摘 要：本文首先對混凝土真空處理技術的原理和特點進行分析，并結合工程實例，就道路施工中混凝土真空處理技術的應用，做出了簡單的闡述，以供同行參考。

　　關鍵詞：道路施工;混凝土;真空處理技術

　　20世紀30年代，混凝土路面開始進入我國的道路建設工程中，它是一種以水泥混凝土為主要材料做面層的路面，亦稱剛性路面，俗稱白色路面。經過幾十年的不斷發展和進步，新的技術和材料更多的應用其中，使其有了更長遠的發展。混凝土真空處理技術是在澆灌成型后的混凝土表面上放置真空吸水裝置,通過真空泵抽吸產生的壓力差,對混凝土施加擠壓抽吸作用,抽掉多余水分和氣泡, 使混凝土進一步密實。這種經過處理的混凝土稱為真空混凝土。真空混凝土應用與道路建設，更是可以取得良好的效果，本文就對此技術做出分析。

　　一、混凝土真空處理技術的原理及其特點分析

　　1.密實機理

　　(1)壓差作用力。壓差作用是真空脫水前的主要動力。真空處理時, 真空腔內形成一定的真空度。在此壓力差的作用下, 游離水在連續充水的毛細管系統中不斷被排出, 氣泡也向真空腔轉移,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, 使混凝土的密實度相應得到提高。

　　(2)氣泡擠壓力。由于真空所形成的負壓逐漸向混凝土內部傳播,使其內部氣泡的壓力降低,因而形成動態膨脹, 由膨脹所產生的擠壓力也能增加混凝土的密實度。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。在真空脫水過程中,特別是脫水的中、后期,毛蛔現象所引起的微管壓力,對水分的向外遷移和混凝土的局部壓縮、密實起了很重要的作用。在真空處理過程中,毛細孔的彎液面不僅和固體顆粒相連結, 也和由水泥漿與固體顆粒相聯系而形成了的微骨架連結起來, 而真空脫水所產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, 毛細孔的彎液曲率半徑變小,從而產生了微管壓力,使骨架進一步密實。

　　2.密實過程

　　第一階段是從真空處理開始至混凝土中固相顆粒開始接觸時為止。在此階段, 由于混凝土的流動性大,結構粘度ƒ˙與剪應力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,脫水量與時間呈近似直線關系。此階段的真空脫水持續時間雖短, 但脫水量大, 可達總脫水量的60% ～70% ,體積壓縮量可達總壓縮量的95% ,混凝土的密實度顯著增加。此階段的真空處理有效系數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,液相的連續性被不斷破壞,因此,ƒ˙與τ值均明顯增大, 固相對液相流動的阻力不斷提高, 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,毛細管數量增加,直徑減少, 微管壓力對混凝土的密實起主要作用。此時的真空處理有效系數也下降。

　　第三階段, 真空工藝的三大密實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˙值進一步增大,吸濾脫水作用停止。此時的真空處理的效果已接近于零。如繼續進行真空處理, 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性能。

　　3.真空處理的混凝土的性能特征

　　(1)塑性結構強度：由于混凝土體積壓縮及毛細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似固體性質的粘結力, 即塑性結構強度, 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此特性。真空混凝土的塑性結構強度對加快施工速度、縮短施工周期、加快模板周轉極為有利。

　　(2)抗壓強度：真空混凝土之所以具有早強、高強的特性,過去認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, 但是經過試驗測定,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、高強特性的直接原因還是由其內部結構的形成過程與特征所決定的。混凝土在真空脫水工藝的三大密實作用力下, 處于塑性狀態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, 把固相粒子粘結起來的、形成初始結晶結構的水泥水化產物的需求量, 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輪荷載的撞擊、磨擦、反復彎曲作用以及高速旋轉車輪在后方產生的氣流吸附作用引起的, 因此, 耐磨性取決干表面硬度、強度及水泥石與骨料粘結程度,而這些性能都由混凝土的表面層結構特性所決定, 真空混凝土具有特別致密的表層結構, 所以其耐磨性大大高于普通混凝土。瑞典查默工藝大學的研究結果是, 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)抗滲性：根據Koniny-Carman 公式,滲透系數

