礦粉在抗折強度5.0MPa的C35路面混凝土中的應用

高 博 陳向明 文蓓蓓

（武漢武新新型建材有限公司，湖北武漢 430080）

前言

武漢化工園區乙烯快速通道項目為連接武石化與乙烯工程核心廠區重要交通干道工程，全長約7.7公里，設計采用抗折強度5.0MPa的C35路面混凝土，道路等級為城市主干道Ⅰ級。該工程設計對混凝土的抗折強度和耐磨性要求較高，而且施工日期集中在7~9月份高溫天氣，生產、施工難度較大。本文以該項目為依托，研究了礦粉對抗折強度5.0MPa的路面混凝土性能的影響，主要探討了礦粉、砂率對路面混凝土抗折強度、耐磨性的影響。并針對生產施工中出現的問題，提出了有效的改進措施。

1 原材料以及試驗方法

1.1 原材料

水泥：華新P.O42.5普通硅酸鹽水泥；

礦粉：武新S95礦粉，28d活性指數101%；

減水劑：西卡聚羧酸減水劑，固含量12.5%，減水率25%；

砂：巴河黃砂，細度模數2.5；

碎石：武穴產石灰石，粒徑5mm~40mm，連續級配；壓碎值11；

水：自來水。

1.2 試驗方法

本文主要采用抗折強度、耐磨性、抗壓強度對抗折強度5.0MPa路面混凝土性能進行評價。抗折強度、抗壓強度參照GB/T50081-2002規定進行測試；耐磨性測試參照JTG E30-2005《水泥混凝土耐磨性試驗方法》進行，以試件磨損面上，單位面積磨損量作為評價混凝土耐磨性的相對指標。測試齡期為28d。單位面積磨損量越小，混凝土耐磨性越好；坍落度的測定方法按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002進行。

2 結果與討論

2.1 礦粉對C35路面混凝土性能的影響

從表1可以看出，采用礦粉等量取代水泥，取代量分為10%、15%、20%、25%。

通過對表2進行分析，礦粉取代水泥，隨摻量增加混凝土的坍落度逐漸增大，坍落度損失變小，對施工有利；在礦粉摻量超過25%時，混凝土的28d抗壓強度與不摻礦粉的相差不大；路面混凝土的抗折強度以及耐磨性均隨摻量的增加先增加后下降，說明礦粉存在一最佳摻量，即15%。

原因在于：礦粉作為一種活性摻合料，比表面積遠大于普通硅酸鹽水泥，顆粒小，在混凝土起微細料填充潤滑作用，同時起到改善混凝土水化產物與集料的界面效應；摻入礦渣微粉的混凝土因其早期化學活性不如水泥高，在攪拌后的最初兩小時內混凝土的流變性易于控制，尤其能明顯地減少其坍落度的損失，有利施工；礦粉的早期活性不如水泥，取代水泥后混凝土的早期抗折、抗壓強度有所降低。但隨著水泥水化進行，礦粉的有效成分在混凝土中發生二次水化反應，增加混凝土的致密性，同時增強水化產物與集料的界面結合力[1]。因此混凝土的28d抗折強度、抗壓強度以及耐磨性在礦粉摻量不超過15%時，較不摻礦粉有一定提高。

綜上所述，礦渣微粉的摻入，改善混凝土水化產物的致密性及與集料的界面效應。較大幅度提高混凝土的抗折強度和耐磨性。其適宜摻量為15%。

2.2 砂率對C35路面混凝土性能的影響

從表3可以看出：混凝土配合比中砂率變化從30%~36%。主要研究砂率對路面混凝土抗折強度和耐磨性的影響。

從表4可以看出：砂率變化對抗壓強度影響不大。隨砂率的降低，混凝土的28d抗折強度、耐磨性呈先增加后降低趨勢。

可以解釋為：

當砂率過高時（如36%） ，在一定單位用水量情況下，漿體過于干澀粘稠，流動性顯著降低，不易振實，混凝土成型后，在內部形成許多蜂窩和空洞，影響抗折強度；由于細集料的增多，混凝土中級配良好的粗集料的含量相對減少，從而破壞了混凝土內粗集料之間交錯有致的機械咬合狀態，造成抗折強度下降。當砂率較小時（如28%～30%），混凝土拌合物缺漿，粗集料間的空隙得不到漿體的有效填充，內部空隙較多，故抗折強度低。

表1 不同礦粉摻量的C 35路面混凝土配合比

表2 礦粉摻量對C35路面混凝土性能的影響

適宜的較低砂率，有助于提高混凝土中砂漿的耐磨性[2~3]。因為低砂率的細集料比表面積小，細集料間的空隙少，在一定的膠凝材料用量情況下，細集料可充分地被膠凝材料包裹，水泥與砂的界面粘結力增強；同時，集料間的空隙能被較大限度地填充，砂漿密實度增大，因而其耐磨性提高。另外，在一般中等強度的道路混凝土中，砂漿耐磨性低于粗集料耐磨性，砂率低，可保證耐磨性較好的粗集料占有的面積大，對提高混凝土耐磨性有利。但砂率不可太低，否則漿體不足，影響棍凝土的密實性，導致耐磨性降低。

綜上所述，本試驗中適宜砂率為32%~34%。

表5為根據以上試驗結果確定的抗折強度5.0的C35路面混凝土生產配合比。表6為多次生產取樣測試的混凝土的相關數據。

表3 不同砂率的C 35路面混凝土配合比

表4 砂率對C35路面混凝土性能的影響

表5 抗折強度5.0的C 35路面混凝土配合比

表6 抗折強度5.0的C 35路面混凝土相關性能

3 工程應用以及質控措施

武漢化工園區乙烯快速通道項目為連接武石化與乙烯工程核心廠區重要交通干道工程，全長約7.7公里，設計采用抗折強度5.0MPa的C35路面混凝土，道路等級為城市主干道Ⅰ級。

