新型混凝土路面磚設計、制備及在市政建設中的應用

摘 要：本文基于緊密堆積原理，通過EMMA軟件設計出水泥、硅灰和石英砂的最佳配合比，進而制備了新型混凝土路面磚，并進行了工程應用。結果表明：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%。路面磚表面結構致密，呈現鏡面效應，吸水率和同等深度下的氯離子含量遠低于普通混凝土磚，有良好的美觀性和社會經濟效益。

關鍵詞：新型混凝土路面磚；致密化結構；防護性能；微觀形貌文章編號：2095-4085（2024）08-0236-03

0 引言

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

為了提高混凝土磚的使用壽命，開發新型材料和施工技術創新受到了人們的廣泛關注。利用高性能混凝土制備磚、基于固廢摻加的生態環?；炷链u以及摻加功能組分的混凝土磚被研發出來［2］。采用預制化制備或機械化鋪裝等新型施工方法也越來越多的應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用，但存在成本高、固廢檢測難度大等問題。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，研究了其設計組成和制備工藝，探明了致密化結構的構成以及防護性能，并成功應用于隧道工程。本文制備的新型混凝土磚提高了產品質量、增強了耐久性能，滿足了日益增長的市政工程需求。

1 試驗部分

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、石英砂加入攪拌機中，干混3～5min，然后加入減水劑和水，持續攪拌得到漿體，倒入混凝土磚模具中進行養護（60℃養護12h），然后脫模自然養護。

1.3 試驗方法

新型混凝土路面磚的表面微觀結構通過掃描電鏡進行觀察；吸水率測試和自由氯離子含量試驗分別參考文獻中的方法進行［4-5］。

2 結果與分析

2.1 新型混凝土路面磚致密化結構設計

基于最緊密堆積理論的設計方法，按照修正的安德森模型進行新型混凝土路面磚致密化結構體系設計。采用水泥、硅灰、石英砂按照不同級配進行組合，最大程度的消除原生缺陷，形成致密結構體系。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軟件對各種原材料的粒度分布進行配合比理論設計研究，達到緊密堆積狀態時各原材料的質量比為：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計，考慮市政工程防護的必要性，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，宜采用高速攪拌機進行拌合，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構致密，呈現鏡面效應，無任何缺陷和裂縫，可賦予市政工程良好的美觀性。從微觀結構上看，水化產物分布密集，凝膠產物交接相連細膩光滑，且無明顯的孔洞，表明混凝土磚表面達到了致密化結構，可有效防護外界有害物質的侵入。

2.3 新型混凝土路面磚防護性能及其應用

新型混凝土路面磚（實驗組）與普通混凝土磚（C30混凝土制備， 對照組）的吸水率和氯離子含量變化規律如圖3所示。從圖3中可以看出，隨時間延長，兩種磚的吸水率均呈現增長趨勢。開始時增長趨勢明顯，60min后速度有所減緩，說明混凝土磚初期吸水迅速，即將達到飽和后吸水速度下降。對比可以看出，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低于普通混凝土磚，下降幅度最高可達80%，且從外到內的深度變化初期實驗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緊密堆積制備，結構密實起到了良好的防水和防侵蝕效果，能夠阻礙外界有害介質的侵入，延長使用壽命，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用于濟南某隧道工程，如圖4所示。新型混凝土路面磚鋪設于隧道電纜溝上，防火性能A級，承載力指標合格，滿足施工及設計要求。新型混凝土路面磚提高了隧道蓋板的美觀性，延長了使用壽命，降低了工程成本，經濟和社會效益巨大。

3 結論

（1）新型混凝土路面磚達到緊密堆積狀態時的最佳配合比為：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構致密，呈現鏡面效應，無任何缺陷和裂縫。其吸水率和同等深度下的氯離子含量遠低于普通混凝土磚，氯離子含量最大下降幅度為80%，能夠阻礙外界有害介質的侵入，大幅延長使用壽命。新型混凝土路面磚應用于某隧道工程，賦予蓋板良好的美觀性，有良好的社會和經濟效益。

參考文獻：

［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，2024.

［2］劉芝敏，宋淑琴，丁秋香，等.瀝青拌和站回收粉塵對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.凍融循環作用下再生混凝土磚砌體力學性能研究［D］.西安建筑科技大學，2014.

［4］田安國，秦天保，陳敬陽，等.復合硅烷涂層施工工藝對海工混凝土防護性能的影響［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］.信陽師范學院學報（自然科學版） 2023-12-18. （網絡首發）.