浅谈水泥混凝土中粗集料的作用

张明善

摘要：水泥混凝土由粗集料、细集料、胶凝材料以及外加剂等组成，在这些材料中，粗集料对水泥混凝土的影响是很大的，它对水泥混凝土的耐久性、强度等均有一定的影响，因此具有不可替代的作用。

关键词：水泥混凝土；粗集料；强度；耐久性

中图分类号：TU528.45文献标识码：Ａ

0、引言

水泥混凝土由粗集料、细集料、胶凝材料以及外加剂等组成，在这些材料中，粗集料对水泥混凝土的影响是很大的，它对水泥混凝土的耐久性、强度等均有一定的影响，因此具有不可替代的作用。特别是在水泥混凝土路面的建设过程中，很大程度上需要关注的是路面的耐久性能，抗弯拉、抗压等性能，而这些性能的实现初了水泥以为粗集料是少不了的。从近些年的路面运营中发现，新修的水泥混凝土路面已经出现相当严重的病害，如路面板磨耗、剥落、开裂与断板、缺棱掉角或起拱、塌陷等，影响行车安全与舒适性，影响路面的使用寿命。混凝土路面的修补非常麻烦，费用也很高，因此引起各级领导与有关部门的高度重视，并力图找到得力的措施改进。高等级公路路面混凝土的设计抗折强度指标从4.5MPa提高到5.0MPa，而配制强度提高到5.5MPa，就是有力的明证。但是，一方面强度指标提高使得单方混凝土水泥用量增加，从而单方材料费用进一步提高；另一方面，增加水泥用量对提高混凝土抗折强度的效果并不显著，有时甚至看不出无效果。所以本文着重谈论粗集料对混凝土路面耐用性的影响，以期引起各方面的重视。

1、粗集料对路面抗冲击、疲劳性能的影响

水泥混凝土路面的使用寿命，受粗集料最大粒径和中间颗粒的影响要从现代交通的发展来进行分析，由于近些年来大型、重载车辆，包括集装箱车辆的出现与频繁运行，这些重型车辆对道路的破坏，要远远大于轻型汽车，反映在对路面板混凝土的抗冲击与疲劳的强度需要大大提高，因此如上所述，靠提高室内静力试验的抗折强度指标就达不到预期效果，甚至无济于事。根据国外大量研究和应用的结果证明：混凝土粗集料的最大粒径越小，其抗冲击与疲劳的强度就越好。但是粗集料的粒径减小（国外一般都以20mm为最大粒径），会使包裹它们的砂浆需要量增大，也有不利之处，就要通过增加中间颗粒部分来补偿。国内虽然采用最大粒径大（通常为40mm，且超径颗粒很多）的粗集料，但因为缺少中间颗粒，粗集料的堆积不够密实，水泥砂浆的需要量仍然不小。结果水泥用量增加，提高了材料费用，还对路面的使用寿命产生不利的影响。除了抗冲击与疲劳的性能以外，就路面用水泥混凝土的耐久性而言，占首位的就属耐磨耗性能了，当然冻害与化学侵蚀等也是一些必须注意的问题。

2、粗集料对路面耐磨耗性能的影响

耐磨耗性能是谈到水泥混凝土路面耐久性时首先涉及的另一个问题，无论国内外已有大量的研究工作都证实：总体上水泥混凝土路面的耐磨耗性能直接与混凝土强度相关，即强度越高，路面就越耐磨耗。粗集料本身的耐磨性能，虽然和路面耐磨耗性能有关，但除特殊情况外(如特别脆弱的燧石、容易磨光的石灰石细粒)，关系并不很大；而另一方面，粗集料的颗粒分布与级配，对路面板的耐磨耗性能，乃至整个路面的寿命却有很大的关系。上述那篇美国杂志的文章表明：使混凝土路面寿命加倍延长，也就是40～50年的寿命是完全可能的。分析认为：现在粗集料的颗粒分布不好，是路面损坏的主要原因之一，而通常进行设计时只考虑荷载，不考虑耐久性的现状，使这个问题复杂化。经过对粗集料的颗粒分布进行广泛的试验研究，发现在主要工业国家中，只有美国一些州的现行规范是用二级配粗集料拌和混凝土，其他发达国家和美国的部分地区至少采用三级配粗集料，这样颗粒分布就好多了，中间颗粒在大、小颗粒间形成桥梁，填充空隙并增加大混凝土的密实度。

在没有或很少中间颗粒的时侯，混凝土含有过多而且不易密实的砂浆，而砂浆越多，表面就越容易被磨损；这还会形成许多通道，使侵蚀性的介质得以进入。施工中抹面时，混凝土面层应该有一定的易修整性，如果粗集料非常粗涩，就要有更多砂浆供抹面需要。路面混凝土的强度指标很明确，搅拌站供应的混凝土一定要满足强度要求，但是怎样才能满足易修整性呢？粗集料的颗粒形状在这里起一定的作用，它影响拌和物的易修整性和可压实性能，尖棱角与片针状颗粒阻碍拌和物流动，它们互相嵌锁，使混凝土难以密实。采用这类粗集料颗粒的混凝土，用摊铺机摊铺时速度减慢、抹面困难、行车颠簸。所以用用圆角粗集料，包括豆石可以延长混凝土路面的寿命。两种同水灰比的拌和物，砂浆含量可在48%～60%之间波动，取决粗集料的颗粒分布。颗粒分布好的粗集料只需48%的砂浆，就可生产粘聚的、工作性能好的拌和物。混凝土路面设计的一个问题是设计应该针对确定的环境进行，这样才能确保路面的质量。

路面的磨耗是个很长的过程，我们现在的评价方法则是在试件成型28天后就进行快速试验，而硅酸盐水泥的水化要延续很久，也许要十几年、几十年。路面混凝土的性能随时间的发展，与其28天强度值不存在一个确定的函数：在30年前，那时的水泥颗粒要粗得多，所以可能30年后的今天强度还在增长，在开始的第一年里，增长幅度也许要超过25%；当今所用的水泥要细得多，化学外加剂的使用有助于进一步提高早期强度，但因此其后期强度增长幅度就会明显减小。没有人到1年、3年、5年、20年后还在关心路面的性能，这就是我们不能仅仅依靠评价28天强度的原因。

3、结束语

综上所述：水泥混凝土路面的耐久性问题在当前国内迅速发展公路交通，特别是水泥混凝土路面建设的今天，很有必要大力宣传和呼吁；改善粗集料的加工质量，注意适当减小粗集料的最大粒径，保证良好的粒形和级配，并且开展对高性能混凝土的研究与应用，以全面提高水泥混凝土路面耐久性，有效地延长其使用寿命，使我国的基础设施建设能够持续地得到发展，为经济建设提供必要的前提。

参考文献：

[1]孙军超.水泥混凝土路面病害原因分析及防治措施[J].山 西建筑,2007,33