蓄光型水泥路面材料性能試驗(yàn)研究

關(guān)鍵詞：蓄光型水泥路面材料；發(fā)光砂；摻量；白色水泥；性能試驗(yàn)中圖分類號(hào)：U414.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.WCcst.2025.03.023文章編號(hào)：1673-4874（2025）03-0079-03

0 引言

夜間無照明或者照明較差的路段是發(fā)生交通事故的主要路段，為了降低交通事故發(fā)生率，需要在道路兩邊安裝大量的照明設(shè)施，但這也大大增加了電力能源的消耗，缺乏環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性，而且在突然斷電之后所造成的交通安全隱患也是不可忽視的。為了改善鞏固夜間行車環(huán)境[1-3]，有必要研究一種路面材料，在夜間起到交通指示作用，從而降低夜間交通事故發(fā)生概率。

長余輝發(fā)光材料是一種可在白日吸收太陽能，然后將能量積累在材料中，在夜間可以釋放能量并發(fā)光的新型材料。長余輝發(fā)光材料的種類有很多，如硫化物型、鋁酸鹽型、硅酸鹽型等，利用這些發(fā)光材料，相繼開發(fā)出了許多產(chǎn)品，如發(fā)光纖維、發(fā)光陶瓷、發(fā)光玻璃、發(fā)光涂料等[4-5]。近些年來，一些專家學(xué)者將發(fā)光材料應(yīng)用到路面材料的研究當(dāng)中，并取得了一些研究成果，但是總體來說仍處于初步探索階段，還有較多的缺陷，因而對長余輝發(fā)光路面材料的研究還有待進(jìn)一步深入[6-9]。

本文對不同發(fā)光砂摻量下水泥路面材料的基本物理力學(xué)性能和耐久性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，探討了發(fā)光砂摻量對水泥路面材料性能的影響，以期能為蓄光型水泥路面材料的研發(fā)和應(yīng)用提供借鑒。

1試驗(yàn)概況

1.1 原材料

水泥：P.W-232.5白色硅酸鹽水泥，28d抗壓和抗折強(qiáng)度分別為35 MPa 和6. 5MPa ，初凝和終凝時(shí)間分別為45min和600min，白度 ?87 。發(fā)光砂：鋁酸鹽型長余輝藍(lán)色蓄光材料，主要成分為 Sr₂Al₆O₁₁ 、Eu2+和 Dy³⁺ 。反光粉：白色，目數(shù)為500，主要成分為 TiO₂-BaO-SiO₂ ，折射率為1.92，圓整度為94，莫氏硬度為400，密度為49/cm³ 。水：試驗(yàn)室自來水。

1.2試驗(yàn)試件生產(chǎn)制備工藝

水泥基材料的水膠比為0.3，白水泥摻量均為

1500kg/m³ ，發(fā)光砂摻量分別為白水泥的 0.20%.30% 、40% 和 50% ，反光粉摻量均為白水泥摻量的 10% 。具體試驗(yàn)配合比方案見表1。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

對不同配合比水泥路面材料的稠度、流動(dòng)度、力學(xué)強(qiáng)度、黏結(jié)性能、耐水性能、抗凍性能和抗硫酸鹽侵蝕性能進(jìn)行試驗(yàn)。稠度試驗(yàn)按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70一2009）進(jìn)行，流動(dòng)度按照《水泥膠砂流動(dòng)度測定方法》（GB/T2419一2005）進(jìn)行，力學(xué)強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T17671—2021）進(jìn)行，耐水性、抗凍性和抗硫酸鹽侵蝕性按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082—2009）進(jìn)行[10]。

2基本物理力學(xué)性能

2.1 工作性能

不同發(fā)光砂摻量下蓄光型水泥路面材料稠度和流動(dòng)度變化曲線如圖1所示。由圖1可知：隨著發(fā)光砂摻量的增加，材料的稠度和流動(dòng)度均呈逐漸減小的變化特征。當(dāng)摻入 10%，20%，30%，40% 和 50% 發(fā)光砂后，路面材料的稠度相比未摻發(fā)光砂而言，分別降低了 3.8% ！6.7% 、15. 9% 30.4%和33. 3% ，流動(dòng)度相比未摻發(fā)光砂而言，分別降低了 3.1%.3.2% 、13. 1% 、19. 1% 和21.6% 。這主要是因?yàn)榘l(fā)光砂的粒徑較大，增加發(fā)光砂作者簡介：陳禮婧（1987一），碩士，副教授，主要從事建筑材料、施工技術(shù)方面的研究工作。

摻量后，將導(dǎo)致水泥砂漿稀釋度降低，故而材料的稠度和流動(dòng)度下降。

40 200 3530 150 100動(dòng) 稠 1510 +稠度→流動(dòng) 50 流 50 10203040 50 發(fā)光砂摻量/%

2.2力學(xué)性能

不同發(fā)光砂摻量下蓄光型水泥路面材料抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度變化曲線見圖2。由圖2可知，隨著發(fā)光砂摻量的增加，蓄光型水泥路面材料的抗壓和抗折強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化特征，當(dāng)發(fā)光砂摻量為 40% 時(shí)，力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到最高值，抗折和抗壓強(qiáng)度最大值分別可以達(dá)到8.7MPa和 42MPa ，分別較不摻入發(fā)光砂時(shí)提高18. 3% 和 8.2% 。發(fā)光砂的化學(xué)穩(wěn)定性好，且粒徑較大，水泥水化產(chǎn)物（水化硅酸鈣）包裹在發(fā)光砂周圍，起到骨料填充作用，從而提升了基體的致密性和堅(jiān)固性，故而材料的力學(xué)強(qiáng)度得到提升。但是，當(dāng)發(fā)光砂摻量繼續(xù)提高至 50% 后，水泥水化反應(yīng)產(chǎn)物量不足以完全包裹住發(fā)光砂，反而會(huì)形成薄弱界面，因而強(qiáng)度會(huì)下降。

