改善水泥混凝土路面耐久性的措施分析
摘 要:水泥混凝土路面的耐久性直接影响到水泥混凝土路面的使用性能及寿命,因此,如何结合实际情况改善路面耐久性至关重要。论文首先指出了水泥混凝土路面耐久性的研究意义,分析了耐久性的影响因素,最后从配合比设计方法的角度探讨了如何改善水泥混凝土路面的耐久性。
关键词:水泥混凝土 耐久性 配合比
中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)01(b)-0060-01
在公路工程中,泥混凝土路面是两大高级路面类型之一。随着我国经济的发展,道路的交通量也在不断增多,我国的水泥混凝土路面占全部高级路面(沥青路面和水泥路面总和)的比例已达到58%。因而对道路路面的使用要求也越来越高。在这种形势下,混凝土路面的里程数迅速增长。水泥混凝土路面的初期建筑投资和使用期限内的总费用均较沥青路面要少,做好水泥混凝土路面耐久性,延长路面的寿命有很大帮助,同时能减少后期的维修费用以及因为维修路面带来的间接的经济损失。
1 水泥混凝土路面耐久性的相关概述
混凝土的耐久性是指对风化作用、化学腐蚀、磨耗或任何其它破坏过程的抵抗能力;耐久性的混凝土当露置于使用环境时将保持其原来的形状、质量和适用性。混凝土的耐久性从广义上说应包括:大气对混凝土的腐蚀(如干湿度、温度、冻融、碳化等)、水对混凝土的作用、碱骨料反应、环境水侵蚀和磨损等。
众所周知,水泥混凝土路面在我国的公路事业中占非常重要的地位,能够广泛应用是因为它有许多优点:刚度大,承载能力强;耐水性、耐高温性强;弯拉强度大,疲劳寿命长;刚性路面耐候性、耐久性优良;刚性路面平整度衰减慢、高平整度维持时间长;水泥混凝土路面更环保;耐油、耐火、耐酸碱腐蚀性强;使用寿命长等。但是混凝土路面也有一些缺陷。从20世纪90年代以来,我国修筑了许多水泥混凝土路面,从已修筑的水泥混凝土路面使用情况来看,病害的发生相当广,量相当大,有的病害发生在施工期间,有的发生在使用期间,开裂和断板现象相当严重。造成这些问题的原因是多方面的,既有内因也有外因,但是混凝土本身的性能是最主要的影响因素。首先,混凝土不是完全密实的,内部含有孔隙,这些孔隙的存在为外界物质侵入混凝土提供了通道;另外外界物质也可以通过扩散、渗透或吸收作用进入混凝土的内部,造成路面的损坏;除了外界的侵蚀,混凝土的早期开裂也是造成路面耐久性降低的主要原因,并且混凝土开裂后,为外界物质提供了入侵的通道,会加剧这些物理侵蚀和化学侵蚀。现在混凝土的耐久性问题已经引起世界各国的重视。
2 水泥混凝土路面耐久性影响因素
2.1 水泥
(1)水泥的矿物成分。3S是水泥早期强度的主要来源,水化速度快,水化发热量较大;C2S是水泥后期强度的主要来源,水化速度慢,水化发热量最小;C3A水化最快,水化放热量最大,水化物强度最低,干缩最大;C4AF的主要特点是抗折强度高。当C4AF含量过高,混凝土的水灰比较小时,水泥的粘聚性过大,混凝土拌和物的振动粘度系数过高,振实能耗高,影响路面的密室度和强度。(2)水泥的细度。有研究表明,水泥粒子群的比表面积、粒子形状、密度及粒子之间的级配等对水泥浆体的性能有很大的影响。比表面积小、粒子形状接近球形、比重大的水泥,填充性就越大,流动性也越大。(3)水泥中SO3和CaO的含量。水泥中的SO3和CaO的凝结水化速度较慢,水泥已经凝结硬化以后还会继续水化,在水化过程中它们的体积会膨胀,会在水泥石内部产生剧烈的、不均匀的体积变化。当SO3和CaO的含量超过一定的限制时,能够破坏已经硬化的水泥石的结构,导致混凝土安定性不良或强度降低。(4)水泥的含碱量。在一定的湿度条件下,当水泥总碱含量高时,水泥中的碱能与某些碱活性集料产生化学反应,引起混凝土体积膨胀、开裂,甚至破坏,这种化学反应称为碱集料反应。
