快速修补高性能路面混凝土耐久性能试验研究

沈小康

【摘要】本文通过对快速修补高性能路面混凝土耐久性能进行试验研究，揭示出在掺入一定比例的矿渣粉和高效减水剂后，可以有效提高混凝土耐磨、抗渗、抗冻及耐腐蚀等性能，由试验数据再回归理论分析，提出快速修补高性能路面混凝土相比普通早强混凝耐久性能提高的理论依据。

【关键词】快速修补；路面混凝土；耐久性能；试验

引言：

修补水泥混凝土路面必须满足快硬早强的要求，水泥混凝土内部结构早期尽可能密实，水化产物能够快速、均匀而密实的填充水泥石中的孔隙，与此同时，又不会在混凝土结构内部产生过大的应力收缩或膨胀致使混凝土裂纹扩张。在当前工程界，水泥混凝土路面快速修补常用的技术路线有两条：一是采用高强度硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥，并掺入高效减水剂和早强剂等外加剂，降低混凝土水灰比以提高早期强度；二是采用具有快硬早强特性的特种水泥，如快硬硫（铁）铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等作为胶凝剂来配制混凝土。这两种技术路线都能够提高混凝土的早期强度，但同时也存在水化热大、混凝土收缩变形大、耐久性能差等缺点。本研究独辟蹊径，在混凝土中尝试掺入具有快硬早强特性的外掺剂，即在掺入矿渣粉、高效减水剂，提高混凝土的早期强度，满足用于2天就要开放交通的混凝土路面修补要求，并对其耐久性能进行试验研究。

一、配合比及早期强度

（一）配合比

快速修补高性能路面混凝土具体配合比材料用量见表1。

（二）早期强度

通过试验研究，上述配比的混凝土龄期2天的抗折实测强度达到4.2MPa，已满足开放交通中抗折强度（≧4.0MPa）的要求。

二、耐久性能试验研究

（一）耐磨性能

车辆荷载持续作用易使路面混凝土不可避免的受到磨损，混凝土表面耐磨性能急速降低易对行车安全构成威胁，并且直接降低路面结构承载能力。因此，混凝土的耐磨性能是影响其安全性和耐久性的重要指标。对外掺矿渣粉、高效减水剂的快速修补高性能路面混凝土和普通早强混凝土的耐磨性能参照相关规程中的试验方法进行对比试验，试验结果见表2。

试验结果表明：快速修补高性能路面混凝早期（2d龄期）单位面积的磨耗量较低，相比普通早强混凝土耐磨性能提高了29%，其单位面积的磨耗量3.38kg/m2<3.6 kg/m2，满足路面混凝土抗磨耗的要求。28d龄期快速修补高性能路面混凝土单位面积的磨耗量为2.13kg/m2，耐磨性能比同龄期的普通早强混凝土提高了33.4%。由此可见，快速修补高性能路面混凝土无论是在早期还是在后期均具有优异的耐磨性能。

（二）抗渗性能

参照相关规程中的试验方法，对普通早强混凝土和快速修补高性能路面混凝土分别进行抗渗性能试验，结果见表3。

试验结果表明：在水压1.6MPa条件下，恒压24h后，快速修补高性能路面混凝土六个试件的渗水平均高度为0.4cm，经换算抗渗标号可以达到P16；而普通早强混凝土在同等条件下，其渗水高度平均为6.9cm，最大的为8.Ocm。试验结果说明快速修补高性能路面混凝土抗渗性能优良。

（三）抗冻性能

普通早强混凝土和快速修补高性能路面混凝土同条件养护28d后采用慢冻法分别进行了50次，75次，100次冻融循环，并通过劈裂抗拉强度衡量冻融损伤程度。具体试验结果见表4。

试验结果表明：快速修补高性能路面混凝土在多次冻融循环后，劈裂抗拉强度衰减幅度较小，抗冻融损伤能力更强。

（四）抗硫酸盐腐蚀能力

路面混凝土面层长期暴漏在大气环境中，经硫酸盐腐蚀和损伤，混凝土强度降低继而开裂破损，缩短了混凝土路面的使用寿命。将普通早强混凝土和快速修补高性能路面混凝土试件同条件养护28天后，分别置于清水和硫酸钠溶液（浓度5%）中浸泡28天和60天，再测定其抗压强度，试验结果见表5。

快速修补高性能路面混凝土无论是在硫酸钠溶液还是在清水中浸泡，60天的抗压强度非常接近，強度损失微乎其微。而普通混凝土在上述条件下，即浸泡60d后，其强度下降了15.5%。由此可见，掺入矿渣粉和高效减水剂的快速修补高性能路面混凝土耐硫酸盐腐蚀能力较强。

三、理论分析

分析快速修补高性能路面混凝土耐久性能提高的原因，一方面，在外掺矿渣粉和高效减水剂后，减水效果明显，水灰比降低，减薄了胶凝体与粗细集料粘结界面的水膜厚度，矿渣粉与水泥水化产物Ca（OH）2在高效减水剂的推动下加快了二次水化反应速度，同时生成更多的晶体和凝胶，在大大提高混凝土密实度的同时，避免在混凝土结构内部产生较大孔隙和阻断渗水通道，促使微小孔隙能够更加均匀的分布，有利于混凝土抗冻和抗渗性能的提高。另一方面，矿渣粉的细度达到4800m2/ kg，其最小粒径可以达到几十微米，能够对水泥颗粒之间的空隙进行充分填充，起到了微集料的作用，混凝土结构更加紧密；与此同时，矿渣粉的微颗粒材质本身强度较高，有研究提出矿渣微珠的抗压强度在700MPa以上，质地坚硬，耐磨性、耐腐蚀性都强于粗细骨料。混凝土内部结构的改善、坚硬微集料的填充都大大提高了快速修补高性能路面混凝土耐久性能。

结束语：

外掺矿渣粉和高效减水剂制成的高性能混凝土通过试验证明除具有早期强度外，还拥有优良的耐久性能，作为新型的路面修补材料，丰富了目前水泥混凝土路面修补的技术手段。同时，对矿渣粉这一工业废弃物进行试验探索，证明其在工程建设领域具有很好的利用价值，这对于我国目前节约社会成本、降低能耗、倡导环境保护和发展循环经济具有一定的现实意义。

参考文献：

[1]梁国彪.高性能快速修补混凝土在公路养护工程中的应用.湖南交通科技[J].2007（2）

[2]陈改新.混凝土耐久性的研究、应用和发展趋势.中国水利水电科学研究院学报[J].2009（2）

[3]肖建庄，雷斌.再生混凝土耐久性能研究.混凝土[J].2008（5）