水泥混凝土路面磨耗性能試驗研究

許建騰

摘 要：使用改進后的TMS-240型水泥膠砂耐磨試驗機進行模擬水泥混凝土抗滑性能衰減的模擬試驗，并設置兩種混凝土密封劑進行比對。研究結果表明：隨著磨耗圈數(shù)的增加，噴灑密封劑后的試塊較未噴涂密封劑的試件更加耐磨，但在磨耗90圈超過密封劑作用區(qū)域后，試件質(zhì)量損失差基本相同;刻槽試塊由于表面粗構造，更容易受到啃切破壞而散失，相較于未噴涂密封劑的空白組，其磨耗深度最大。

關鍵詞：水泥混凝土路面;抗滑衰減;磨耗性能

中圖分類號：U416.216 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0125-03

Abstract： The improved TMS-240 cement mortar wear tester was used to simulate the slip resistance attenuation of cement concrete， and two kinds of concrete sealants were set up to compare. The results show that with the increase of wear rings， the test pieces sprayed with sealant are more wear-resistant than those without sealant， but the quality loss of the test pieces is almost the same when the wear rings exceed the action area of sealant. The grooved test pieces are more vulnerable to gnawing and cutting damage due to rough surface structure， and their wear depth is the largest compared with the blank group without sealant.

Keywords： cement concrete pavement;anti-sliding attenuation;wear performance

水泥混凝土路面由于承載力強、造價低、耐水性和耐高溫性強、使用壽命長等優(yōu)點，被廣泛應用于高等級公路及高標準的現(xiàn)代化企業(yè)中[1-4]。但目前，部分工人為了趕工或基于施工的便捷性，頻繁灑水收面，導致混凝土面板局部水膠比擴大，成型后的水泥混凝土面層水泥砂漿耐磨耗性能大幅下降。在實際使用過程中，由于水泥路面本身不耐磨耗，開放交通半年，路面抗滑性能快速衰減，部分路段表面被快速磨損。隨著道路工程技術研究的逐漸深入，水泥混凝土路面的磨耗指標越來越受到人們的關注和重視。資料表明，高速公路隧道事故率是普通路段事故率的1.34～8倍，其中，有81%的事故與路面抗滑能力不足導致車輛制動時發(fā)生側滑有關。基于此，本文通過相關試驗，改善水泥混凝土路面磨耗性能。

1 試驗研究方案

1.1 原材料選擇

1.1.1 水泥。采用河北唐山產(chǎn)的冀東牌散裝P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其性能指標見表1所示。

1.1.2 其他材料。外加劑：采用萘系高效緩凝減水劑;碎石：其性能滿足規(guī)范要求;河砂：物理性質(zhì)如表2所示。

1.2 混凝土配合比

混凝土配合比見表3。混凝土水灰比為0.41，砂率為34%，減水劑為4.2kg。水∶水泥∶砂∶4.75～9.5mm檔碎石∶9.5～16mm檔碎石=156∶380∶634∶369∶861。

1.3 路面耐磨試驗方案

國內(nèi)外針對水泥混凝土磨耗試驗的研究方法有多種，其中最為接近實際效果的試驗為大型直道試驗，可以真實模擬路面在車輛荷載作用下被逐漸磨損的過程。但是，大型直道試驗難以在普通實驗室完成。據(jù)此，筆者根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005）中，采用改進后的TMS-240型水泥膠砂耐磨試驗機進行水泥混凝土磨耗性能測試試驗。試驗設備見圖1。

1.4 試驗方法

眾多研究文獻表明，密封劑能大幅提高水泥混凝土表面的耐磨耗性能。為了探究提高水泥路面耐磨耗性能的方法，分別購得2種不同類型的混凝土密封劑進行對比試驗，試件分為四組：不刷涂密封劑的空白組、刷涂密封劑一組、刷涂密封劑二組和模擬刻槽路面。相同環(huán)境下，按照密封劑使用說明進行二次養(yǎng)生。到達養(yǎng)生周期后，進行混凝土磨耗試驗。