2.2 粗集料
试验结果证明,碎石集料的抗冲击性能要优于卵石混凝土,主要原因是碎石表面粗糙,能够提供更大的嵌锁力,抵抗冲击荷载作用的能力更强;而混凝土的抗裂性与集料的表面形状没有关系,因此相同等级的碎石和卵石的抗裂性没有太大的差别,所以工程中应优先选用碎石。而碎石集料是由石料轧制而成的,因此石料的类型对集料的性质也有很大的影响。道路工程中用石料根据造岩矿物的成分、含量、以及组织结构分为四大岩类:岩浆岩类、石灰岩类、砂岩和片麻岩类、砾石类等。集料的级配和粒径,粗集料的级配优劣首先影响新拌混凝土的工作性、粘聚性、匀质性、和可振动密实度。良好的级配所提供的较大的嵌锁力直接关系到弯拉强度的大小和单位水泥用量的多少。粗集料中混入粘土矿物时,将会引起严重的质量问题,除了降低混凝土的抗冲击性能外,还会增加混凝土的需水量、使混凝土收缩增大、强度降低、并且会严重影响路面的耐磨性和抗冻性,从而影响路面的使用寿命。
2.3 掺和料
(1)颗粒形态效应。形态效应泛指掺和料的颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、级配、内部结构等几何特征以及色度、密度等特征在混凝土中产生的效应。(2)活性效应。掺和料的活性效应主要是指玻璃体中的活性SiO2、Al2O3和Fe2O3在碱性激发条件下,能够与水泥水化析出的Ca(OH)2起反应,生成具有水硬性质的硅酸盐胶体——水化硅酸钙凝胶(又称C-S-H凝胶),这些凝胶堵塞在毛细管中,使混凝土毛细管孔变小,而且不连续,从而大大提高了混凝土密实性,进而提高混凝土的强度、抗冲击动载的疲劳性能以及抗渗性等。(3)微集料效应。微集料作用主要是指掺和料的微细颗粒填充了水泥颗粒之间的孔隙,均匀分布于水泥浆体相中,可以优化集料的配比,减少需水量和孔隙缺陷等,使浆体更致密,改善了水泥骨料的微观组织结构,从而提高了混凝土材料的宏观物理力学性能。
3 耐久性混凝土配合比设计
世界各国开始重视混凝土的耐久性设计方法。耐久性包括诸多方面,如抗冻性、抗冲击性能、抗硫酸盐侵蚀性、抗氯离子侵蚀性等,因为不同的结构对混凝土耐久性的要求不一样,所以他们的设计步骤也不相同。耐久性混凝土原材料选择的原则如下:(1)采用低水泥用量,增加矿物掺和料的用量;(2)采用低水胶比,以减少毛细孔,增强界面,提高混凝土的致密性;(3)使用高效减水剂、引气剂等,提高混凝土的性能;(4)选用杂质含量少的优质集料及优质矿物掺和料。耐久性设计过程如下:按照普通混凝土配合比设计的方法,确定计算配合比;测试工作性得到基准配合比;在基准配合比的基础上浇注试块,测试混凝土强度、抗渗性、抗冻性等指标,若所得结果超出设计指标很多,应进行配合比的调整,尽量做到既满足强度和耐久性要求,又不过多的超出设计指标,做到配合比设计的经济合理性;最后得到满足强度、施工和易性、耐久性等各项指标的配合比。
4 结语
总之,通过改善混凝土原材料的性能,做好混凝土配合比设计,从而不断的改善耐久性,从而可以延缓路面在冲击荷载作用下出现裂缝的时间。
参考文献
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