水泥混凝土路面性能的变异性研究

董 旭

（黄冈师范学院建筑学院，湖北黄冈 438000）

水泥混凝土路面性能的变异性研究

董 旭

（黄冈师范学院建筑学院，湖北黄冈 438000）

由于路用材料的不均匀性及施工管理水平的差异,混凝土路面的各项材料性能参数和结构几何尺寸等都不是某一确定的单值变量。对于各种不确定因素,传统的设计方法是通过安全系数来加以考虑的。但安全系数并不能真正反映出结构实际的安全储备,且其取值主要基于以往的经验。以可靠性理论为基础的设计方法,承认和揭示了结构属性中存在的不确定性,并在结构设计时充分考虑到施工管理水平的影响,使得设计结果更趋科学和合理。但在实际施工中,由于环境或人为的因素,使得施工工艺控制不严格,物理离析和时间离析比较严重,最终导致混凝土的组成设计参数发生变化,而产生了混凝土组成变异性。

水泥混凝土 路面性能 变异性

水泥是混凝土的主要原料,混凝土的许多性能是与水泥性能相关的,水泥性能也同样决定了混凝土性能,水泥强度偏差大就会造成混凝土强度偏差大。因此,在原材料的运输、储存过程中,应严格控制水泥的质量。

1. 贮存时间与温度对水泥的影响研究

路面混凝土要求弯拉强度高,收缩小,耐磨性、抗滑性和耐久性好。水泥种类和性能对混凝土施工性能、使用性能和耐久性有重要影响。水泥随着存放时间的延长(在3个月之内),物理性能发生变化:存放初期标准稠度用水量变化不大。当存放时间过一长,标准稠度用水量开始增大。凝结时间延长,而且对终凝时间的影响越来越大。强度逐步下降,早期强度下降快而且下降幅度大。后期强度比早期强度下降稍滞后,下降幅度比早期强度小。在水泥存放时间为30d时,标准稠度用水量减小了0.3%；而水泥存放时间为90d时,标准稠度用水量增大了4.6%。因此,一般要求水泥存放时间不宜大于30d。

研究表明:温度升高时,水泥与水的反应速率加快,凝结时间会因此而缩短。养护温度在25-30℃范围内时,水泥水化放热速率迅速提高,混凝土中消耗水分的速率会增大,使得混凝土浇捣、抹面变得困难,并且增加了冷接缝的数量。水泥温度越高,水泥水化反应速度越快,水泥标准稠度用水量会增加。现场施工中,为了补偿工作性的损失,通常在混凝土中掺入过量的水,从而增大了水灰比,降低了混凝土的长期使用性能。高温下水泥的水化速率会明显加快,造成混凝土的坍落度损失急剧增加,甚至无法施工。水泥温度过高,如果高于35℃将导致混凝土入模温度过高。混凝土入模温度过高会加速混凝土的放热,提高混凝土内部温度峰值,加大热应力,增加开裂风险。水泥温度过低,水泥水化速度慢,凝结时间延长,影响混凝土的施工。因此,原材料运输、贮存过程中要保证水泥温度控制在一定范围内,一般要求水泥温度不得高于35。

2. 集料级配的影响研究

集料的级配对混凝土的和易性、力学性能和经济性能都有着很大的影响,直接影响混凝土的强度及耐久性能。在配合比不变的条件下,级配良好的粗集料能获得更好的流动性,在保持混凝土拌合物流动性不变的前提下,能节约水泥用量。级配良好的粗集料空隙率小,在相同的水泥浆量下,使混凝土拌合物获得更大的密实度,并能通过砂浆的粘结作用,相互之间保持较好的机械咬合状态,有利于提高混凝土的抗折强度。当集料级配不好时,混凝土含有过多而且不易密实的砂浆,造成混凝土内部均匀性差,强度变异性大。

粗集料的级配及砂率变化对路面混凝土抗折强度有显著影响,并且在粗集料级配为5-30时,抗折强度达到最大值。而粗集料的级配及砂率变化对路面混凝土抗压强度的影响很小。处于混凝土内部结构薄弱环节的集料与硬化浆体间的界面对混凝土的抗压强度有显著影响。大量资料表明,集料平均粒径越大,其比表面积就越小,则配置的混凝土强度就越低。而集料的平均粒径越小,比表面积越大,裂缝在外界荷载作用下于界面的扩展耗能将越大。因此,混凝土中集料平均粒径的减小,将有助于提高抗折强度及混凝土抵抗开裂的能力。集料级配是影响混凝土质量的重要因素之一,应予以重视。良好的集料级配可用较少的水泥浆制得流动性好、泌水少、不离析的混凝土拌合物,硬化后得到均匀密实的混凝土。

