm、19~26.5mm两档集料按不同比例混合，进行材料强度验证。采用《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005(T0309-2005)试验方法，测得本文所采用的五种开级配碎石混合料配比的堆积密度及孔隙率见表3。
表3 开级配碎石混合料配比及孔隙率试验数据
由上表可知：单一粒径的矿料紧装空隙率与矿料粒径大小无关，相邻集料间的填充效果并不明显，关键在于颗粒的松紧状态和排列。集料中13.2mm～9.5mm和9.5mm～4.75mm的比例对空隙率的影响不大。主骨料的空隙率与颗粒形状有关，颗粒愈规则，并呈正立方体，空隙率愈小；反之，颗粒愈扁平，空隙率则越大。
1.3 水
所用水符合《混凝土用水标准》JGJ63—2006。
2.試验性能
2.1抗压强度
根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005） [[[]JTG E30-2005, 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].]]中《混凝土立方体抗压试验》（T 0553-2005）和《混凝土抗弯拉强度试验》（T 0558-2005）试验方法，按表5中的5个配合比，灌注两种不同的砂浆成型标准混凝土立方体试件（150mm×150mm×150mm)和标准混凝土抗弯拉试件（550mm×150mm×150mm)，测得两种贯入式水泥混凝土材料的立方体抗压强度和抗弯拉强度结果分别见图1、图2。
图1 灌注自制与定制砂浆的混凝土材料抗压强度 图2 灌注自制与定制砂浆的混凝土材料抗弯拉强度
由图1可知，自流式水泥混凝土材料无论是灌注自制砂浆还是定制砂浆，均有较高的抗压强度，另外不同配比的增长规律情况一致，其中配比4的抗压强度最高。由图2可知配比3的抗弯拉强度最低，原因可能是当13.2~16mm与19~26.5mm 的集料以1：1搭配时，骨料之间不能形成有效的嵌挤也就形成不了骨架结构，在受到竖向力作用时，很快就发生剪切破坏；配比4依然有着较高的抗弯拉强度。抗弯拉强度为水泥路面的设计指标，因此综合考虑抗弯拉强度与抗压指标，配比4为最优配比。
3.施工技术
自流式水泥混凝土施工采用砂浆与粗骨料分开拌合的方式，其施工采用铺筑基体粗骨料、制作超大流动度水泥砂浆、灌注水泥砂浆、养生的顺序，其具体步骤如下：
3.1 基体粗骨料的铺筑
（1）基础处理：在制作自流式水泥混凝土之前，应清扫基础表面，修补内侧孔洞，必要时加隔离层；要求基础表面不得有碎石、浮浆、油污和脱模剂等杂物，合乎施工要求；灌浆前24h，基础表面应充分湿润；灌浆前1h，应吸干积水。
（2）支模：根据确定的灌浆方式和灌浆施工图纸支设模板，模板定位标高应高出设备底座上表面至少20mm，模板必须支设严密、稳固，以防松动、漏浆。
（3）铺筑：将粗骨料拌合均匀，倒入模具中，铺平。混凝土的平整度主要取决于基体粗骨料的平整度，铺筑过程中应严格控制表面的平整度，杜绝因操作不规范引起的不平整。基体表面应与模板边缘持平。
（4）压实：采用振动的方法将基体粗骨料振实。铺筑厚度小于500mm的工程，可一次将粗骨料铺筑并用小型振实机振实，铺筑厚度大于500mm宜采用分层振实的方式，层厚根据所用砂浆的流动度和现场状况制定，每层都进行同样的振实。
3.2 超大流动度水泥砂浆砂浆的制作
超大流动度砂浆制作时加料顺序为：水、矿粉、(胶乳)、水泥、细砂、减水剂；也可采用市场销售的专用的超大流动度砂浆。如要求达到某种景观效果，可以与矿粉一起加人一定成分的颜料(色粉)进行拌和。拌合用水温度以5～40℃为宜。
3.3 水泥砂浆的灌注
