无砂砼

摘 要：无砂砼作为排水基层是一项新技术，文中介绍它的一些特点，并提出了配合比设计的系统方法。通过对无砂砼性能的研究，说明了其作为排水基层不同于一般砼的性能试验方法以及施工注意事项和质量控制方法。

关键词：公路；无砂砼；排水基层；配合比设计；性能试验；质量控制

无砂砼，也有人把它叫做多空隙水泥砼，是近年来在公路施工中应用的一种新技术，其主要特点是砼中没有细骨料，仅靠水泥浆将粗骨料包裹，由粗骨料表面包裹一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，孔隙多、透水性良好、重量轻且有一定强度。

1 技术要求

1)水泥应采用普通波特兰水泥或粉煤灰波特兰水泥。

2)骨料要求粒径单一，一般为10～20mm。

3)骨料与水泥的质量比不应小于10，且不应大于15。

4)水泥含量应当适当，使得骨料的每个颗粒为水泥浆所包裹；但密实后的砼应当有孔隙，使得水可以在硬化的砼孔隙中流动。

2 配合比设计

无砂透水砼的配合比设计到目前为止仍无成熟的计算方法，根据无砂透水砼所要求孔隙率和结构特征，可以认为1m3砼的外观体积由骨料堆积而成。1m3无砂透水砼的质量应为骨料的紧密堆积密度和单方水泥用量及水用量之和。

2．1 原材料选择

无砂砼对原材料的选择，主要是水泥标号，粗骨料的类型、粒径及级配。就强度而言，人工碎石和过于单一粒径的骨料皆不利于相互粘结。因此，无砂．砼采用高标号的水泥如425＃、525＃及幅度较大级配的卵石骨料配制。

2。2 水灰比选择

水灰比既影响无砂砼的强度，又影响其透水性，一般是随着水泥用量的增加而减少，但只是在一个较小的范围内波动。如果过小对拌料不易均匀，达不到适当的密度，不利于强度的提高。反之，如果水灰比过大，易产生离析，水泥浆会从骨料颗粒上淌下，可能把透水孔隙部分或全部堵死，形成不均匀的砼组织，既不利于透水，也不利于强度的提高，具有代表性的水灰比为0．25～0．40。无砂透水砼的水灰比对确定的某一级配骨料的水泥用量，有一最佳水灰比，此时无砂透水砼才会具有最大抗压强度。在实际工作中常根据经验来判定水灰比是否合适。

2．3 用水量选择

无砂砼没有和易性试验，无需测试坍落度，只要目测判断所有颗粒均形成平滑的包裹层就够了。对普通骨料来说，一般用水量为80—120kg／m3，但要特别注意骨料的吸水性，无砂砼的实际用水量应根据其强度及透水性由试验确定。

2．4 灰骨比选择

增大灰骨比，即增加水泥用量，从而增加骨料周围所包裹的水泥薄膜厚度，增大了粘结面，可有效提高无砂砼强度。但由于粘结面增大，会降低空隙度，减弱透水性。因此，在保持无砂砼合理透水

性前提下，尽可能提高水泥用量，才能比较合理地选定灰骨比。路桥工程的结构一般对无砂砼的强度要求不高，因此技术要求中的灰骨比较大。无砂砼的强度越低，灰骨比越大。一般灰骨比选用6∶1～15∶1。

3 试验研究

3．1 抗压强度和透水系数试验方法

3．1．1 试验过程

搅拌采用水泥包裹法。先将全部骨料及1％一3％的水装入搅拌机中预拌，再加入水泥拌和。以形成包裹骨料表面的水泥浆壳，最后加入剩的水搅拌均匀。这样的投料顺序和搅拌程序能使骨料表面形成均匀厚度的水泥浆层，以保证砼的强度和透水性。将搅拌均匀的砼混合料装入

100mm×l00mm×100mm的试模中，机械振捣20s。试件经自然养护28d后，分别在万能试验机上测试砼抗压强度，在透水系数测定仪上测定变水位和定水位透水系数。

3．1．2 抗压强度试验结果

骨料类型影响无砂透水砼的抗压强度。一般认为，卵石骨料的砼抗压强度大于碎石骨料，这是由于碎石骨料粘结点少而小，且在荷载作用下易产生应力集中，引起局部破坏所致。对于卵石骨料的无砂透水砼，试验表明，在其它条件相同情况下，5～13mm粒径骨料的砼抗压强度大于13～24mm粒径骨料的砼强度；当灰骨比相同时水灰比有一最佳值，其强度同时随灰骨比的变化而变化，当水灰比不变时，两种粒径骨料的砼强度均增加。

3．1．3 透水系数试验结果

试验结果表明：无砂透水砼的透水性在灰骨比一定的情况下，随水灰比的增大，透水系数增大，且粒径小的比粒径大的砼的透水系数略高；在水灰比一定的情况下，随骨料量的增加，透水系数增大。目前关于多孔砼渗透系数的测定，我国还没有制定统一的试验方法。也可以采用外文文献推导的渗透系数与空隙率的如下关系式求取：