3. 集料吸水率和含水率的影响研究

在公路机械化施工中,人们越来越认识到新拌混凝土的含水率对工程质量和工程造价的影响相当大。由于集料的来源、材料的保水性和贮藏管理手段的不同,伴随着混凝土的拌制,集料中的水分在不断地变化。

集料含水率的变化,会使配制的水灰比发生变异,对混凝土的质量产生很大影响。水泥水化时需要结合水,理论上结合水占水泥质量的10%一25%。但是为了提高混凝土的流动性,在拌制混凝土时加水约至水泥质量的40%一70%,这样使得混凝土硬化后,多余水分形成水泡,蒸发后又形成气孔,使混凝土的密度和强度大大降低。研究表明:潮湿状态下的集料或砂,含泥量越大,吸水率也越大。碎石场加工用片石中的泥土液塑限一般在50%一80%之间。混凝土混合料中的泥土先要达到液限需要一定的水,砂的含泥量越大,混凝土的标准稠度用水量就要相应的增加。在混凝土进行拌和时,若未能及时准确地调整用水量,水灰比自然就会变大,进而影响硬化混凝土的使用性能及耐久性。由于集料含水率的变动,一般会导致混凝土中含水率变动2%-3%。此时,若不及时调整水泥和水的供给量,每吨混凝土将增减50kg左右的水泥,这将严重影响工程造价和混凝土质量。集料的吸水率越大,有效用水量就越大,增加了混凝土的需水性,从而影响混凝土的性能。集料的吸水率同步影响着集料的含水率,≦

一般规定集料的吸水率3%。

4. 集料含粉量及含泥量的影响研究

含泥量是反映集料生产技术水平的重要指标,对新拌混凝土的工作性亦即硬化后混凝土的力学性能和耐久性都有影响。大量试验证明,混凝土强度随着砂、石含泥量的增大而降低。骨料中含有泥块或石粉能够引起需水量的增加,降低混凝土的性能或使混凝土更容易被风化,妨碍了水泥的正常水化,阻碍了水泥与骨料胶结的充分发展,因而对混凝土的强度产生不利影响。另外,由于泥的表观相对密度较小,约为1.6,混凝土混合料经振动提浆后,泥由于密度较小会在水泥混凝土路面表面富集,混凝土早期塑性收缩开裂的机率相应增大。

粗集料在生产、运输、存放过程中表面所产生和吸附的石粉会降低混凝土抗压强度。界面理论认为界面是混凝土强度的薄弱环节,粗集料与砂浆的界面对混凝土的性能有着重要影响。

随着石粉含量从O增大到2%,两种强度等级混凝土的抗压强度均略有升高,但碎石中石粉含量对混凝土抗压强度的影响并不明显。这是因为石粉的质地坚硬,发挥了微集料和矿物外加剂的作用,填充了混凝土孔隙,提高了混凝土强度,改善了混凝土的内部结构。可见,混凝土的强度因碎石和砂中勃土的存在而显著降低,对于强度等级高的混凝土影响更为明显。当碎石中的勃土含量＞1.0%,砂子中豁土含量＞3.5%时,含泥量对C60混凝土抗压强度的影响增大,而碎石中含粉量对混凝土抗压强度的影响不大。而且研究表明:集料中的土、泥和石粉含量对抗折强度的负面影响远大于对抗压强度的影响,并且使路面塑性收缩开裂的机率和干缩变形量大大增加。某些发达国家从保证质量的角度对水泥混凝土路面的原材料清洁度进行了要求。不仅要求砾石全部清洗干净,砂料与水泥一样,不允许露天堆放,在施工现场必须罐装,不允许有任何污染。

此外，随着建筑技术的不断进步,对水泥混凝土的要求也越来越高,而混凝土外加剂在其中起着重要的作用,且已成为混凝土中必不可少的组份。外加剂是在混凝土拌和前或拌和时掺入,掺量不大于水泥质量的5%(特殊情况除外),并能按要求改善混凝土性能的物质。工程中常用的外加剂主要有:减水剂、缓凝剂、引气剂等。

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1007-6344（2015）12-0331-01