摘 要：本文首先對(duì)混凝土真空處理技術(shù)的原理和特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實(shí)例，就道路施工中混凝土真空處理技術(shù)的應(yīng)用，做出了簡(jiǎn)單的闡述，以供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：道路施工;混凝土;真空處理技術(shù)

　　20世紀(jì)30年代，混凝土路面開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)的道路建設(shè)工程中，它是一種以水泥混凝土為主要材料做面層的路面，亦稱(chēng)剛性路面，俗稱(chēng)白色路面。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展和進(jìn)步，新的技術(shù)和材料更多的應(yīng)用其中，使其有了更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展�；炷�土真空處理技術(shù)是在澆灌成型后的混凝土表面上放置真空吸水裝置,通過(guò)真空泵抽吸產(chǎn)生的壓力差,對(duì)混凝土施加擠壓抽吸作用,抽掉多余水分和氣泡, 使混凝土進(jìn)一步密實(shí)。這種經(jīng)過(guò)處理的混凝土稱(chēng)為真空混凝土。真空混凝土應(yīng)用與道路建設(shè)，更是可以取得良好的效果，本文就對(duì)此技術(shù)做出分析。

　　一、混凝土真空處理技術(shù)的原理及其特點(diǎn)分析

　　1.密實(shí)機(jī)理

　　(1)壓差作用力。壓差作用是真空脫水前的主要?jiǎng)恿ΑＵ婵仗幚頃r(shí), 真空腔內(nèi)形成一定的真空度。在此壓力差的作用下, 游離水在連續(xù)充水的毛細(xì)管系統(tǒng)中不斷被排出, 氣泡也向真空腔轉(zhuǎn)移,使混凝土中的固相顆粒相互接近、擠緊,集料表面的水膜層減薄, 孔縫直徑減小, 使混凝土的密實(shí)度相應(yīng)得到提高。

　　(2)氣泡擠壓力。由于真空所形成的負(fù)壓逐漸向混凝土內(nèi)部傳播,使其內(nèi)部氣泡的壓力降低,因而形成動(dòng)態(tài)膨脹, 由膨脹所產(chǎn)生的擠壓力也能增加混凝土的密實(shí)度。由于上部的真空度大,下部小,所以混凝土混合物上部氣泡的膨脹擠壓力大于下部。

　　(3)微管收縮壓力。在真空脫水過(guò)程中,特別是脫水的中、后期,毛蛔現(xiàn)象所引起的微管壓力,對(duì)水分的向外遷移和混凝土的局部壓縮、密實(shí)起了很重要的作用。在真空處理過(guò)程中,毛細(xì)孔的彎液面不僅和固體顆粒相連結(jié), 也和由水泥漿與固體顆粒相聯(lián)系而形成了的微骨架連結(jié)起來(lái), 而真空脫水所產(chǎn)生擠壓作用又使孔隙尺寸有所減小, 真空脫水還減少了微孔中的水量。因此, 毛細(xì)孔的彎液曲率半徑變小,從而產(chǎn)生了微管壓力,使骨架進(jìn)一步密實(shí)。

　　2.密實(shí)過(guò)程

　　第一階段是從真空處理開(kāi)始至混凝土中固相顆粒開(kāi)始接觸時(shí)為止。在此階段, 由于混凝土的流動(dòng)性大,結(jié)構(gòu)粘度ƒ˙與剪應(yīng)力τ都較小,整體的可壓縮性較大, 因此在擠壓作用下, 混凝土固相骨架被迅速壓縮, 集料間距迅速減小, 游離水被連續(xù)擠壓排出。在固相顆粒接觸之間ƒ˙與τ值的變化均不大, 因此脫水速度近似為一常數(shù),脫水量與時(shí)間呈近似直線關(guān)系。此階段的真空脫水持續(xù)時(shí)間雖短, 但脫水量大, 可達(dá)總脫水量的60% ～70% ,體積壓縮量可達(dá)總壓縮量的95% ,混凝土的密實(shí)度顯著增加。此階段的真空處理有效系數(shù)K( 混凝土體積壓縮量/脫水量) 接近于1。

　　第二階段是從混凝土中固相顆粒開(kāi)始接觸至全部緊密排列為止。在此階段, 由于大部分游離水已脫出,水泥漿濃縮,顆粒間水層厚度減小,液相的連續(xù)性被不斷破壞,因此,ƒ˙與τ值均明顯增大, 固相對(duì)液相流動(dòng)的阻力不斷提高, 脫水曲線呈弧形, 并趨近于極限值, 混凝土的可壓縮性也顯著降低。在這一階段中,毛細(xì)管數(shù)量增加,直徑減少, 微管壓力對(duì)混凝土的密實(shí)起主要作用。此時(shí)的真空處理有效系數(shù)也下降。