K=0．20no—2．76(R2=0．86) (1)

k=0．12np—0．73(R2=0，94) (2)

式中：，no、ne分别为试件的全空隙率及有效空隙率。

3．2 稠度评价试验

该方法应用了《日本水泥混凝土路面施工指南》(JISAll6)中关于新拌砼的单位容积质量试验法以及用质量确定的空气含量试验方法，本文中空气含量以空隙率表示：

A=(T—W)／T，T=W1／V

式中：A为砼中空气量(质量法空隙率，％)；T为砼的理论单位容积重量；W为砼单位容积重量；W1为1m3砼中各材料的重量之和；V为1m3砼中材料的绝对容积之和。

3．2．1 试验方法

①将新拌砼试料分3层放人规定容器中，每层插捣25次；②称出放人容器中试料质量，算出空隙率；③将容器上下反转后放在乎板上，将容器向上抽出；④观察平板上残留试料的状态。

3．2．2 状态区分标志

只有水灰比变化时，砼试料形态的观察区分结果如表1所示。从表1可看出，随水灰比的变化，状态区分的等级是不同的，大致分为5种类型，在已知适合水灰比的状态区分结果时，可以进行最佳水灰比的确定和施工质量管理。

路用多孔砼的稠度目标值可以用状态区分等级的C级表征。

3．3 劈裂强度与抗折强度

根据选定配合比，分别制作各种级配多孔砼立方体劈裂试件，以及小梁抗折强度与弹性模量试件，标准养护28d。

根据试验结果：多孔砼的劈裂强度、抗折强度及抗折弹性模量依次增大。此外，多孔砼的压折比为3～4，较普通砼的7～10为小，即多孔砼相对于抗压强度有较高的抗折性能。

3．4 抗冻性

我国现行规范中关于抗冻性的试验主要有快冻法和慢冻法两种。本文介绍慢冻法并稍加改进。试件采用边长为150mm的立方体，每种配合比做3组。将试件在28d龄期时进行冻融试验。试验前4d将冻融试件从养护地点取出进行外观检查，随后放人15～20℃水中浸泡。浸泡4d后进行冻融试验，对比试件保留在标准养护室内，直到完成冻融循环后，与抗冻试件同时试压。冻融循环试验是在—15～—20℃的冰箱中冻结4h，然后取出试件，置于15～20℃的水槽中进行融化，时间不少于4h，融化完毕即该次冻融循环结束，取出试件放人冰箱进行下一次循环试验。经过冻融循环后，耐冻系数为：

Kr=f2/f1

式中：f1为未经冻融循环的饱水试件的抗压强度(MPa)；f2为冻融循环后饱水试件的抗压强度(MPa)。

3．5 收缩值

无砂砼的收缩性比普通砼低，典型的收缩值为120X10-6，但相对湿度极低时能达到200X10-6。热膨胀为普通砼的0．6—0．8。导热系数采用普通骨料时介于0．69～0．94J·m／m2·s·℃。吸水率按体积计可达20％。

4 施工方法

4．1 砼的搅拌

无砂砼的搅拌，一般采用与搅拌普通砼相同的机械，搅拌方法也大致相同。由于水泥浆的稠度较大，且数量较少，为了保证水泥浆能够均匀地包裹在骨料上，宜采用强制式搅拌机。

4，2 模板工程

无砂砼的侧压力较小，一般为普通砼的1／3，因此可以使用各种轻型模板，如：木模、胶合板模、钢丝网模等。

4．3 砼的浇筑

由于无砂砼中的水泥量有限，只能包裹骨料颗粒，因此在浇筑过程中不宜强烈振捣，否则将会使

水泥浆沉积，破坏砼结构的均匀性。无砂砼的密实应当使用最小份量的密实工具，一般在模板外侧用木工锤具敲击。

4．4 无砂砼的养护

湿养护很重要，尤其是气候干燥时更要注意加强养护。研究表明，多孔砼加压闭模蒸养比无压闭模蒸养及无压敞模蒸养强度分别提高15％～16％和27％一37％。因此对无砂砼预制品如反滤排水管采用加压闭模蒸养有利于强度的提高。

4．5 无砂砼排水基层路面的施工

4．5．1 施工工艺流程(见图1)

