新型混凝土路面磚設(shè)計(jì)、制備及在市政建設(shè)中的應(yīng)用

摘 要：本文基于緊密堆積原理，通過(guò)EMMA軟件設(shè)計(jì)出水泥、硅灰和石英砂的最佳配合比，進(jìn)而制備了新型混凝土路面磚，并進(jìn)行了工程應(yīng)用。結(jié)果表明：新型混凝土路面磚的最佳配合比為水泥40%、硅灰10%，石英砂（20-40目）25%，石英砂（40-80目）25%。路面磚表面結(jié)構(gòu)致密，呈現(xiàn)鏡面效應(yīng)，吸水率和同等深度下的氯離子含量遠(yuǎn)低于普通混凝土磚，有良好的美觀性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：新型混凝土路面磚；致密化結(jié)構(gòu)；防護(hù)性能；微觀形貌文章編號(hào)：2095-4085（2024）08-0236-03

0 引言

混凝土磚在市政工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，具有強(qiáng)度高、成本低等優(yōu)異特點(diǎn)，可用于人行道、自行車道、停車場(chǎng)等場(chǎng)所的鋪裝以及公園、廣場(chǎng)等景觀工程［1］。目前，混凝土磚一般采用C30混凝土制備，存在耐久性差，服役時(shí)間短等諸多問題。

為了提高混凝土磚的使用壽命，開發(fā)新型材料和施工技術(shù)創(chuàng)新受到了人們的廣泛關(guān)注。利用高性能混凝土制備磚、基于固廢摻加的生態(tài)環(huán)保混凝土磚以及摻加功能組分的混凝土磚被研發(fā)出來(lái)［2］。采用預(yù)制化制備或機(jī)械化鋪裝等新型施工方法也越來(lái)越多的應(yīng)用到混凝土磚的市政工程中［3］。雖然這些方法改善了混凝土磚在市政工程中的應(yīng)用，但存在成本高、固廢檢測(cè)難度大等問題。如何尋找一種新型的混凝土路面磚成為亟需解決的難題之一。

本文選用水泥、硅灰和石英砂制備新型混凝土磚，研究了其設(shè)計(jì)組成和制備工藝，探明了致密化結(jié)構(gòu)的構(gòu)成以及防護(hù)性能，并成功應(yīng)用于隧道工程。本文制備的新型混凝土磚提高了產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)了耐久性能，滿足了日益增長(zhǎng)的市政工程需求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

所用水泥為PO 42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積0.43m2/g；硅灰，淺灰色，SiO2含量≥90%；石英砂為淡黃色顆粒；減水劑為聚羧酸高性能減水劑，減水率為40%；自來(lái)水用于拌合。

1.2 新型混凝土路面磚的制備

將稱好的水泥、硅灰、石英砂加入攪拌機(jī)中，干混3～5min，然后加入減水劑和水，持續(xù)攪拌得到漿體，倒入混凝土磚模具中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（60℃養(yǎng)護(hù)12h），然后脫模自然養(yǎng)護(hù)。

1.3 試驗(yàn)方法

新型混凝土路面磚的表面微觀結(jié)構(gòu)通過(guò)掃描電鏡進(jìn)行觀察；吸水率測(cè)試和自由氯離子含量試驗(yàn)分別參考文獻(xiàn)中的方法進(jìn)行［4-5］。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型混凝土路面磚致密化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于最緊密堆積理論的設(shè)計(jì)方法，按照修正的安德森模型進(jìn)行新型混凝土路面磚致密化結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。采用水泥、硅灰、石英砂按照不同級(jí)配進(jìn)行組合，最大程度的消除原生缺陷，形成致密結(jié)構(gòu)體系。水泥、硅灰、石英砂的粒度分布如下圖1所示。由圖1可知，水泥的粒徑基本分布0～80μm之間，其中主要粒徑分布在3～32μm。硅灰的粒徑分布范圍相比水泥要小的多，主要粒徑低于1μm。石英砂的粒徑分布范圍較大，主要粒徑分布在0～2 500μm。利用EMMA軟件對(duì)各種原材料的粒度分布進(jìn)行配合比理論設(shè)計(jì)研究，達(dá)到緊密堆積狀態(tài)時(shí)各原材料的質(zhì)量比為：水泥40%、硅灰10%，石英砂（20～40目）25%，石英砂（40～80目）25%。

