露石水泥混凝土路面耐久性的研究

露石水泥混凝土路面耐久性的研究

鄒濤,王欣

(武漢城開(kāi)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司,武漢 430000)

摘要：露石水泥混凝土路面是一種新型路面，混凝土的耐久性是影響混凝土路面發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。論文從抗碳化性能、抗鹽凍剝蝕、耐磨性等三個(gè)方面研究露石水泥混凝土路面的耐久性。研究結(jié)果表明：露石水泥混凝土路面的碳化深度要比普通水泥混凝土路面大，表明其抗碳化性能比普通水泥混凝土差；同時(shí)露石水泥混凝土的抗凍性、抗鹽剝蝕也比普通水泥混凝土路面差；但是露石水泥混凝土的耐磨性要遠(yuǎn)大于普通水泥混凝土路面。

關(guān)鍵詞：露石水泥混凝土；耐久性；碳化深度；耐磨性

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.009

Abstract:Exposed-aggregate cement concrete pavement is a new road,the durability is the key issue of concrete pavement development. The article studies the durability of exposed-aggregate cement concrete pavement from carbonation resistance, salt freezing erosion, abrasion and so on. The results showed that: the carbonation depth of the exposed aggregate cement concrete pavement was larger than the ordinary cement concrete pavement, indicating its poor carbonation resistance; at the same time, the exposed-aggregate cement concrete pavement was poorer than the ordinary cement concrete pavement on frost resistance, salt erosion.But the abrasion resistance of exposed-aggregate cement concrete was much larger than the ordinary cement concrete pavement.

收稿日期：2015-05-08.

作者簡(jiǎn)介：鄒濤(1971)，高級(jí)工程師.E-mail:405938298@qq.com

Study on Durability of the Exposed-aggregate Cement Concrete Pavement

ZOUTao,WANGXin

(Wuhan Chengkai Real Estate Development Co,Ltd,Wuhan 430000,China)

Key words:exposed-aggregate cement concrete;durability;carbonation depth;abrasion resistance

露石水泥混凝土路面是在面層水泥混凝土混合料鋪筑完成后，噴灑露石劑對(duì)混凝土表面進(jìn)行化學(xué)處理，延緩一定厚度的水泥砂漿的水化，但不影響主體混凝土的正常凝結(jié)硬化，當(dāng)?shù)讓踊炷恋竭_(dá)一定強(qiáng)度后，再用水刷洗表面除漿，得到粗集料裸露的混凝土路面[1]。露石水泥混凝土路面集料的外露降低了滾動(dòng)噪音，具有噪音低、抗滑、耐磨、夏季不炫目、排水能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在未來(lái)有很大的發(fā)展前景[2]。然而混凝土的耐久性是影響混凝土路面發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，由于耐久性不足的原因，很多混凝土工程在未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)即顯現(xiàn)出病害甚至發(fā)生嚴(yán)重事故，造成了巨大的損失[3-6]。混凝土耐久性是指混凝土在一定的使用環(huán)境下，能夠抵抗化學(xué)侵蝕、大氣侵蝕、磨耗或其他物理作用和化學(xué)作用，性能不產(chǎn)生顯著劣化，能夠滿足其使用功能的能力[7]?；炷恋哪途眯园固蓟⒖箖鲂?、耐化學(xué)侵蝕性、堿-集料反應(yīng)等。

該文從抗碳化性能、抗鹽凍剝蝕、耐磨性等方面研究露石水泥混凝土路面的耐久性，從而建立提高露石水泥混凝土耐久性的機(jī)制。

1原材料

制備露石水泥混凝土主要考慮到水泥砂漿與粗集料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，一般來(lái)說(shuō)，要得到高的粘結(jié)強(qiáng)度，所使用的水泥的標(biāo)號(hào)越大。實(shí)驗(yàn)水泥為華新PO.42.5水泥，水泥的主要化學(xué)成分及含量見(jiàn)表1，水泥主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1　硅酸鹽水泥化學(xué)成分分析　 w/%

表2　硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)

集料，又稱骨料，在混凝土中細(xì)集料和粗集料占其體積的60%~75%，對(duì)新拌混凝土、硬化混凝土的性質(zhì)有重要的影響。實(shí)驗(yàn)粗集料采用碎石，其表觀密度為2 696 kg/m3，壓碎值為13.8%，含泥量為0.08%。露石深度是露石混凝土的重要指標(biāo)之一，細(xì)集料對(duì)露石深度有一定的影響。因此，細(xì)集料粒徑不宜超過(guò)2 mm。混凝土細(xì)集料采用黃砂，表觀密度為2 550 kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.4，屬于中砂。

混凝土用露石劑為實(shí)驗(yàn)室合成復(fù)合型液態(tài)露石劑，其本質(zhì)是一種緩凝劑。實(shí)驗(yàn)使用的其他原材料主要包括武漢港灣新材料公司生產(chǎn)的LN-SP型聚羧酸高效減水劑(固含量28.7%)。

水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)參照《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG-F30—2003)，配合比見(jiàn)表3。

表3　混凝土配合配合比

2試驗(yàn)方法

露石水泥混凝土和普通混凝土的成型方法參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GB/T50082—2009)，成型250 mm×250 mm×50 mm的混凝土板。試驗(yàn)組混凝土成型振搗抹面后，當(dāng)表面無(wú)明顯水分殘留時(shí)開(kāi)始噴灑露石劑，露石劑的最佳噴灑時(shí)間為30~90 min，覆膜養(yǎng)護(hù)，對(duì)混凝土刷除時(shí)間的控制，是露石水泥混凝土施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。刷除狀態(tài)可根據(jù)劃痕試驗(yàn)法和試沖法確定，具體的刷除時(shí)間根據(jù)當(dāng)天的溫度和風(fēng)速而定。

