高抗裂性和耐磨性水泥混凝土路面的试验研究

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　摘 要：为提高水泥混凝土的抗裂性及耐磨性，本文对掺入自行配制的复配型防裂高效减水剂PV-2的水泥混凝土进行室内试验，分别对其力学性能、细观结构、收缩性能和耐磨性能进行研究。结果表明PV-2可以大幅度提高水泥混凝土的抗裂性与耐磨性，从而提高混凝土路面的使用质量，延长维修周期，减少或杜绝混凝土路面的病害。

　　关键词：水泥混凝土路面;力学性能;抗裂性;耐磨性

　　Abstract: in order to improve the cement concrete resistance and wear resistance, this paper prepared by incorporating the complex heart patient guards against the crack superplasticizer PV-2 of the cement concrete indoor test respectively, the mechanical performance, the fine structure, shrinkage performance and wear-resisting performance for research. The results show that PV-2 could increase the cement concrete of the resistance and wear resistance, so as to improve the service quality of concrete pavement, prolong maintenance cycle, reduce or eliminate the disease of concrete pavement.

　　Keywords: cement concrete pavement; Mechanical properties; Resistance; Wear resistance

　　中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：

　　1.引言

　　水泥混凝土是现代建筑工程中最重要的基本建筑工程材料，它在现代工、农业、民用建筑及道路及军用工程诸多方面应用极其广泛。但随着现代化发展，混凝土的磨蚀及腐蚀问题也越来越严重[1]。而对于水泥混凝土路面的抗裂性与耐磨性不良而导致的工程质量问题更是日趋显现。由于使用过程中出现的破坏现象原因复杂：在季节性冰冻地区由于温差、湿差的变化所引起的抗收缩、抗剥落能力降低而出现冰冻、盐冻现象;混凝土面板渗水导致基层强度降低进而丧失承载能力或影响使用[2]。因此，对提高水泥混凝土路面的使用质量等级，延长使用寿命及大修周期都具有显著的意义。

　　2. 抗裂性和耐磨性水泥混凝土配合比设计

　　2.1 　材料的选取

　　试验选用枫江牌P.O 42.5硅酸盐水泥。本次试验用砂类别为天然中砂Ⅰ类。石料选用按Ⅰ类碎石。钢纤维采用长度为30mm，长径比为60的低碳钢切削扭曲型钢纤维。从外加剂的功能考虑主要选用以下外加剂进行试验研究：1)SⅡ早强剂2)由膨胀组份，EVA粉及减水组份配制的防裂高效减水剂PV-2。

　　2.2 　配合比设计

　　按照水泥混凝土常用配合比方法进行计算，其中O组配合比相当于抗折强度为5.0MPa的普通混凝土路面常用配合比;A组是研究树脂类超塑化剂的掺入对其性能的影响;B、C、D、E、F五组是主要研究自行配制的PV-2复合抗裂型高效减水剂在混凝土中的作用与效果，五组配合比中水泥用量相同，PV-2的掺量分别从3%到12%;FA、FB、FC组主要研究不同复合掺加法，对钢纤维混凝土路用性能的影响;FA为单纯掺钢纤维的混凝土;FB、FC配合比均为有机无机复合、金属非金属复合的路用混凝土材料;S、FD、FE、FF组配合比主要研究特高强度抗裂型的钢纤维混凝土材料，其中S组为空白对比组;FD、FE、FF组配合比仍采用有机无机复合、金属非金属复合的配合比，但这一类配合比均不含粗骨料，以避免粗骨料对钢纤维在增韧抗冲击作用的发挥时产生“阻断作用”，这一系列配合比中钢纤维的最高体积掺量达8%(即628kg/m3混凝土)。

　　3. 高抗裂性和耐磨性水泥混凝土试验研究

　　试验中各组配合比均需成型100mm×100 mm×100 mm试件24块，100mm×100 mm×400 mm试件6条，所有试件除注明养护方式外，其余均在20±2℃，湿草袋覆盖保湿的条件下养护14天，再取出置于室内自然养护至测试龄期。

　　立方体试件中，6块分别用于测试7天、28天三个龄期的抗压强度，6块用于油渗及劈裂抗拉试验，6块用于吸水动力学(测吸水孔隙率及平均孔径尺寸参数)。其余6块用作磨耗试验。6条100mm×100 mm×400 mm试件分别用于7天和28天两个龄期的三点弯曲抗折试验，测其抗折强度。

