HEC高性能道路材料在公路工程应用的试验研究

摘要：文章对HEC(即高强高耐水土体固结剂的英文简称)高性能道路材料作为替代水泥的材料，在水泥混凝土路面工程和水泥稳定基层中的应用进行了试验研究，得出了试验成果，并推荐了施工应用的配合比。

关键词：HEC；高性能；道路材料；天然砂砾；力学性能

中图分类号：U416

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0011-03

HEC，即高强高耐水土体固结剂(High Strenghtand Water Stability Earths Consolidator，以下简写为HEC)是一种粉末状无机水硬性胶凝材料，它既可作为替代水泥配制高强混凝土的胶凝材料，又可作为固结各种土体的固结剂，可用于固结一般土体、特殊土体、砂石集料和工业废渣。该材料由武汉大学开发，1999年被国家科技部列入国家“九五”科技成果重点推广计划，2003年由国家科技部、国家税务总局、国家商务部、国家质量监督检验检疫总局和国家环保总局联合颁发了《国家重点新产品证书》。HEC成品材料以其技术的先进性、产品的可靠性已在包括水利水电工程、库区道路工程、基础工程、标准海堤建设工程中广泛应用，取得了良好的技术效益、经济效益和社会效益。

HEC材料在水利水电等工程中已得到越来越多的应用，但在公路工程中的应用未见报道。考虑到公路工程有其独特性，在推广使用前，有必要对其在公路工程中的应用预先进行试验研究。

一、HEC的技术优势

以HEC成品材料取代传统的普通硅酸盐水泥作为胶凝材料制备混凝土，具备以下优点：

1.同等条件下，HEC混凝土具有较好的工作性，例如适宜的流动性、良好的粘聚性和保水性，使HEC混凝土具有良好的力学性能、耐磨蚀性能和耐久性能。

2.同等条件下，HEC混凝土具有较小的用水量和水泥用量，即本身即有具有“减水剂”的效果，可不掺入外加剂，直接用于路面混凝土。

3.可以根据工程要求使用施工现场当地天然材料，也是HEC混凝土的一个优势，可使用工程建设中开挖的弃料、石屑、风化岩以及工程当地的河砂、砾石作骨料；可以固结淤泥、特殊土(膨胀土、湿陷性黄土)、粉煤灰以及海砂、工业弃渣(硫渣、磷渣)等含有侵蚀性介质的废弃物，将其变为资源，掺量少于一般水泥，因此可以就地取材，节约成本，而且施工简便易行，采用水泥混凝土施工设备即可施工。

二、HEC研究方案的确立

2003年，在钦州市康熙岭海堤道路工程中，利用HEC材料直接用海水拌制海砂混凝土用于路面工程，在强度、耐腐蚀性、耐久性、施工简易性等方面有突出表现，并取得了较好的经济和社会效益。在康熙岭海堤道路工程的启发下，结合钦州当地碎石资源少、单价高，有丰富的天然河砂砾，但由于级配严重不符合要求不能直接使用等实际情况，充分利用HEC的技术优势，我们设想用HEC直接固结天然(高含砂)河砂砾应用于公路工程中，并制定了HEC应用于公路工程的试验研究方案，用于研究HEC用于混凝土路面面层的可行性。

三、HEC式验研究成果分析

该试验研究的工作由我局试验检测中心承担，现将原材料试验、基层和面层配合比试验结果分析如下：

(一)HEC材料物理力学性能

试验所用HEC成品材料由武汉路德材料有限公司生产，HEC-1型用于混凝土面层。HEC成品材料是在水泥生产过程中加入用HEC核心材料而成，从样品外观、包装和施工方法来看。与普通水泥完全相同。