2.2 新型混凝土路面磚制備效果

基于上述新型混凝土路面磚的致密化配合比設(shè)計(jì)，考慮市政工程防護(hù)的必要性，新型混凝土路面磚材料的水膠比為0.2。新型混凝土路面磚所用材料粒徑較小，黏度大，宜采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行拌合，且輔助高頻振搗。圖2展示了所制備新型混凝土路面磚表面的宏觀照片和SEM圖。從圖中可知，新型混凝土路面磚表面結(jié)構(gòu)致密，呈現(xiàn)鏡面效應(yīng)，無(wú)任何缺陷和裂縫，可賦予市政工程良好的美觀性。從微觀結(jié)構(gòu)上看，水化產(chǎn)物分布密集，凝膠產(chǎn)物交接相連細(xì)膩光滑，且無(wú)明顯的孔洞，表明混凝土磚表面達(dá)到了致密化結(jié)構(gòu)，可有效防護(hù)外界有害物質(zhì)的侵入。

2.3 新型混凝土路面磚防護(hù)性能及其應(yīng)用

新型混凝土路面磚（實(shí)驗(yàn)組）與普通混凝土磚（C30混凝土制備， 對(duì)照組）的吸水率和氯離子含量變化規(guī)律如圖3所示。從圖3中可以看出，隨時(shí)間延長(zhǎng)，兩種磚的吸水率均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。開始時(shí)增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，60min后速度有所減緩，說(shuō)明混凝土磚初期吸水迅速，即將達(dá)到飽和后吸水速度下降。對(duì)比可以看出，新型混凝土路面磚的吸水率均低于普通混凝土磚，且后期更加明顯，表明新型混凝土路面磚有更好的防水效果。

兩種磚的氯離子含量變化規(guī)律表明：新型混凝土路面磚在同等深度下的氯離子含量要遠(yuǎn)低于普通混凝土磚，下降幅度最高可達(dá)80%，且從外到內(nèi)的深度變化初期實(shí)驗(yàn)組的下降幅度明顯高于普通混凝土磚。綜上所述，新型混凝土路面磚通過(guò)緊密堆積制備，結(jié)構(gòu)密實(shí)起到了良好的防水和防侵蝕效果，能夠阻礙外界有害介質(zhì)的侵入，延長(zhǎng)使用壽命，提高服役期限。

圖3 新型混凝土路面磚的吸水率和氯離子含量變化

新型混凝土路面磚成功應(yīng)用于濟(jì)南某隧道工程，如圖4所示。新型混凝土路面磚鋪設(shè)于隧道電纜溝上，防火性能A級(jí)，承載力指標(biāo)合格，滿足施工及設(shè)計(jì)要求。新型混凝土路面磚提高了隧道蓋板的美觀性，延長(zhǎng)了使用壽命，降低了工程成本，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益巨大。

3 結(jié)論

（1）新型混凝土路面磚達(dá)到緊密堆積狀態(tài)時(shí)的最佳配合比為：水泥40%、硅灰10%，石英砂（20～40目）25%，石英砂（40～80目）25%。

（2）新型混凝土路面磚表面結(jié)構(gòu)致密，呈現(xiàn)鏡面效應(yīng)，無(wú)任何缺陷和裂縫。其吸水率和同等深度下的氯離子含量遠(yuǎn)低于普通混凝土磚，氯離子含量最大下降幅度為80%，能夠阻礙外界有害介質(zhì)的侵入，大幅延長(zhǎng)使用壽命。新型混凝土路面磚應(yīng)用于某隧道工程，賦予蓋板良好的美觀性，有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊童鑫.高荷載條件下混凝土透水磚性能影響因素分析研究［D］.寧夏大學(xué)，2024.

［2］劉芝敏，宋淑琴，丁秋香，等.瀝青拌和站回收粉塵對(duì)混凝土路面磚性能的影響［J］.山東交通科技，2023（6）：31-36.

［3］商效瑀.凍融循環(huán)作用下再生混凝土磚砌體力學(xué)性能研究［D］.西安建筑科技大學(xué)，2014.

［4］田安國(guó)，秦天保，陳敬陽(yáng)，等.復(fù)合硅烷涂層施工工藝對(duì)海工混凝土防護(hù)性能的影響［J］.新型建筑材料，2023，50（5）：78-81.

［5］閆東，劉浩博，張鳳翔， 等.VAE乳膠粉與偏高嶺土聚合物改性防水砂漿性能研究［J］.信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 2023-12-18. （網(wǎng)絡(luò)首發(fā)）.