　　第三階段, 真空工藝的三大密實(shí)作用力基本上被混凝土的極限剪切力所抵消, 因此混凝土體積不再被壓縮,ƒ˙值進(jìn)一步增大,吸濾脫水作用停止。此時(shí)的真空處理的效果已接近于零。如繼續(xù)進(jìn)行真空處理, 不但不能再改善混凝土的性能,反而可能有害于混凝土的物理力學(xué)性能。

　　3.真空處理的混凝土的性能特征

　　(1)塑性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：由于混凝土體積壓縮及毛細(xì)管微管收縮壓力的作用, 使剛剛被處理完畢的真空混凝土具有類(lèi)似固體性質(zhì)的粘結(jié)力, 即塑性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 其值大小為0.1～0.3M Pa。這一特性是真空混凝土所特有的, 摻任何外加劑的普通混凝土都無(wú)此特性。真空混凝土的塑性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)加快施工速度、縮短施工周期、加快模板周轉(zhuǎn)極為有利。

　　(2)抗壓強(qiáng)度：真空混凝土之所以具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的特性,過(guò)去認(rèn)為主要是由于真空脫水工藝的脫水、排氣和擠壓作用而加速了水化, 但是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)定,1d齡期的真空水泥砂漿的水化程度僅比普通水泥砂漿提高了1.04% 。因此,真空混凝土早強(qiáng)、高強(qiáng)特性的直接原因還是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程與特征所決定的�；炷�土在真空脫水工藝的三大密實(shí)作用力下, 處于塑性狀態(tài)的新拌混凝土固相粒子間的空間被緊密壓縮, 因此, 在真空混凝土的充填固相粒子之間, 把固相粒子粘結(jié)起來(lái)的、形成初始結(jié)晶結(jié)構(gòu)的水泥水化產(chǎn)物的需求量, 比替代混凝土所需的顯著減少。因此, 即使在同樣水泥水化程度的情況下, 真空混凝土的強(qiáng)度也比普通混凝土高得多。

　　(3)耐磨性：混凝土路面的磨耗主要是由于車(chē)輪荷載的撞擊、磨擦、反復(fù)彎曲作用以及高速旋轉(zhuǎn)車(chē)輪在后方產(chǎn)生的氣流吸附作用引起的, 因此, 耐磨性取決干表面硬度、強(qiáng)度及水泥石與骨料粘結(jié)程度,而這些性能都由混凝土的表面層結(jié)構(gòu)特性所決定, 真空混凝土具有特別致密的表層結(jié)構(gòu), 所以其耐磨性大大高于普通混凝土。瑞典查默工藝大學(xué)的研究結(jié)果是, 真空混凝土的耐磨性是普通混凝土的2～2.5 倍。各種試驗(yàn)表明,真空混凝土的耐磨性至少比普通混凝土提高50% 以上。

　　(4)抗?jié)B性：根據(jù)Koniny-Carman 公式,滲透系數(shù)

　　K1=kP0r2/η

　　式中K1 為滲透系數(shù);P0 為孔隙率;r為毛細(xì)初水半徑;η為流體粘度;k 為常數(shù)。

　　可見(jiàn),滲透系數(shù)與孔隙率和孔徑平方成正比,孔徑的影響比孔隙率更大, 孔徑<1000A 的孔對(duì)抗?jié)B性影響甚小。

　　實(shí)際上, 真空混凝土的孔隙率及孔徑平均尺寸參數(shù)都有很大程度的減少, 特別是混凝土大于1000A 的孔隙數(shù)量減少得更多, 所以真空混凝土的抗?jié)B性?xún)?yōu)于普通混凝土。

　　(5)抗凍性：真空脫水使混凝土孔隙減少、孔徑變細(xì)、密實(shí)度增加、毛細(xì)管水和游離水大量減少, 同時(shí)也基本消除了粗集料下面的聚集水囊井, 加強(qiáng)了界面粘結(jié), 因而減輕了混凝土受凍時(shí)結(jié)漿膨脹所造成的危害, 增加了抵抗破壞的能力。所以真空混凝土的抗凍性?xún)?yōu)于普通混凝土。