HEC成品材料的物理、力学性能，并与钦州常用的普通水泥(P.0425)进行比较，推断其工程应用的优势。试验结果见表1：

由表1数据可以看出：HEC具有良好的物理、力学性能，力学强度高；早期强度高于一般水泥；有适宜的初凝和终凝时间；尤其具有优势的是HEC的标准稠度(一般为20.5％～23.5％)小于一般的普通水泥(一般为26％～28％)，这表明在相同工作性的条件下，用HEC配制的混凝土的用水量将小于用普通水泥配制的混凝土(同等水灰比的情况下，水泥用量也小)，即HEC本身具有“减水”作用，也就意味着在路面混凝土中可能不需要使用外加剂。

(二)天然砂砾混合料的物理性能和级配情况

试验取样的平吉江砂场有丰富的天然砂砾材料，但沿江各料场所产天然砂砾的含砂率变化较大，对此我们进行了大量的调查及试验工作。试验结果表明其4.75mm筛通过率在36％～73％之间变化，主要集中在40％～45％之间变化，最终以4.75mm筛通过率为40％～45％的样品为代表性样品进行配合比试验，并以此标准对试验路段的材料采购和进场进行控制。

以4.75mm为粗、细集料的分界。测得砂子占42.2％.砾石占57.8％，砂子的细度模数Mx=3.02，参照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30-2003)其物理性能和级配情况见表2、表3、表4：

显然，该砂砾混合料若不经筛分是不能直接用作制备普通水泥混凝土的骨料的，第一，混合料含砂率过大，对普通水泥(砾石)混凝土而言，一般来讲砂率在30％～33％范围比较适宜；第二，所采用的砾石级配不良，如果将该混合料经过砂石系统的严格筛分掺配，将会使骨料的成本大大提高，不利于工程建设的经济性。如何充分利用当地天然材料，在确保技术指标的前提下，确保工程建设的经济性，正是HEC材料的技术优势所在。

(三)HEC混凝土面层配合比试验结果

进行混凝土面层配合比试验所用材料为HEC-1型成品材料，试配各组混凝土结果见表5：

根据混凝土面层配合比设计指标及试验室配制强度要求，现推荐混凝土面层施工配合比见表6：

(四)配合比试验结果分析

1.HEC固结剂对集料的品质要求有所降低，可直接使用不经分筛的天然砂砾生产路面混凝土。

2.HEC能够替代水泥将砂砾等材料固结形成HEC砂砾混凝土，在不使用外加剂的情况下，所配混凝土的工作性能够满足施工要求。

3.所配制HEC砂砾混凝土具有较高的力学强度，各组配合比的HEC砂砾混凝土均具有较高的早期强度，尤其是抗折强度，7天甚至3天即可满足通车要求，这对于提高施工效率、缩短施工周期、提前开放交通均具有普通水泥混凝土所不能替代的优点。

(五)技术经济分析

根据试验所得HEC施工配合比，分别与钦州市常用普通水泥配合比进行经济性对比，所得数据见表7和表8：

以上数据可以看出，使用HEC材料在经济性上也具有一定的优势。

四、结语

通过以上试验结果和技术经济分析，可以得到如下主要结论：

1.HEC作为胶凝材料替代水泥固结砂砾等非级配材料形成HEC砂砾混凝土，技术上是可行的。

2.由于HEC砂砾混凝土拌合物具有良好的工作性、较高的力学强度，尤其是较高的抗折强度，使HEC砂砾混凝土用于公路路面成为可能。

3.HEC替代水泥所制备的HEC砂砾混凝土，在经济上也具有一定的优势，尤其在钦州市境内碎石开采有较多限制。采购困难，却有丰富的天然砂砾资源，更具有应用前景。

总之，无论从HEC作为胶凝材料替代水泥固结天然砂砾的技术可行性来讲，还是从由于就地取材使得HEC替代水泥固结砂砾等非级配材料具有一定的经济可行性来讲，对于公路建设中采用HEC技术与材料，在设计理念的更新、施工技术的提高、工程质量的保证、经济性能的进一步合理化等方面，都将具有一定的意义。