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

(武漢城開房地產開發有限公司,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展的關鍵問題。論文從抗碳化性能、抗鹽凍剝蝕、耐磨性等三個方面研究露石水泥混凝土路面的耐久性。研究結果表明：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大于普通水泥混凝土路面。

關鍵詞：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.

作者簡介：鄒濤(1971)，高級工程師.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，噴灑露石劑對混凝土表面進行化學處理，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硬化，當底層混凝土到達一定強度后，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噪音，具有噪音低、抗滑、耐磨、夏季不炫目、排水能力強等特點，在未來有很大的發展前景[2]。然而混凝土的耐久性是影響混凝土路面發展的關鍵問題，由于耐久性不足的原因，很多混凝土工程在未達到設計壽命時即顯現出病害甚至發生嚴重事故，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境下，能夠抵抗化學侵蝕、大氣侵蝕、磨耗或其他物理作用和化學作用，性能不產生顯著劣化，能夠滿足其使用功能的能力[7]。混凝土的耐久性包括抗碳化、抗凍性、耐化學侵蝕性、堿-集料反應等。

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強度，一般來說，要得到高的粘結強度，所使用的水泥的標號越大。實驗水泥為華新PO.42.5水泥，水泥的主要化學成分及含量見表1，水泥主要性能指標見表2。

表1　硅酸鹽水泥化學成分分析　 w/%

表2　硅酸鹽水泥的技術性質

集料，又稱骨料，在混凝土中細集料和粗集料占其體積的60%~75%，對新拌混凝土、硬化混凝土的性質有重要的影響。實驗粗集料采用碎石，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之一，細集料對露石深度有一定的影響。因此，細集料粒徑不宜超過2 mm。混凝土細集料采用黃砂，表觀密度為2 550 kg/m3，細度模數為2.4，屬于中砂。

混凝土用露石劑為實驗室合成復合型液態露石劑，其本質是一種緩凝劑。實驗使用的其他原材料主要包括武漢港灣新材料公司生產的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計參照《公路水泥混凝土路面施工技術規范》(JTG-F30—2003)，配合比見表3。

表3　混凝土配合配合比

2試驗方法

露石水泥混凝土和普通混凝土的成型方法參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GB/T50082—2009)，成型250 mm×250 mm×50 mm的混凝土板。試驗組混凝土成型振搗抹面后，當表面無明顯水分殘留時開始噴灑露石劑，露石劑的最佳噴灑時間為30~90 min，覆膜養護，對混凝土刷除時間的控制，是露石水泥混凝土施工中的關鍵環節之一。刷除狀態可根據劃痕試驗法和試沖法確定，具體的刷除時間根據當天的溫度和風速而定。

2.1　抗碳化試驗

露石水泥混凝土抗碳化性能按照《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》(GB/T50082—2009)進行。將試驗組和空白組試樣養護至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，測定其3 d、7 d、14 d的碳化深度。

2.2　單面抗鹽凍試驗

混凝土試件在大氣環境中與鹽接觸的條件下，能夠經受凍融循環次數或者表面剝落質量或超聲波動彈性模量來表示混凝土抗凍性能。試驗組和空白組試件成型后，先帶模養護24 h，然后將試件脫模放在20 ℃的水中養護至7 d期齡。對試件進行切割，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為兩部分，每個試件的尺寸應為150 mm×110 mm×70 mm，偏差應為±2 mm。然后將試件放入溫度為20 ℃，相對濕度為60%的單面凍融試驗箱。連續工作時間不少于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量。

3結果與討論

3.1　抗碳化結果分析

混凝土的抗碳化能力主要與混凝土自身的結構、組成、環境條件有關[8]，水泥混凝土路面暴露于大氣中，為碳化創造有利的碳化環境。水泥混凝土碳化的過程伴隨著體積的收縮，受到內部混凝土的制約，將引起開裂，可導致混凝土的抗凍性、抗滲性及力學性能的降低，縮短路面的服役壽命。

由圖2為試驗組與空白組成型面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，粗細集料直接裸露，CO2易從骨料和水泥漿體之間的界面過渡區擴散。同時在刷除過程中可能造成表面破壞，使得CO2快速滲入到混凝土內部，溶解于毛細孔的液相中，與水泥水化產生的Ca(OH)2和C-S-H等水化產物反應，降低堿度，表現為碳化深度的增加。

3.2　單面抗鹽凍試驗結果分析

混凝土的單面抗鹽凍性能，主要借助凍融循環28次后剝落量和動彈性模量損失率來反映抗凍融的性能。單面鹽凍融法中，剝落量對鹽凍融較為敏感，可以以此來評價混凝土抗鹽凍性能的好壞，并且是主要的評價指標。試驗組和空白組的剝落量見表4。

表4　試驗組和空白組的剝落量

組別試驗組空白組28次循環凍融后脫落量/(kg·m-2)0.450.43

由圖3試驗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的凈漿被刷除，會有微裂紋出現，從而加快鹽凍行為。建議露石水泥混凝土適當加入養護劑、引氣劑來提高單面抗鹽凍性能。

4結論

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

a.露石水泥混凝土表層砂漿被刷除，粗細集料直接裸露，CO2易從骨料和水泥漿體之間的界面過渡區擴散。同時在刷除過程中可能造成表面破壞，使得CO2快速滲入到混凝土內部，溶解于毛細孔的液相中，與水泥水化產生的Ca(OH)2和C-S-H等水化產物反應，降低堿度，表現為碳化深度的增加，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的凈漿被刷除，會有微裂紋出現，從而加快鹽凍行為，其抗鹽凍性能比普通混凝土差。

參考文獻

[1]劉奕東.露石混凝土施工工藝控制措施[J].科學之友，2009：3-4.

[2]Caestecker C. Test Section of Noiseless Cement Concrete Pavements[C].International Purdue Conference on Concrete Pavement Design and Materials for High Performance[A].Indianapolis,Indiana,1997.

[3]洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與防護[M].北京：中國鐵道出版社,1998.

[4]馮乃謙.高性能混凝土[M].北京：中國建筑工業出版社.1997.

[5]Mehta P K,Meteiro P J M. Concrete Microstructure, Properties and Materials[M].The McGraw-Hill Companies,2006.

[6]趙鐵軍.混凝土滲透性[M].北京:科學出版社,2006.

[7]水中和，魏小勝，王棟民.現代混凝土科學技術[M]. 北京：科學出版社,2013.

[8]蔣利學，張譽.混凝土碳化深度的計算與試驗研究[J].混凝土，1996(4)：12-17.