在基体粗骨料空隙中使水泥砂浆填充的机理是：水泥砂浆与粗骨料空隙内的空气置换。促进与空气的置换的机理有“压力”、“吸附”、“振动”等，一般情况下，用"自重法灌浆"即可，即将砂浆直接自模板口灌入，完全依靠砂浆自重自行流平并填充整个灌注空间；若灌注面积很大、结构特别复杂或所选用粗骨料空隙很小而距离很远时，可采用"高位漏斗法"或"压力法"进行灌浆，以确保浆料能充分填充各个角落。
（1） 砂浆用量的计算：以基体粗骨料的空隙率做为控制填充水泥砂浆用量与技术指标设计的参数。根据下式计算粗骨料的空隙率：
（1）
式中：P—连通空隙率，％； V0—矿料所占的空间总体积，cm3；V—矿料与封闭空隙的体积，cm3；ρ0—粗骨料的堆积密度，cm3；ρ—粗骨料的表观密度，cm3。
（2）灌注方法：确认准备灌浆的基体粗骨料在模具中稳定，模具周边密封（防止有砂浆漏出），可以开始灌注砂浆。水泥砂浆搅拌完毕后应尽快灌浆，一般应在搅拌完成后的5～20 min内使用，以免水泥砂浆随着时间延长流动度变小，影响水泥砂浆的灌浆效果。灌浆时，应将水泥砂浆反复在大空隙基体粗骨料铺装层表面摊铺，使用橡胶耙反复拖拉使其自然漫透。为使灌入的水泥砂浆更加均匀、密实，水泥砂浆混合料制作时要求迅速，各工序之间的衔接要紧凑。
水泥砂浆配制数量应根据基体粗骨料的空隙率以及砂浆损失率等因素计算确定。砂浆损失率一般为10％~15%。
3.4 养生
对完成灌浆的砂浆混凝土混合料要进行一定时间的养生。当室温在30℃以下时，不需要特殊的养生方式；而室温在30℃以上时，应当使用塑料薄膜覆盖表面，在室温下进行养生。养生时间视浆料的性质而不同，通常1~2d后便可达到预定强度，如在砂浆中使用早强水泥或掺加早强剂，有望在数小时后达到预定强度。
4.结论
本文设计了五种不同配比的自流式水泥混凝土材料，并灌注自制与定制的两种不同砂浆，进行了抗压强度与抗弯拉强度试验，并就其施工工艺进行了研究，从而得出以下结论：
（1）自流式水泥混凝土材料有着较高的抗压与抗弯拉强度，所设计的5种配比中，配比4的抗压强度最高，且抗弯拉强度也较为可观，配比3的抗弯拉强度较低。
（2）自流式水泥混凝土材料施工工艺简单、快捷，无需大型的施工机械设备，且具有强度高、耐久性好等特点，特别适用于现代维修工程。
参考文献：
[1]ァスファルト铺装要纲（平成四年修订版）[S].社团法人道路协会.
[2]JTG E30-2005, 水泥砂浆强度试验[S].
[3]JTG E30-2005, 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].
关键词：自流式水泥混凝土材料；砂浆；材料性能；施工工艺
中图分类号：TU528.1 文献标识码：A文章编号：
混凝土是由胶凝材料（通常为水泥）、水、集料，以及为提高某种性能而掺加的外加剂（如引气剂、减水剂、消泡剂等）与掺和料按一定比例配制，经混合均匀，密实成型，养护硬化而形成的一种坚硬物质，又称为人造石或人工石，在工程中经常简写为“砼”。
现在很多维修工程中，一方面要求混凝土强度高，但另一方面工程规模一般较小，难以采用大规模生产的施工机械和设备，常常致使维修质量低下。本文研究的自流式水泥混凝土材料，以开级配的碎石混合料为基体，灌注特制的超大流动度砂浆，经养护后形成一种强度较高的新型混凝土材料，其施工过程简便，无需使用大规模机械设备。
1.原材料
1.1 干粉水泥砂浆
超大流动度砂浆是一种填充用系列灌注材料，是由胶凝材料（水泥、石灰、粘土等）和细骨料（砂）加水拌合而成，具有自流平、免振捣、超早强、高强、微膨胀、抗收缩、抗渗透、耐磨损、耐老化等特性。本文采用自制砂浆和进口砂浆两种不同砂浆进行对比试验。
自制干粉水泥砂浆采用水泥、细砂、活性填料、减水剂、早强剂等配制，定制砂浆采用市场销售上的Densit高性能灌浆材料。两种砂浆使用时与相当于路面砂浆各组分总重量22.5%的水利用专门搅拌机器进行物理拌合。