　　(6)抗裂性：真空脫水后的混凝土內(nèi)部自由水大大減少,所以, 因水分蒸發(fā)而引起的開(kāi)裂的可能性大大降低。同時(shí), 由于真空混凝土具有0.1～0.3M Pa 的塑性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,所以,抵抗開(kāi)裂的能力大大增強(qiáng)。因此, 真空混凝土具有良好的抗裂性, 但是在施工中也要掌握好施工方法,控制好工藝參數(shù)。

　　二、道路工程施工應(yīng)用真空混凝土技術(shù)實(shí)例

　　現(xiàn)就許昌市兩項(xiàng)道路施工工程作為對(duì)比。A工程與B工程均為水泥混凝土路面。兩段道路的路面均在氣溫較低的12 月份施工。前一段道路采用普通技術(shù)澆搗混凝土面層, 后一段道路采用真空處理技術(shù)澆搗混凝土面層。對(duì)于這兩段具有相同的氣候、地質(zhì)條件,運(yùn)用不同施工工藝修筑的道路, 我們通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法,用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行特征的對(duì)比。

　　1.塑性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：實(shí)際施工中,采用真空處理技術(shù)的混凝土,馬上具有一定的塑性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 用腳踩在上面基本無(wú)晃動(dòng),而且腳印很淺,不需等待便可立即進(jìn)行抹面操作;未采用真空處理的普通混凝土則處于流塑狀態(tài),在進(jìn)行下一步的工作前需等待混凝土凝結(jié)。

　　2.抗壓強(qiáng)度：按照設(shè)計(jì)要求, 道路水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30,即設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為30.0M Pa。采用混凝土配合比為: 水泥∶ 砂∶ 碎石∶ 水= 1：1.617：3.600：0.45;42.5 普通硅酸鹽水泥用量為360kg/m 3。施工時(shí)氣溫為2～10℃ ,送到實(shí)驗(yàn)室的試塊為15cm ×15cm ×15cm 的標(biāo)準(zhǔn)立方體, 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試出來(lái)的混凝土抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表1。由表1 可見(jiàn), 真空混凝土較普通混凝土具有明顯的早強(qiáng)、高強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

　　3.耐磨性：真空混凝土與普通混凝土在施工完畢時(shí)表面無(wú)明顯差異,但從側(cè)面觀察,可以看出,經(jīng)過(guò)真空處理的混凝土在脫水密實(shí)過(guò)程中形成了一層厚2～3cm 、結(jié)構(gòu)特別致密、對(duì)混凝土耐久性十分有利的表面層; 而普通混凝土如振搗不充分, 則粗細(xì)骨料呈不均勻分布狀態(tài)。開(kāi)放交通1 年后,A工程道路發(fā)現(xiàn)6 塊板表面明顯露出骨料,而B(niǎo)工程大道則未發(fā)生骨料外露現(xiàn)象。

　　4.抗?jié)B性、抗凍性：抗?jié)B性和抗凍性是通過(guò)板塊側(cè)面孔隙的多少來(lái)判斷的。真空混凝土的孔隙較規(guī)則, 表面因有一層致密層故孔隙較少, 同時(shí)隨著深度的增加孔隙增大; 普通混凝土的孔隙比較雜亂, 比真空混凝土多且大。由此可見(jiàn),真空混凝土的孔隙率比普通混凝土明顯減少,故抗?jié)B性?xún)?yōu)于普通混凝土。

　　5.抗裂性：采用不同施工工藝的兩段道路在竣工驗(yàn)收時(shí)和一年保修期滿后作了裂縫的統(tǒng)計(jì)( 見(jiàn)表1) 。

　　混凝土類(lèi)別抗壓強(qiáng)度(MPa)裂縫數(shù)量(條)

　　3d8d28d1年后

　　真空混凝土25.0537.437

　　普通混凝土18.631.8815

　　強(qiáng)度增加34.7%17.6%

　　表1 不同混凝土抗壓強(qiáng)度及裂縫統(tǒng)計(jì)

　　顯而易見(jiàn), 采用真空處理技術(shù)使得混凝土迅速具有抵抗開(kāi)裂的塑性強(qiáng)度, 使之更有效地預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述, 混凝土真空處理技術(shù)決定了真空混凝土具有結(jié)構(gòu)良好、表層結(jié)構(gòu)特別致密的特征, 這一結(jié)構(gòu)特征決定了真空混凝土具有早期強(qiáng)度高、抗裂性、抗凍性、耐磨性、抗?jié)B性良好的性能特征, 所以混凝土真空處理技術(shù)是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的技術(shù), 它特別適合在有耐磨、抗?jié)B、抗凍、抗裂要求的混凝土路面工程中推廣應(yīng)用。