外摻材料對多孔水泥混凝土路用性能的影響研究

甘旭東

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

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外摻材料對多孔水泥混凝土路用性能的影響研究

甘旭東

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

文章測試了聚合物與硅灰對多孔混凝土的軸心抗壓強度、抗折強度、彈性模量、抗凍性以及排水性的影響。結果表明：硅灰、粉煤灰可以有效提高多孔混凝土的力學性能，改善多孔混凝土的凍融耐久性；外摻材料的使用會降低多孔水泥混凝土的孔隙率

道路工程；多孔水泥混凝土；硅灰；粉煤灰

0 引 言

隧道存在著其特殊環境：①內部潮濕較大，進入隧道中水(地下水、汽車帶入、地表徑流等)不易散失和排除，從而導致水損壞和抗滑系數衰減；②環境封閉，存在較大的噪聲污染。多孔水泥混凝土路面很好的解決了隧道內排水和降噪問題，但是隨著孔隙率的增加，強度和耐久性會下降，使得高等級路面的力學性能難以滿足要求。

本文針對多孔水泥混凝土存在的問題，通過加入硅灰、粉煤灰、減水劑等外摻材料，研究不同摻量的外摻材料對其路用性能的影響。力求將多孔水泥混凝土的聲學性能、抗滑性、排水性、力學性能和耐久性能有機地統一，達到最優化。

1 試件成型與試驗準備

1.1 原材料

制作多孔水泥混凝土試件所用水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥；粗集料選用各項指標滿足要求的玄武巖；粉煤灰選用I級超細粉煤灰，呈灰褐色；硅灰采用超細活性硅灰，比表面積為4577.6 m2/kg，要求SiO2質量分數>85%；減水劑選用江蘇博特新材料有限公司提供的PCA羧酸類混凝土高效減水劑，具有高效減水和增強等功能。

1.2 試驗方案

(1)試件成型。試件采用振動-碾壓成型方法制成300mm×300mm×100mm的水泥混凝土試件，共成型八組試件，試件編號及外摻材料如表1所列。

表1 多孔水泥混凝土強度試驗方案

注：F代表粉煤灰；G代表硅灰；減水劑為水泥用量(按400kg計算)比例。

(2)抗壓強度與抗折強度試驗。試件尺寸為100mm×100 mm×300mm，由車轍板切割而成，每組成型試件3塊，參照《公路工程水泥混凝土試驗規程》(JTJ053-94)中試驗方法測試其7d、28d和90d期齡下抗折抗壓強度。

(3)彎拉彈性模量試驗。試件尺寸為100mm×100 mm×300mm，期齡28d，用3分點加荷的方式進行試驗，跨度為235mm，采用電液伺服萬能試驗機裝置，按恒位移控制方法加載，位移速率為2mm/min，計算機自動采集數據，得到荷載一撓度曲線，取F0=3 kN至50%極限荷載F0.5處的割線模量。通過荷載F0.5/2的跨中撓度公式反算求得混凝抗彎拉彈性模量Ef。

(4)凍融循環試驗。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTJ 052-2000)中瀝青混合料凍融劈裂試驗，試件尺寸為100mm×l00 mm×100mm，期齡90d，分為兩組，每組3個，通過計算凍融后其抗壓強度損失率來表征多孔水泥混凝土的抗凍性能。

(5)排水性能試驗。參照《瀝青路面施工技術規范》(JTGF40-2004),采用滲水儀測試10cm厚的板狀試件滲水系數。

2 試驗結果

2.1 硅灰、粉煤灰對多孔混凝土強度的影響

硅灰、粉煤灰對多孔混凝土強度的影響的試驗結果如表2所列。

表2 抗壓抗折強度

由表2數據顯示：無論是內摻還是外摻硅灰、粉煤灰，多孔水泥混凝土的抗壓強度都得到明顯提高。復合外摻硅灰、粉煤灰的水泥混凝土強度最高，28d強度可達到30.3MPa，90d達到32.13MPa。單獨摻入硅、粉煤灰，可分別改善混凝土的早期強度和后期強度。