自流式水泥混凝土所用砂浆为高强度、大流动度灌注材料，我国现行砂浆规范对于灌注砂浆的强度及流动度并无专门介绍，因此参照日本规范《ァスファルト铺装要纲》（平成四年修订版）[[[]ァスファルト铺装要纲（平成四年修订版）[S].社团法人道路协会.]]，作为灌注砂浆的指标要求。
根据《水泥砂浆强度试验》[[[]JTG E30-2005, 水泥砂浆强度试验[S].]]JTG E30-2005（T 0505-2005T 0506-2005）试验方法，制作标准水泥砂浆试件（160mm×40mm×40mm），测得干粉水泥砂浆的性能如表1所示。
表1干粉水泥砂浆的基本性能
由上表可知，自制砂浆的抗折和抗压强度都比定制砂浆的要好，但不论是自制砂浆还是定制砂浆均具有较高的强度、较大的流动度，符合灌注砂浆的要求。
1.2 碎石混合料
自流式水泥混凝土所用粗骨料采用开级配碎石混合料（空隙率≥16%），为保证有足够的连通孔隙用于灌浆，粗集料选用13.2mm～16mm和19mm~26.5mm两档料，按《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）规定方法检测，所用集料各项指标见表2。
表2 集料基本性能
采用13.2~16mm、19~26.5mm两档集料按不同比例混合，进行材料强度验证。采用《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005(T0309-2005)试验方法，测得本文所采用的五种开级配碎石混合料配比的堆积密度及孔隙率见表3。
表3 开级配碎石混合料配比及孔隙率试验数据
由上表可知：单一粒径的矿料紧装空隙率与矿料粒径大小无关，相邻集料间的填充效果并不明显，关键在于颗粒的松紧状态和排列。集料中13.2mm～9.5mm和9.5mm～4.75mm的比例对空隙率的影响不大。主骨料的空隙率与颗粒形状有关，颗粒愈规则，并呈正立方体，空隙率愈小；反之，颗粒愈扁平，空隙率则越大。
1.3 水
所用水符合《混凝土用水标准》JGJ63—2006。
2.試验性能
2.1抗压强度
根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005） [[[]JTG E30-2005, 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].]]中《混凝土立方体抗压试验》（T 0553-2005）和《混凝土抗弯拉强度试验》（T 0558-2005）试验方法，按表5中的5个配合比，灌注两种不同的砂浆成型标准混凝土立方体试件（150mm×150mm×150mm)和标准混凝土抗弯拉试件（550mm×150mm×150mm)，测得两种贯入式水泥混凝土材料的立方体抗压强度和抗弯拉强度结果分别见图1、图2。
图1 灌注自制与定制砂浆的混凝土材料抗压强度 图2 灌注自制与定制砂浆的混凝土材料抗弯拉强度
由图1可知，自流式水泥混凝土材料无论是灌注自制砂浆还是定制砂浆，均有较高的抗压强度，另外不同配比的增长规律情况一致，其中配比4的抗压强度最高。由图2可知配比3的抗弯拉强度最低，原因可能是当13.2~16mm与19~26.5mm 的集料以1：1搭配时，骨料之间不能形成有效的嵌挤也就形成不了骨架结构，在受到竖向力作用时，很快就发生剪切破坏；配比4依然有着较高的抗弯拉强度。抗弯拉强度为水泥路面的设计指标，因此综合考虑抗弯拉强度与抗压指标，配比4为最优配比。
3.施工技术
自流式水泥混凝土施工采用砂浆与粗骨料分开拌合的方式，其施工采用铺筑基体粗骨料、制作超大流动度水泥砂浆、灌注水泥砂浆、养生的顺序，其具体步骤如下：
3.1 基体粗骨料的铺筑