　　3.1.1 强度分析

　　(1)超塑化剂对提高混凝土的强度有显著的作用，其中抗压强度提高的幅度大于抗折强度。

　　(2)膨胀剂对提高混凝土的强度也有明显作用，特别是对7天龄期前的早期强度，作用十分明显;在保湿养护条件下，无论早期或后期，膨胀剂对提高混凝土的抗折强度均有明显的作用，而对试件暴露在空气中自然养护条件下，膨胀剂对抗折强度的提高作用不明显。

　　(3)膨胀剂与超塑化剂复掺，可以大幅度提高混凝土的各类强度。其中对早期抗压强度的提高幅度最大，对抗折强度的提高幅度较小(B组抗压强度提高105%、抗折强度提高65%)，即脆性有所增加。

　　(4)单纯掺加钢纤维对提高混凝土的抗压强度基本上不起作用(FA组)，但抗折强度略有增加。

　　3.1.2 弯压比分析

　　(1)超塑化剂的掺入，可以大幅度提高混凝土的抗压强度，但如果混凝土中不含纤维材料，则其弯压比显著下降，也就是说超塑化剂含量增加的同时其脆性也增加。据此推论，单纯采用超塑化剂来提高路面混凝土的各项性能是不合适的。

　　(2)聚合物的掺入有助于减缓混凝土因强度提高而明显降低的弯压比的降低程度，即有助于改善混凝土的韧性。

　　(3)钢纤维的掺入可提高弯压比值。基质材料性能好的钢纤维混凝土其弯压比大，而基质材料性能差的钢纤维混凝土其弯压比提高较少，因为弯压比与抗冲击韧性有直接的关系，所以钢纤维的掺入可显著提高混凝土的抗冲击韧性。钢纤维在混凝土中的粘结牢固，抗冲击韧性提高值显著。

　　(4)在潮湿养护条件下，有利于改善掺有膨胀组份的混凝土的弯压比。

　　3.1.3耐磨性分析

　　混凝土的耐磨性与表面密实度有直接的关系，而且对路用混凝土的评定是一项至关重要的结构参数。其表面层对煤油渗入的抵抗能力是表面密实度的重要指标，渗入高度小，则说明表面结构密实，渗入高度大，则说明表面结构疏松。

　　(1)超塑化剂和PV-2防裂型高效减水剂均可大幅度降低混凝土的水灰比，减少游离水，进而减少甚至杜绝表面泌水现象，使表层结构密实度增加。

　　(2)掺有膨胀组份的混凝土，在保水养护条件下，可以进一步促进表面结构的密实度，而在干燥状态下养护则不利于改善混凝土的表面密实度。

　　4.结论

　　1、掺入复配型防裂高效减水剂PV-2的素混凝土，在保湿养护条件下，其各项强度(抗压、抗折、劈裂抗拉)指标大幅度提高，尤其是早期强度提高明显。3天抗压强度提高146%~192%，7天抗压强度64%~113%，28天抗压强度提高41%~48%，7天抗折强度提高48%~79%，28天抗折强度提高33%~48%，物理性能(吸水率、表面密实性)明显改善，从各方面综合因素考虑，其最佳掺配量为6~9%。

　　2、将PV-2掺入钢纤维混凝土中，实现了有机与无机复合，金属与非金属复合的研究思路，可使这种材料的抗折强度(与基准的5.0Mpa相比)根据外掺物掺量的不同分别提高174%~604%(13.8Mpa~35.4Mpa)，弯压比由普通混凝土的1/8.11提高到1/2.95，十分显著地改善了路用混凝土的力学性能。

　　3、通过本项目研究的材料配合比设计，可使路面混凝土的耐磨性提高26%～800%，

　　参考文献:

　　[1]吴中伟,水泥混凝土科技工作面临的机会与挑战，〈混凝土与水泥制品〉1996.1，2~3。

　　[2]蒋元炯，韩素芳，混凝土工程病害与修补加固，北京，海洋出版社，1996.11，111~142。

　　[3]程庆国等编著，钢纤维混凝土理论及应用，中国铁道出版社，1999。

　　[4]中华人民共和国建设部.JTJ012-94，《公路水泥混凝土路面设计规范》[S]，北京：人民交通出版社，1994。