快速修補(bǔ)高性能路面混凝土耐久性能試驗(yàn)研究

沈小康

【摘要】本文通過對快速修補(bǔ)高性能路面混凝土耐久性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，揭示出在摻入一定比例的礦渣粉和高效減水劑后，可以有效提高混凝土耐磨、抗?jié)B、抗凍及耐腐蝕等性能，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)再回歸理論分析，提出快速修補(bǔ)高性能路面混凝土相比普通早強(qiáng)混凝耐久性能提高的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】快速修補(bǔ)；路面混凝土；耐久性能；試驗(yàn)

引言：

修補(bǔ)水泥混凝土路面必須滿足快硬早強(qiáng)的要求，水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)早期盡可能密實(shí)，水化產(chǎn)物能夠快速、均勻而密實(shí)的填充水泥石中的孔隙，與此同時(shí)，又不會在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生過大的應(yīng)力收縮或膨脹致使混凝土裂紋擴(kuò)張。在當(dāng)前工程界，水泥混凝土路面快速修補(bǔ)常用的技術(shù)路線有兩條：一是采用高強(qiáng)度硅酸鹽水泥或快硬硅酸鹽水泥，并摻入高效減水劑和早強(qiáng)劑等外加劑，降低混凝土水灰比以提高早期強(qiáng)度；二是采用具有快硬早強(qiáng)特性的特種水泥，如快硬硫（鐵）鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥等作為膠凝劑來配制混凝土。這兩種技術(shù)路線都能夠提高混凝土的早期強(qiáng)度，但同時(shí)也存在水化熱大、混凝土收縮變形大、耐久性能差等缺點(diǎn)。本研究獨(dú)辟蹊徑，在混凝土中嘗試摻入具有快硬早強(qiáng)特性的外摻劑，即在摻入礦渣粉、高效減水劑，提高混凝土的早期強(qiáng)度，滿足用于2天就要開放交通的混凝土路面修補(bǔ)要求，并對其耐久性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。

一、配合比及早期強(qiáng)度

（一）配合比

快速修補(bǔ)高性能路面混凝土具體配合比材料用量見表1。

（二）早期強(qiáng)度

通過試驗(yàn)研究，上述配比的混凝土齡期2天的抗折實(shí)測強(qiáng)度達(dá)到4.2MPa，已滿足開放交通中抗折強(qiáng)度（≧4.0MPa）的要求。

二、耐久性能試驗(yàn)研究

（一）耐磨性能

車輛荷載持續(xù)作用易使路面混凝土不可避免的受到磨損，混凝土表面耐磨性能急速降低易對行車安全構(gòu)成威脅，并且直接降低路面結(jié)構(gòu)承載能力。因此，混凝土的耐磨性能是影響其安全性和耐久性的重要指標(biāo)。對外摻礦渣粉、高效減水劑的快速修補(bǔ)高性能路面混凝土和普通早強(qiáng)混凝土的耐磨性能參照相關(guān)規(guī)程中的試驗(yàn)方法進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

試驗(yàn)結(jié)果表明：快速修補(bǔ)高性能路面混凝早期（2d齡期）單位面積的磨耗量較低，相比普通早強(qiáng)混凝土耐磨性能提高了29%，其單位面積的磨耗量3.38kg/m2<3.6 kg/m2，滿足路面混凝土抗磨耗的要求。28d齡期快速修補(bǔ)高性能路面混凝土單位面積的磨耗量為2.13kg/m2，耐磨性能比同齡期的普通早強(qiáng)混凝土提高了33.4%。由此可見，快速修補(bǔ)高性能路面混凝土無論是在早期還是在后期均具有優(yōu)異的耐磨性能。