（1）基础处理：在制作自流式水泥混凝土之前，应清扫基础表面，修补内侧孔洞，必要时加隔离层；要求基础表面不得有碎石、浮浆、油污和脱模剂等杂物，合乎施工要求；灌浆前24h，基础表面应充分湿润；灌浆前1h，应吸干积水。
（2）支模：根据确定的灌浆方式和灌浆施工图纸支设模板，模板定位标高应高出设备底座上表面至少20mm，模板必须支设严密、稳固，以防松动、漏浆。
（3）铺筑：将粗骨料拌合均匀，倒入模具中，铺平。混凝土的平整度主要取决于基体粗骨料的平整度，铺筑过程中应严格控制表面的平整度，杜绝因操作不规范引起的不平整。基体表面应与模板边缘持平。
（4）压实：采用振动的方法将基体粗骨料振实。铺筑厚度小于500mm的工程，可一次将粗骨料铺筑并用小型振实机振实，铺筑厚度大于500mm宜采用分层振实的方式，层厚根据所用砂浆的流动度和现场状况制定，每层都进行同样的振实。
3.2 超大流动度水泥砂浆砂浆的制作
超大流动度砂浆制作时加料顺序为：水、矿粉、(胶乳)、水泥、细砂、减水剂；也可采用市场销售的专用的超大流动度砂浆。如要求达到某种景观效果，可以与矿粉一起加人一定成分的颜料(色粉)进行拌和。拌合用水温度以5～40℃为宜。
3.3 水泥砂浆的灌注
在基体粗骨料空隙中使水泥砂浆填充的机理是：水泥砂浆与粗骨料空隙内的空气置换。促进与空气的置换的机理有“压力”、“吸附”、“振动”等，一般情况下，用"自重法灌浆"即可，即将砂浆直接自模板口灌入，完全依靠砂浆自重自行流平并填充整个灌注空间；若灌注面积很大、结构特别复杂或所选用粗骨料空隙很小而距离很远时，可采用"高位漏斗法"或"压力法"进行灌浆，以确保浆料能充分填充各个角落。
（1） 砂浆用量的计算：以基体粗骨料的空隙率做为控制填充水泥砂浆用量与技术指标设计的参数。根据下式计算粗骨料的空隙率：
（1）
式中：P—连通空隙率，％； V0—矿料所占的空间总体积，cm3；V—矿料与封闭空隙的体积，cm3；ρ0—粗骨料的堆积密度，cm3；ρ—粗骨料的表观密度，cm3。
（2）灌注方法：确认准备灌浆的基体粗骨料在模具中稳定，模具周边密封（防止有砂浆漏出），可以开始灌注砂浆。水泥砂浆搅拌完毕后应尽快灌浆，一般应在搅拌完成后的5～20 min内使用，以免水泥砂浆随着时间延长流动度变小，影响水泥砂浆的灌浆效果。灌浆时，应将水泥砂浆反复在大空隙基体粗骨料铺装层表面摊铺，使用橡胶耙反复拖拉使其自然漫透。为使灌入的水泥砂浆更加均匀、密实，水泥砂浆混合料制作时要求迅速，各工序之间的衔接要紧凑。
水泥砂浆配制数量应根据基体粗骨料的空隙率以及砂浆损失率等因素计算确定。砂浆损失率一般为10％~15%。
3.4 养生
对完成灌浆的砂浆混凝土混合料要进行一定时间的养生。当室温在30℃以下时，不需要特殊的养生方式；而室温在30℃以上时，应当使用塑料薄膜覆盖表面，在室温下进行养生。养生时间视浆料的性质而不同，通常1~2d后便可达到预定强度，如在砂浆中使用早强水泥或掺加早强剂，有望在数小时后达到预定强度。
4.结论
本文设计了五种不同配比的自流式水泥混凝土材料，并灌注自制与定制的两种不同砂浆，进行了抗压强度与抗弯拉强度试验，并就其施工工艺进行了研究，从而得出以下结论：
（1）自流式水泥混凝土材料有着较高的抗压与抗弯拉强度，所设计的5种配比中，配比4的抗压强度最高，且抗弯拉强度也较为可观，配比3的抗弯拉强度较低。
（2）自流式水泥混凝土材料施工工艺简单、快捷，无需大型的施工机械设备，且具有强度高、耐久性好等特点，特别适用于现代维修工程。
参考文献：
[1]ァスファルト铺装要纲（平成四年修订版）[S].社团法人道路协会.
[2]JTG E30-2005, 水泥砂浆强度试验[S].
[3]JTG E30-2005, 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].