無論是內摻還是外摻硅灰、粉煤灰，多孔水泥混凝土的抗折強度也都得到明顯提高。復合外摻硅灰、粉煤灰，各齡期抗折強度都最高，28d時達到3.90MPa，90d可達到4.54MPa比基準混凝土高40%。單獨摻加粉煤灰時，早期外摻粉煤灰強度較高，但90d時卻基本相同，都明顯高于基準水泥混凝土(提高25%)。單獨摻加硅灰時，外摻的改善效果卻比內摻提高15%。

復合內摻下多孔水泥混凝土的強度低于復合外摻，但由于其減少了水泥用量，具有更高的經濟優勢。

2.2 硅灰、粉煤灰對多孔混凝土彎拉彈性模量的影響

硅灰、粉煤灰對多孔混凝土彎拉彈性模量的影響如表3所列。

表3 彎拉模量

由表3數據顯示： 粉煤灰、硅灰可以明顯提高多孔水泥混凝土的彎拉模量，復合外摻多孔水泥混凝土彎拉模量比無外摻材料的多孔混凝土模量提高20%。普通密實性水泥混凝土彎拉模量一般為27000-31000MPa，多孔水泥混凝土模量約是密實性混凝土的30%-40%。

2.3 硅灰、粉煤灰對多孔混凝土抗凍性的影響

硅灰、粉煤灰對多孔混凝土抗凍性的影響，如表4所列。

表4 凍融循環數據匯總表

經凍融循環后，多孔水泥混凝土試件無剝落現象，根據表4實驗數據可得如下結論：①粉煤灰和硅灰的摻加可以降低凍融后的強度損失百分率，提高多孔水泥混凝土的耐久性；②外摻粉煤灰和硅灰會使試件內有效孔隙率降低，因此雖然凍融后試件的強度較高，但抗凍性能不如內摻試件。

2.4 硅灰、粉煤灰對多孔混凝土排水性的影響

硅灰、粉煤灰對多孔混凝土排水性的影響，如表5所列。

表5 多孔水泥混凝土滲水系數

由表5試驗數據顯示：①多孔水泥混凝土具有良好的排水性能； ②多孔水泥混凝土的有效空隙率與其滲水系數成正比。③外摻試件的排水性明顯低于內摻試件，但在滲水試驗中，FGW-104試件仍能快速排除水分，滿足隧道路面的排水要求。

綜合考慮強度及排水性能指標，對于重載交通路段目標孔隙率為17%-18%(外摻法)，輕型交通路段目標孔隙率為20%-21%(內摻法)。

3 結 論

硅灰、粉煤灰的摻入對多孔水泥混凝土各齡期的抗壓、抗折強度、彈性模量以及耐久性都有較大的提高。各種摻加方式中復合摻加硅灰、粉煤灰時的提升效果最為顯著。

硅灰、粉煤灰的摻入對多孔水泥混凝土的排水性能有一定的負面影響，但是仍然具有良好的排水性能。

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(責任編輯 陳化鋼)

The study of extra mixture material's influence on road performance of porous cement concrete

GAN Xu-Dong

( Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.,Ltd，Hefei 230009, China)

This paper tests the influence of polymer and silica fume's the on the axial compressive and flexural strength，modulus of elasticity，rost resistance and drainage performance of porous cement concrete. The result shows that fly ash and silica fume can effectively improve the mechanical and freeze-thaw durable properties of porous cement concrete.The use of extra mixture material could decrease the porosity of porous cement concrete.

road engineering；porous cement concrete；ultra-fine fly ash； silicon ash

2015-09-28；

2015-10-12

甘旭東(1987-)，男，安徽六安人，工程師，碩士，從事公路和橋涵設計工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.04.002

TU 411.01

A

1671-6221(2015)04-0004-04