（二）抗?jié)B性能

參照相關(guān)規(guī)程中的試驗(yàn)方法，對普通早強(qiáng)混凝土和快速修補(bǔ)高性能路面混凝土分別進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明：在水壓1.6MPa條件下，恒壓24h后，快速修補(bǔ)高性能路面混凝土六個(gè)試件的滲水平均高度為0.4cm，經(jīng)換算抗?jié)B標(biāo)號可以達(dá)到P16；而普通早強(qiáng)混凝土在同等條件下，其滲水高度平均為6.9cm，最大的為8.Ocm。試驗(yàn)結(jié)果說明快速修補(bǔ)高性能路面混凝土抗?jié)B性能優(yōu)良。

（三）抗凍性能

普通早強(qiáng)混凝土和快速修補(bǔ)高性能路面混凝土同條件養(yǎng)護(hù)28d后采用慢凍法分別進(jìn)行了50次，75次，100次凍融循環(huán)，并通過劈裂抗拉強(qiáng)度衡量凍融損傷程度。具體試驗(yàn)結(jié)果見表4。

試驗(yàn)結(jié)果表明：快速修補(bǔ)高性能路面混凝土在多次凍融循環(huán)后，劈裂抗拉強(qiáng)度衰減幅度較小，抗凍融損傷能力更強(qiáng)。

（四）抗硫酸鹽腐蝕能力

路面混凝土面層長期暴漏在大氣環(huán)境中，經(jīng)硫酸鹽腐蝕和損傷，混凝土強(qiáng)度降低繼而開裂破損，縮短了混凝土路面的使用壽命。將普通早強(qiáng)混凝土和快速修補(bǔ)高性能路面混凝土試件同條件養(yǎng)護(hù)28天后，分別置于清水和硫酸鈉溶液（濃度5%）中浸泡28天和60天，再測定其抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

快速修補(bǔ)高性能路面混凝土無論是在硫酸鈉溶液還是在清水中浸泡，60天的抗壓強(qiáng)度非常接近，強(qiáng)度損失微乎其微。而普通混凝土在上述條件下，即浸泡60d后，其強(qiáng)度下降了15.5%。由此可見，摻入礦渣粉和高效減水劑的快速修補(bǔ)高性能路面混凝土耐硫酸鹽腐蝕能力較強(qiáng)。

三、理論分析

分析快速修補(bǔ)高性能路面混凝土耐久性能提高的原因，一方面，在外摻礦渣粉和高效減水劑后，減水效果明顯，水灰比降低，減薄了膠凝體與粗細(xì)集料粘結(jié)界面的水膜厚度，礦渣粉與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2在高效減水劑的推動下加快了二次水化反應(yīng)速度，同時(shí)生成更多的晶體和凝膠，在大大提高混凝土密實(shí)度的同時(shí)，避免在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大孔隙和阻斷滲水通道，促使微小孔隙能夠更加均勻的分布，有利于混凝土抗凍和抗?jié)B性能的提高。另一方面，礦渣粉的細(xì)度達(dá)到4800m2/ kg，其最小粒徑可以達(dá)到幾十微米，能夠?qū)λ囝w粒之間的空隙進(jìn)行充分填充，起到了微集料的作用，混凝土結(jié)構(gòu)更加緊密；與此同時(shí)，礦渣粉的微顆粒材質(zhì)本身強(qiáng)度較高，有研究提出礦渣微珠的抗壓強(qiáng)度在700MPa以上，質(zhì)地堅(jiān)硬，耐磨性、耐腐蝕性都強(qiáng)于粗細(xì)骨料?；炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)的改善、堅(jiān)硬微集料的填充都大大提高了快速修補(bǔ)高性能路面混凝土耐久性能。

結(jié)束語：

外摻礦渣粉和高效減水劑制成的高性能混凝土通過試驗(yàn)證明除具有早期強(qiáng)度外，還擁有優(yōu)良的耐久性能，作為新型的路面修補(bǔ)材料，豐富了目前水泥混凝土路面修補(bǔ)的技術(shù)手段。同時(shí)，對礦渣粉這一工業(yè)廢棄物進(jìn)行試驗(yàn)探索，證明其在工程建設(shè)領(lǐng)域具有很好的利用價(jià)值，這對于我國目前節(jié)約社會成本、降低能耗、倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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