2.1　抗碳化試驗(yàn)

露石水泥混凝土抗碳化性能按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法》(GB/T50082—2009)進(jìn)行。將試驗(yàn)組和空白組試樣養(yǎng)護(hù)至26 d，取出后在600 ℃下烘干48 h，然后將試件置于溫度為20 ℃、濕度70%、CO2濃度為20%的條件下碳化，測(cè)定其3 d、7 d、14 d的碳化深度。

2.2　單面抗鹽凍試驗(yàn)

混凝土試件在大氣環(huán)境中與鹽接觸的條件下，能夠經(jīng)受凍融循環(huán)次數(shù)或者表面剝落質(zhì)量或超聲波動(dòng)彈性模量來(lái)表示混凝土抗凍性能。試驗(yàn)組和空白組試件成型后，先帶模養(yǎng)護(hù)24 h，然后將試件脫模放在20 ℃的水中養(yǎng)護(hù)至7 d期齡。對(duì)試件進(jìn)行切割，切割的位置如圖1所示，首先將試件的成型面切割去，試件的高度為110 mm。然后將試件從中間的聚四氟乙烯片分開(kāi)為兩部分，每個(gè)試件的尺寸應(yīng)為150 mm×110 mm×70 mm，偏差應(yīng)為±2 mm。然后將試件放入溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為60%的單面凍融試驗(yàn)箱。連續(xù)工作時(shí)間不少于28 d后，將試件取出，放置到超聲浴槽中，使試件的測(cè)試面朝下，超聲浴3 min。用超聲浴方法處理試件剝落物后，稱量并記錄試件的質(zhì)量。

3結(jié)果與討論

3.1　抗碳化結(jié)果分析

混凝土的抗碳化能力主要與混凝土自身的結(jié)構(gòu)、組成、環(huán)境條件有關(guān)[8]，水泥混凝土路面暴露于大氣中，為碳化創(chuàng)造有利的碳化環(huán)境。水泥混凝土碳化的過(guò)程伴隨著體積的收縮，受到內(nèi)部混凝土的制約，將引起開(kāi)裂，可導(dǎo)致混凝土的抗凍性、抗?jié)B性及力學(xué)性能的降低，縮短路面的服役壽命。

由圖2為試驗(yàn)組與空白組成型面3 d、7 d、28 d的碳化深度，可知露石混凝土的碳化深度比普通混凝土碳化深度大。露石水泥混凝土表層砂漿被刷除，粗細(xì)集料直接裸露，CO2易從骨料和水泥漿體之間的界面過(guò)渡區(qū)擴(kuò)散。同時(shí)在刷除過(guò)程中可能造成表面破壞，使得CO2快速滲入到混凝土內(nèi)部，溶解于毛細(xì)孔的液相中，與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2和C-S-H等水化產(chǎn)物反應(yīng)，降低堿度，表現(xiàn)為碳化深度的增加。

3.2　單面抗鹽凍試驗(yàn)結(jié)果分析

混凝土的單面抗鹽凍性能，主要借助凍融循環(huán)28次后剝落量和動(dòng)彈性模量損失率來(lái)反映抗凍融的性能。單面鹽凍融法中，剝落量對(duì)鹽凍融較為敏感，可以以此來(lái)評(píng)價(jià)混凝土抗鹽凍性能的好壞，并且是主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)組和空白組的剝落量見(jiàn)表4。

表4　試驗(yàn)組和空白組的剝落量

組別試驗(yàn)組空白組28次循環(huán)凍融后脫落量/(kg·m-2)0.450.43

由圖3試驗(yàn)組與空白組試件的剝落量，可知露石水泥混凝土面比普通混凝土面剝落量要高。這說(shuō)明露石水泥混凝土比普通混凝土的抗鹽凍性能要差。露石水泥混凝土由于表面比較密實(shí)的凈漿被刷除，會(huì)有微裂紋出現(xiàn)，從而加快鹽凍行為。建議露石水泥混凝土適當(dāng)加入養(yǎng)護(hù)劑、引氣劑來(lái)提高單面抗鹽凍性能。

4結(jié)論

該文系統(tǒng)研究了露石水泥混凝土抗碳化性能、抗鹽凍剝蝕、耐磨性三個(gè)方面。露石水泥混凝土表面砂漿被刷除，表面構(gòu)造發(fā)生變化，將影響露石水泥混凝土的耐久性。主要結(jié)果表明：

a.露石水泥混凝土表層砂漿被刷除，粗細(xì)集料直接裸露，CO2易從骨料和水泥漿體之間的界面過(guò)渡區(qū)擴(kuò)散。同時(shí)在刷除過(guò)程中可能造成表面破壞，使得CO2快速滲入到混凝土內(nèi)部，溶解于毛細(xì)孔的液相中，與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2和C-S-H等水化產(chǎn)物反應(yīng)，降低堿度，表現(xiàn)為碳化深度的增加，其抗碳化性能比普通混凝土差。

b.露石水泥混凝土由于表面比較密實(shí)的凈漿被刷除，會(huì)有微裂紋出現(xiàn)，從而加快鹽凍行為，其抗鹽凍性能比普通混凝土差。

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