為了探究不同方法處理后的水泥混凝土耐磨耗性能規(guī)律，使用同一水泥混凝土配合比，根據(jù)規(guī)程試驗方法要求制備多組150mm×150mm×150mm的方形試塊，標準養(yǎng)護28d后取出烘干。

2 磨耗質(zhì)量損失研究

2.1 不同磨耗圈數(shù)外觀變化

不同磨耗圈數(shù)試塊外觀變化見圖2。

從圖2可以看到，隨著磨耗圈數(shù)的增加，不管是否噴涂密封劑，試塊表面均會被磨損，隨著磨耗試驗的進行，逐漸形成一個磨耗圓環(huán)。對比普通膠砂磨耗和噴涂密封劑后的試件，噴灑密封劑后的試塊都更加耐磨。分析原因：噴灑密封劑后，混凝土內(nèi)部孔隙被密封劑形成的結晶填充，使得整個混凝土試件表面形成一個致密、封閉的整體，在經(jīng)受磨耗時，這些結晶能抵消鋼花刀輪的切削力，從而減小試件磨耗質(zhì)量，使試件的耐磨耗特性大大增強。刻槽試塊因為破損的膠砂表面，在受到鋼花刀輪磨耗時，表面溝槽形成的粗觀紋理更容易受到啃切破壞而散失，相較于未噴涂密封劑的空白組，其磨耗深度最大。

綜上所述，噴涂密封劑后，混凝土的耐磨耗性能得到一定程度的提升，更耐磨。

2.2 不同磨耗圈數(shù)質(zhì)量變化

由于不同的試塊成型時本身質(zhì)量存在一定差異，因此，在進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理時，進行對比的數(shù)據(jù)不是直接使用試塊的質(zhì)量變化數(shù)據(jù)，而是將兩次磨耗后試塊質(zhì)量損失數(shù)據(jù)進行對比，使試驗結果更加清晰明白。對四組試件磨耗試驗的相鄰兩次磨耗損失質(zhì)量差和累計磨耗質(zhì)量損失進行統(tǒng)計，繪制成對比圖（見圖3和圖4）。

從圖4可以看出，在磨耗90圈以后，試件質(zhì)量損失差基本相同。這主要是因為密封劑作用深度范圍有限，隨著磨耗深度的增加，逐漸超出密封劑作用的范圍，因此，90圈之后，除了模擬刻槽的試驗面，三者的磨耗環(huán)境基本是相同的，反映在質(zhì)量損失上也是相同的。

對比密封劑一和密封劑二試塊發(fā)現(xiàn)，密封劑一具有更好的密封性能，相較于密封劑二，相同的磨耗圈數(shù)，試塊質(zhì)量損失較少。

3 結論

①隨著磨耗圈數(shù)的增加，噴灑密封劑后的試塊較未噴涂密封劑的試件更加耐磨;刻槽試塊由于表面粗構造，更容易受到啃切破壞而散失，相較于未噴涂密封劑的空白組，其磨耗深度最大。

②由于密封劑的密封作用，混凝土試件表層微觀孔隙被填充，使得試塊更加耐磨。但在磨耗90圈超過密封劑作用區(qū)域后，試件質(zhì)量損失差基本相同。

因此，為增強水泥混凝土路面的耐磨耗性能，施工期間嚴禁灑水，在路面成型后，可在表面噴灑密封劑，增強表面的耐磨耗性能。

參考文獻：

[1]陳瑜.公路隧道高性能多孔水泥混凝土路面研究[D].長沙：中南大學，2007.

[2]石春香，楊群，郭忠印.公路隧道水泥混凝土路面設計方法[J].上海交通大學學報，2008（11）：1884-1887.

[3]王賀武，劉浩學，王生昌.公路隧道環(huán)境對車用柴油機排放影響的研究[J].中國公路學報，2003（4）：98-100.

[4]戴憂華，郭忠印，馬艷，倪洪亮.高速公路隧道運行環(huán)境安全評價指標[J].同濟大學學報（自然科學版），2010（8）：1171-1176.