2.3黏結(jié)性能

不同發(fā)光砂摻量下蓄光型水泥路面材料黏結(jié)抗折強(qiáng)度變化曲線見圖3。由圖3可知：隨著發(fā)光砂摻量的增加蓄光型水泥路面材料的黏結(jié)抗折強(qiáng)度呈先增大后減小的變化特征，尤其是摻量達(dá)到 40% 時(shí)，黏結(jié)抗折強(qiáng)度能達(dá)到最大值5. 02MPa ，相比未摻入發(fā)光砂時(shí)，黏結(jié)抗折強(qiáng)度提升了 19% ，這說明適量發(fā)光砂可以提升路面材料的黏結(jié)抗折強(qiáng)度。

后的初始發(fā)光度和余輝時(shí)間變化曲線見圖4。由圖4可知：隨著發(fā)光砂摻量的增加，材料的初始發(fā)光度和余輝時(shí)間均呈逐漸增加的變化特征，但是增長的幅度在逐漸變小，當(dāng)發(fā)光砂摻量 gt;40% 后，再繼續(xù)增加發(fā)光砂，材料的初始發(fā)光度和余輝時(shí)間基本不再增長。當(dāng)發(fā)光砂摻量為40% 時(shí)，材料的初始發(fā)光度為 0.11cd/m² ，余輝時(shí)間為6.4h. 由于鋁酸鹽型發(fā)光砂材料遇水易發(fā)生水解，因而在經(jīng)過長期浸泡之后，發(fā)光砂中的一些物質(zhì)溶解于水導(dǎo)致性能降低，雖然增加發(fā)光砂摻量可以彌補(bǔ)這一缺陷，但還是應(yīng)在后期使用過程中加強(qiáng)對發(fā)光砂的保護(hù)。

（.p 0.12 70.10 60.08 5 /40.06一初始發(fā)光度 30.04 +余輝時(shí)間 2余0.02 10.00 1 00 10 203040 50發(fā)光砂摻量/%

3.2 抗凍性能

不同發(fā)光砂摻量下蓄光型水泥路面材料在經(jīng)過100次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率和強(qiáng)度損失率變化曲線見圖5。由圖5可知：隨著發(fā)光砂摻量的增加，材料的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失率均呈先減小后增大的變化特征，當(dāng)發(fā)光砂摻量為 40% 時(shí)，質(zhì)量和強(qiáng)度損失率最小，抗凍性能最佳。這是因?yàn)榘l(fā)光砂摻入后，可以與水化產(chǎn)物一起改善水泥基膠凝材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)更加致密，阻止水分進(jìn)入水泥砂漿內(nèi)部，發(fā)光砂摻量越多，蓄光型水泥路面材料的密集度越大，從而有效防止材料發(fā)生抗凍損傷。然而，發(fā)光砂也不是越多越好，當(dāng)摻入過量發(fā)光砂后，水化產(chǎn)物不足以完全包裹發(fā)光砂，兩者之間會(huì)形成薄弱界面，導(dǎo)致水分進(jìn)入試件內(nèi)部，反而不利于抗凍性能。

3 耐久性能

3.1 耐水性能

不同發(fā)光砂摻量下蓄光型水泥路面材料在浸泡28d

3.3 抗鹽侵蝕性能

不同發(fā)光砂摻量下蓄光型水泥路面材料在經(jīng)過60d硫酸鹽溶液浸泡后的質(zhì)量損失率和抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)變化曲線見圖6。由圖6可知：隨著發(fā)光砂摻量的增加，蓄光型水泥路面材料的質(zhì)量損失率呈先減小后增大的變化特征，而抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)則是呈先增大后減小的變化特征；當(dāng)發(fā)光砂摻量為 40% 時(shí)，質(zhì)量損失率最小，而抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)最大，表明在發(fā)光砂摻量為40% 時(shí)，材料的抗鹽侵蝕性能最好，適量發(fā)光砂的摻入，能夠提升蓄光型水泥路面材料的耐腐蝕性能。這主要是因?yàn)榘l(fā)光砂摻入之后，能夠促進(jìn)硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體的產(chǎn)生，這些物質(zhì)可以填充微小孔隙，從而提高耐腐蝕性，但是由于發(fā)光砂粒徑較大，當(dāng)摻量過多后，可能會(huì)造成水泥石分布不均，反而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部致密性降低，不利于抗鹽侵蝕性。

4結(jié)語

本文對不同發(fā)光砂摻量下的蓄光型水泥路面材料基本物理力學(xué)性能和耐久性性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出如下結(jié)論：

（1）隨著發(fā)光砂摻量的增加，蓄光型水泥路面材料的稠度和流動(dòng)度逐漸降低，說明發(fā)光砂不利于材料的工作性能。（2）隨著發(fā)光砂摻量的增加，抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和黏結(jié)抗折強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化特征，當(dāng)發(fā)光砂摻量為 40% 時(shí)，力學(xué)強(qiáng)度最高。（3）增加發(fā)光砂摻量，可以提高材料的初始發(fā)光度和余輝時(shí)間，提升材料的耐水性能。

（4）適當(dāng)發(fā)光砂摻量下，可以提高材料的抗凍和耐腐蝕性能，當(dāng)摻量為 40% 時(shí)，抗凍和耐腐蝕性最佳，摻入更高摻量發(fā)光砂反而會(huì)對抗凍和耐腐蝕性能不利。 ⑦

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收稿日期：2024-11-08