快速修補高性能路面混凝土耐久性能試驗研究

沈小康

【摘要】本文通過對快速修補高性能路面混凝土耐久性能進行試驗研究，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，由試驗數(shù)據(jù)再回歸理論分析，提出快速修補高性能路面混凝土相比普通早強混凝耐久性能提高的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】快速修補；路面混凝土；耐久性能；試驗

引言：

修補水泥混凝土路面必須滿足快硬早強的要求，水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)早期盡可能密實，水化產(chǎn)物能夠快速、均勻而密實的填充水泥石中的孔隙，與此同時，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張。在當前工程界，水泥混凝土路面快速修補常用的技術(shù)路線有兩條：一是采用高強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劑等外加劑，降低混凝土水灰比以提高早期強度；二是采用具有快硬早強特性的特種水泥，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度，但同時也存在水化熱大、混凝土收縮變形大、耐久性能差等缺點。本研究獨辟蹊徑，在混凝土中嘗試摻入具有快硬早強特性的外摻劑，即在摻入礦渣粉、高效減水劑，提高混凝土的早期強度，滿足用于2天就要開放交通的混凝土路面修補要求，并對其耐久性能進行試驗研究。

一、配合比及早期強度

（一）配合比

快速修補高性能路面混凝土具體配合比材料用量見表1。

（二）早期強度

通過試驗研究，上述配比的混凝土齡期2天的抗折實測強度達到4.2MPa，已滿足開放交通中抗折強度（≧4.0MPa）的要求。

二、耐久性能試驗研究

（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。對外摻礦渣粉、高效減水劑的快速修補高性能路面混凝土和普通早強混凝土的耐磨性能參照相關(guān)規(guī)程中的試驗方法進行對比試驗，試驗結(jié)果見表2。

試驗結(jié)果表明：快速修補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混凝土提高了33.4%。由此可見，快速修補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)程中的試驗方法，對普通早強混凝土和快速修補高性能路面混凝土分別進行抗?jié)B性能試驗，結(jié)果見表3。

試驗結(jié)果表明：在水壓1.6MPa條件下，恒壓24h后，快速修補高性能路面混凝土六個試件的滲水平均高度為0.4cm，經(jīng)換算抗?jié)B標號可以達到P16；而普通早強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。試驗結(jié)果說明快速修補高性能路面混凝土抗?jié)B性能優(yōu)良。

（三）抗凍性能

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

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

（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。將普通早強混凝土和快速修補高性能路面混凝土試件同條件養(yǎng)護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，再測定其抗壓強度，試驗結(jié)果見表5。

快速修補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天的抗壓強度非常接近，強度損失微乎其微。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高性能路面混凝土耐硫酸鹽腐蝕能力較強。

三、理論分析

分析快速修補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，同時生成更多的晶體和凝膠，在大大提高混凝土密實度的同時，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，礦渣粉的細度達到4800m2/ kg，其最小粒徑可以達到幾十微米，能夠?qū)λ囝w粒之間的空隙進行充分填充，起到了微集料的作用，混凝土結(jié)構(gòu)更加緊密；與此同時，礦渣粉的微顆粒材質(zhì)本身強度較高，有研究提出礦渣微珠的抗壓強度在700MPa以上，質(zhì)地堅硬，耐磨性、耐腐蝕性都強于粗細骨料。混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改善、堅硬微集料的填充都大大提高了快速修補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證明除具有早期強度外，還擁有優(yōu)良的耐久性能，作為新型的路面修補材料，豐富了目前水泥混凝土路面修補的技術(shù)手段。同時，對礦渣粉這一工業(yè)廢棄物進行試驗探索，證明其在工程建設(shè)領(lǐng)域具有很好的利用價值，這對于我國目前節(jié)約社會成本、降低能耗、倡導(dǎo)環(huán)境保護和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有一定的現(xiàn)實意義。

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