4．5．2 施工参数

1)拌和时间。由于无砂大孔贫砼没有细骨料，水泥用量较少，所以其混合料的拌和时间相对比普通砼要稍长，根据施工经验取2～4min为宜。

2)混合料的松铺系数。施工前，取一段20m长的路段作试验，确定其施工松铺系数。压路机施工时一般取松铺系数为1．05—1．1。

3)碾压遍数。采用压路机施工时，工作方式为：静碾2遍→弱振2遍→静碾2遍。若采用三轴机施工时，将无砂大孔贫砼表面滚压至平整即可。

4．5．3 现场施工

1)混合料拌和前应测定骨料的含水量，原则上粗骨料要控制在饱和面干状态。骨料需准确过秤后方能拌和，拌和时间应达到设计要求。

2)混合料的运输时间根据水泥的凝结时间及现场气候情况确定，一般不超过30min。

3)测量放样及模板安装采用钢模板，严格控制宽度和标高。当无砂大孔贫砼层厚低于钢模高度时，可在其下一结构层挖槽降低模板安装高度，以使钢模板顶部与砼层面齐平。

4)卸料与摊料采用半幅施工，安装模板时，在每100m处留1条长约15m的缺口，以方便车辆运输砼从缺口处进人工作仓面卸料，待卸料到缺口处时再安装缺口处的模板。无砂大孔贫砼沿路线方向卸料，卸料时，现场必须有专人指挥，按每车运输砼量能摊铺的路段长度卸料，以减少摊铺工作量和摊铺时间，保证施工质量。

5)砼成型摊铺平整后，采用压路机按照碾压遍数碾压。作业单元长度根据温度及混合料情况进行取值，一般白天气温高时取10m左右；夜间气温低时，可适当延长，取15—20m。若用三轴机施工，则将表面滚压平整即可。

6)养护无砂大孔贫砼孔隙多、失水快，必须及时洒水养护，养护时间不少于7d。

7)与砼面层的施工交接由于无砂大孔贫砼层排水性好，因此施工面层砼时，先在无砂大孔贫砼面铺上一层农用薄膜，以防止面层砼浆渗入无砂大孔贫砼基层堵塞孔隙。

5 质量控制

5．1 混合料的水泥浆含量

判断混合料的水泥浆含量合格与否，可取部分混合料进行含浆量测定。取拌和料W(一般取5kg为宜)，用水洗净后将石料表面晾干，称重得G，则水泥浆含量为(W—G)／G，将试验结果与理论配合比相对照，以误差率不超过±5％进行控制。

5．2 密实度

密实度直接影响成型后的强度，在现场须做密实度试验，算出混合料的松铺系数，通过控制松铺厚度和成型后的厚度达到控制密实度的目的。

5．3 平整度

平整度控制以压路机或三轴机工作过后表面乎整为准，必须随时进行乎整度检测控制。当发现有局部不平处，可用人工补料或进行修整。

5．4 强 度

无砂大孔贫砼作公路基层材料，以抗压强度及抗折强度为控制指标。现场施工必须按照砼试验方法进行抗压强度及抗折强度取样试验，确保其达到所设计的强度要求。用无砂大孔贫砼成型小梁试件(15cm×l5cm×55cm)，28 d测其抗压及抗折强度，但主要以试件折断后测抗压强度为质量评定标准。

5．5 其它检测项目

施工现场除检测上述项目外，还须对水泥、碎石及配合比进行抽检。

5．6 完工后的质量检测

1)乎整度检测参照常规基层验收规范，以3m直尺检测最大间隙≤8mm评定。

2)无砂大孔贫砼基层铺筑完3 d后，对其进行钻芯取样，检测基层厚度，并根据JTJ053—94《公路工程水泥混凝工试验规程》检测芯样的抗压强度。

3)当无砂大孔贫砼用作排水基层时，须测定其孔隙率，一般采用薄纸密贴蜡封法进行。

6 结束语

1)无砂砼作为排水基层具有砼所具备的造型方便、坚固耐久等优越性，其内部存在孔隙，又使其显示出与普通砼不同的特点：容重小、透水性大、毛细作用小、水泥用量少、施工方便等。正因为具备这些特点，使其在路桥工程中呈现出各种各样的应用形式。但是，在应用无砂砼的同时，也应看到其弱点：虽然容重小，但强度大为降低；虽然水泥用量少，但粘着力减小。另外，在考虑无砂砼再生利用的同时，也应考虑到棱角锐利的破碎骨料在荷载作用下可能发生局部的破坏。总之，无砂砼在实际应用时，其应用形式及配合比应当根据结构的特点具体分析、确定。

2)多孔砼较之水泥稳定和沥青稳定集料类透水材料有更高的强度及透水能力。多孔砼有较小的收缩性及良好的抗冻性，因此比常用的牛刚性基层材料有更好的路用性能。

3)实践证明，由于无砂大孔贫砼作为排水基层施工比较简便，施工进度可比一般材料大大加快，从而使施工工期提前，节约了施工成本，能取得良好的经济效果。又因其强度比常规材料基层的强度高，整体受力均匀，能够提高路面砼的质量，延长砼路面的使用寿命，达到了降低返修费用的目的。可见，无砂大孔贫砼是一种比较实用且效益好的新技术，具有很好的推广应用价值。