在該工程中累計供應C35路面混凝土約30000方，生產日期從2012年6月~9月，供應高峰期主要在7月~8月份，日均氣溫在35度左右。在生產施工過程中按照GJJ1-2008《城鎮道路工程施工與質量驗收規范》進行控制，但由于氣溫、施工安排等因素的影響，在施工過程中出現了一些比較典型的問題，并針對出現的問題采取了相應的措施，取得了較好的效果。問題主要集中在混凝土的“硬殼”現象、混凝土的橫向開裂，分別進行介紹。

3.1 路面混凝土“硬殼”以及解決措施

路面混凝土的“硬殼”主要表現是混凝土表面失水很快，表層先硬化而表層以下混凝土仍處于塑性狀態，就像結了一層殼。對后續混凝土路面的抹面以及機械收光帶來了極大的不便。施工方要求的混凝土狀態是：混凝土硬化從底層到表面，在此過程中混凝土表面一直保持有水狀態，便于抹面收光。

通過到工地了解情況，分析了“硬殼”產生的原因：路面混凝土施工期間，處于高溫、起風天氣，由于氣溫高、風速較大，路面表層混凝土水分蒸發加快，造成一種失水硬化的假象，而面層以下的混凝土按正常時間凝結硬化，兩者不同步，形成“硬殼”現象；再者，由于氣溫偏高，混凝土中水泥水化加快，為了保證運輸和施工，所用減水劑中緩凝組分均加大。減水劑摻量偏大也是造成面層以下混凝土凝結時間延長的原因。也可能引起“硬殼”。

針對引起“硬殼”的原因，我們通過混凝土生產質量控制，采取了以下措施：

（1）混凝土的凝結硬化伴隨著混凝土中的水分不斷的蒸發。為了避免出現表層混凝土過快失水硬化，可以通過降低砂率適當增加混凝土的泌水量。在高溫和風速的作用下，混凝土表面和內部的水分不斷的蒸發出來，使混凝土的表層和內部硬化盡量同步；而且，混凝土表面適當泌水，利于工人提漿收光。實踐證明：通過減低1~2個砂率，有助于避免“硬殼”現象的發生。

（2）適當降低減水劑的摻量。如上所述，混凝土路面“硬殼”的形成是混凝土面層與內部凝結硬化不同步引起的。減水劑中緩凝組分的增多會引起混凝土凝結時間的延長，從而混凝土硬化時間變長。試驗證明：出現硬殼現象后，降低減水劑摻量也是改善混凝土“硬殼”的方法之一。但是降低減水劑的摻量會引起混凝土工作狀態的變化，如坍落度變小、坍落度損失變大，需要與工地進行溝通。

表7 調整后的抗折強度5.0的C35路面混凝土配合比

表8 兩種養護方式對比結果

多次生產施工表明：在出現“硬殼”后，通過表7所示的配合比調整，可以較好的解決混凝土路面問題。

3.2 路面混凝土的橫向開裂及解決措施

在路面混凝土的施工過程中，混凝土路面的裂縫主要有兩種：“橫向”裂縫和“縱向”裂縫。所謂“橫向”裂縫就是裂縫的延伸方向與路面的軸線處于大致平行。“縱向”裂縫即裂縫方向與路面軸線垂直。一般而言，“縱向”裂縫的發生于混凝土路面切縫不及時有關。只要把握好切縫時間就可以避免和減少縱向裂縫的產生[4]；“橫向”裂縫的產生原因與混凝土的收縮以及養護有關。發現“橫向”裂縫的時間主要是在混凝土施工后的16~48h。

通過現場了解情況以及分析混凝土收縮裂縫的形成原因。初步確定，該“橫向”裂縫是由混凝土的溫度應力引起的收縮過大。施工期間，白天氣溫高達38℃~40℃，而夜晚溫度在25℃左右，晝夜溫差較大。建議采取塑料薄膜覆蓋保溫保濕。而且，我們通過晚上突擊檢查發現，出現“橫向”裂縫的施工段大部分沒有覆蓋薄膜。通過對比方式，同一天施工的路面混凝土，一段僅采用土工毯覆蓋（晚上有風部分被掀開），一段采用薄膜覆蓋加土工毯覆蓋，結果如表8所示。

通過采取薄膜覆蓋保溫保濕的方法，明顯減少了路面混凝土的開裂現象。

通過以上技術措施，生產抗折強度5.0MPa的路面混凝土約30000方，施工性能得到了施工方的肯定。運行通車到現在，路面性能良好。

結語

（1）礦粉能較明顯的提高路面混凝土的抗折強度和耐磨性。適宜摻量為15%。

（2）合適的砂率能改善路面混凝土的抗折強度和耐磨性能。最佳砂率約為32%。

（3）通過調整砂率和減水劑摻量可減少路面混凝土“硬殼”現象的產生。

（4）采用薄膜覆蓋保溫保濕，可以減少路面混凝土因溫差過大而產生的橫向裂縫。

[1] 林榮頌，張遂彩，林天津。礦渣微粉在水泥混凝土路面工程中的應用[J]。商品混凝土，2005：49~54。

[2] 鄧初首。提高道路混凝土耐磨性的措施[J]。現代交通技術，2005：7~10。

[3] 陳瑜。道路粉煤灰高性能混凝土耐磨性試驗研究[J]。公路，2000（11）。

[4] 鄭樹庭。水泥混凝土路面裂縫產生原因及防治措施。內蒙古公路與運輸，2012（130）。