水泥混凝土路面性能的變異性研究

董 旭

（黃岡師范學院建筑學院，湖北黃岡 438000）

水泥混凝土路面性能的變異性研究

董 旭

（黃岡師范學院建筑學院，湖北黃岡 438000）

由于路用材料的不均勻性及施工管理水平的差異,混凝土路面的各項材料性能參數和結構幾何尺寸等都不是某一確定的單值變量。對于各種不確定因素,傳統的設計方法是通過安全系數來加以考慮的。但安全系數并不能真正反映出結構實際的安全儲備,且其取值主要基于以往的經驗。以可靠性理論為基礎的設計方法,承認和揭示了結構屬性中存在的不確定性,并在結構設計時充分考慮到施工管理水平的影響,使得設計結果更趨科學和合理。但在實際施工中,由于環境或人為的因素,使得施工工藝控制不嚴格,物理離析和時間離析比較嚴重,最終導致混凝土的組成設計參數發生變化,而產生了混凝土組成變異性。

水泥混凝土 路面性能 變異性

水泥是混凝土的主要原料,混凝土的許多性能是與水泥性能相關的,水泥性能也同樣決定了混凝土性能,水泥強度偏差大就會造成混凝土強度偏差大。因此,在原材料的運輸、儲存過程中,應嚴格控制水泥的質量。

1. 貯存時間與溫度對水泥的影響研究

路面混凝土要求彎拉強度高,收縮小,耐磨性、抗滑性和耐久性好。水泥種類和性能對混凝土施工性能、使用性能和耐久性有重要影響。水泥隨著存放時間的延長(在3個月之內),物理性能發生變化:存放初期標準稠度用水量變化不大。當存放時間過一長,標準稠度用水量開始增大。凝結時間延長,而且對終凝時間的影響越來越大。強度逐步下降,早期強度下降快而且下降幅度大。后期強度比早期強度下降稍滯后,下降幅度比早期強度小。在水泥存放時間為30d時,標準稠度用水量減小了0.3%；而水泥存放時間為90d時,標準稠度用水量增大了4.6%。因此,一般要求水泥存放時間不宜大于30d。

研究表明:溫度升高時,水泥與水的反應速率加快,凝結時間會因此而縮短。養護溫度在25-30℃范圍內時,水泥水化放熱速率迅速提高,混凝土中消耗水分的速率會增大,使得混凝土澆搗、抹面變得困難,并且增加了冷接縫的數量。水泥溫度越高,水泥水化反應速度越快,水泥標準稠度用水量會增加。現場施工中,為了補償工作性的損失,通常在混凝土中摻入過量的水,從而增大了水灰比,降低了混凝土的長期使用性能。高溫下水泥的水化速率會明顯加快,造成混凝土的坍落度損失急劇增加,甚至無法施工。水泥溫度過高,如果高于35℃將導致混凝土入模溫度過高。混凝土入模溫度過高會加速混凝土的放熱,提高混凝土內部溫度峰值,加大熱應力,增加開裂風險。水泥溫度過低,水泥水化速度慢,凝結時間延長,影響混凝土的施工。因此,原材料運輸、貯存過程中要保證水泥溫度控制在一定范圍內,一般要求水泥溫度不得高于35。

2. 集料級配的影響研究

集料的級配對混凝土的和易性、力學性能和經濟性能都有著很大的影響,直接影響混凝土的強度及耐久性能。在配合比不變的條件下,級配良好的粗集料能獲得更好的流動性,在保持混凝土拌合物流動性不變的前提下,能節約水泥用量。級配良好的粗集料空隙率小,在相同的水泥漿量下,使混凝土拌合物獲得更大的密實度,并能通過砂漿的粘結作用,相互之間保持較好的機械咬合狀態,有利于提高混凝土的抗折強度。當集料級配不好時,混凝土含有過多而且不易密實的砂漿,造成混凝土內部均勻性差,強度變異性大。

粗集料的級配及砂率變化對路面混凝土抗折強度有顯著影響,并且在粗集料級配為5-30時,抗折強度達到最大值。而粗集料的級配及砂率變化對路面混凝土抗壓強度的影響很小。處于混凝土內部結構薄弱環節的集料與硬化漿體間的界面對混凝土的抗壓強度有顯著影響。大量資料表明,集料平均粒徑越大,其比表面積就越小,則配置的混凝土強度就越低。而集料的平均粒徑越小,比表面積越大,裂縫在外界荷載作用下于界面的擴展耗能將越大。因此,混凝土中集料平均粒徑的減小,將有助于提高抗折強度及混凝土抵抗開裂的能力。集料級配是影響混凝土質量的重要因素之一,應予以重視。良好的集料級配可用較少的水泥漿制得流動性好、泌水少、不離析的混凝土拌合物,硬化后得到均勻密實的混凝土。