　　K1=kP0r2/η

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

　　可見,滲透系數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 的孔對抗滲性影響甚小。

　　實際上, 真空混凝土的孔隙率及孔徑平均尺寸參數都有很大程度的減少, 特別是混凝土大于1000A 的孔隙數量減少得更多, 所以真空混凝土的抗滲性優于普通混凝土。

　　(5)抗凍性：真空脫水使混凝土孔隙減少、孔徑變細、密實度增加、毛細管水和游離水大量減少, 同時也基本消除了粗集料下面的聚集水囊井, 加強了界面粘結, 因而減輕了混凝土受凍時結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優于普通混凝土。

　　(6)抗裂性：真空脫水后的混凝土內部自由水大大減少,所以, 因水分蒸發而引起的開裂的可能性大大降低。同時, 由于真空混凝土具有0.1～0.3M Pa 的塑性結構強度,所以,抵抗開裂的能力大大增強。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。

　　二、道路工程施工應用真空混凝土技術實例

　　現就許昌市兩項道路施工工程作為對比。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澆搗混凝土面層, 后一段道路采用真空處理技術澆搗混凝土面層。對于這兩段具有相同的氣候、地質條件,運用不同施工工藝修筑的道路, 我們通過統計方法,用實驗數據來進行特征的對比。

　　1.塑性結構強度：實際施工中,采用真空處理技術的混凝土,馬上具有一定的塑性結構強度, 用腳踩在上面基本無晃動,而且腳印很淺,不需等待便可立即進行抹面操作;未采用真空處理的普通混凝土則處于流塑狀態,在進行下一步的工作前需等待混凝土凝結。

　　2.抗壓強度：按照設計要求, 道路水泥混凝土路面的設計強度等級為C30,即設計抗壓強度為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。施工時氣溫為2～10℃ ,送到實驗室的試塊為15cm ×15cm ×15cm 的標準立方體, 實驗室測試出來的混凝土抗壓強度值見表1。由表1 可見, 真空混凝土較普通混凝土具有明顯的早強、高強優勢。

　　3.耐磨性：真空混凝土與普通混凝土在施工完畢時表面無明顯差異,但從側面觀察,可以看出,經過真空處理的混凝土在脫水密實過程中形成了一層厚2～3cm 、結構特別致密、對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, 則粗細骨料呈不均勻分布狀態。開放交通1 年后,A工程道路發現6 塊板表面明顯露出骨料,而B工程大道則未發生骨料外露現象。

　　4.抗滲性、抗凍性：抗滲性和抗凍性是通過板塊側面孔隙的多少來判斷的。真空混凝土的孔隙較規則, 表面因有一層致密層故孔隙較少, 同時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,真空混凝土的孔隙率比普通混凝土明顯減少,故抗滲性優于普通混凝土。

　　5.抗裂性：采用不同施工工藝的兩段道路在竣工驗收時和一年保修期滿后作了裂縫的統計( 見表1) 。

　　混凝土類別抗壓強度(MPa)裂縫數量(條)

　　3d8d28d1年后

　　真空混凝土25.0537.437

　　普通混凝土18.631.8815

　　強度增加34.7%17.6%

　　表1 不同混凝土抗壓強度及裂縫統計

　　顯而易見, 采用真空處理技術使得混凝土迅速具有抵抗開裂的塑性強度, 使之更有效地預防裂縫的產生。

　　三、結束語

　　綜上所述, 混凝土真空處理技術決定了真空混凝土具有結構良好、表層結構特別致密的特征, 這一結構特征決定了真空混凝土具有早期強度高、抗裂性、抗凍性、耐磨性、抗滲性良好的性能特征, 所以混凝土真空處理技術是一項很有發展前途的技術, 它特別適合在有耐磨、抗滲、抗凍、抗裂要求的混凝土路面工程中推廣應用。