3. 集料吸水率和含水率的影響研究

在公路機械化施工中,人們越來越認識到新拌混凝土的含水率對工程質量和工程造價的影響相當大。由于集料的來源、材料的保水性和貯藏管理手段的不同,伴隨著混凝土的拌制,集料中的水分在不斷地變化。

集料含水率的變化,會使配制的水灰比發生變異,對混凝土的質量產生很大影響。水泥水化時需要結合水,理論上結合水占水泥質量的10%一25%。但是為了提高混凝土的流動性,在拌制混凝土時加水約至水泥質量的40%一70%,這樣使得混凝土硬化后,多余水分形成水泡,蒸發后又形成氣孔,使混凝土的密度和強度大大降低。研究表明:潮濕狀態下的集料或砂,含泥量越大,吸水率也越大。碎石場加工用片石中的泥土液塑限一般在50%一80%之間。混凝土混合料中的泥土先要達到液限需要一定的水,砂的含泥量越大,混凝土的標準稠度用水量就要相應的增加。在混凝土進行拌和時,若未能及時準確地調整用水量,水灰比自然就會變大,進而影響硬化混凝土的使用性能及耐久性。由于集料含水率的變動,一般會導致混凝土中含水率變動2%-3%。此時,若不及時調整水泥和水的供給量,每噸混凝土將增減50kg左右的水泥,這將嚴重影響工程造價和混凝土質量。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,從而影響混凝土的性能。集料的吸水率同步影響著集料的含水率,≦

一般規定集料的吸水率3%。

4. 集料含粉量及含泥量的影響研究

含泥量是反映集料生產技術水平的重要指標,對新拌混凝土的工作性亦即硬化后混凝土的力學性能和耐久性都有影響。大量試驗證明,混凝土強度隨著砂、石含泥量的增大而降低。骨料中含有泥塊或石粉能夠引起需水量的增加,降低混凝土的性能或使混凝土更容易被風化,妨礙了水泥的正常水化,阻礙了水泥與骨料膠結的充分發展,因而對混凝土的強度產生不利影響。另外,由于泥的表觀相對密度較小,約為1.6,混凝土混合料經振動提漿后,泥由于密度較小會在水泥混凝土路面表面富集,混凝土早期塑性收縮開裂的機率相應增大。

粗集料在生產、運輸、存放過程中表面所產生和吸附的石粉會降低混凝土抗壓強度。界面理論認為界面是混凝土強度的薄弱環節,粗集料與砂漿的界面對混凝土的性能有著重要影響。

隨著石粉含量從O增大到2%,兩種強度等級混凝土的抗壓強度均略有升高,但碎石中石粉含量對混凝土抗壓強度的影響并不明顯。這是因為石粉的質地堅硬,發揮了微集料和礦物外加劑的作用,填充了混凝土孔隙,提高了混凝土強度,改善了混凝土的內部結構。可見,混凝土的強度因碎石和砂中勃土的存在而顯著降低,對于強度等級高的混凝土影響更為明顯。當碎石中的勃土含量＞1.0%,砂子中豁土含量＞3.5%時,含泥量對C60混凝土抗壓強度的影響增大,而碎石中含粉量對混凝土抗壓強度的影響不大。而且研究表明:集料中的土、泥和石粉含量對抗折強度的負面影響遠大于對抗壓強度的影響,并且使路面塑性收縮開裂的機率和干縮變形量大大增加。某些發達國家從保證質量的角度對水泥混凝土路面的原材料清潔度進行了要求。不僅要求礫石全部清洗干凈,砂料與水泥一樣,不允許露天堆放,在施工現場必須罐裝,不允許有任何污染。

此外，隨著建筑技術的不斷進步,對水泥混凝土的要求也越來越高,而混凝土外加劑在其中起著重要的作用,且已成為混凝土中必不可少的組份。外加劑是在混凝土拌和前或拌和時摻入,摻量不大于水泥質量的5%(特殊情況除外),并能按要求改善混凝土性能的物質。工程中常用的外加劑主要有:減水劑、緩凝劑、引氣劑等。

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1007-6344（2015）12-0331-01