水泥砼路面抗鹽凍性能研究*

郭敬業, 賈海洋

(1.河南省機西高速公路建設有限公司， 河南 鄭州 450000；2.河南中原高速公路股份有限公司， 河南 鄭州 450000)

水泥砼路面在長期凍融循環作用下會出現露骨、坑槽等現象，不僅影響其使用性能，也會弱化道路美觀。特別是雨雪天氣，為保障行車安全，需撒布融雪劑，而融雪劑的主要成分是鈉鹽，會加速砼路面的凍融破壞。國內外針對水泥砼路面抗鹽凍性能作了很多研究，從結構類型及原材料組合方面進行了很多改進，也取得了大量成果，但砼抗鹽凍問題仍未解決。該文在水泥砼路面礦料級配設計的基礎上，在鹽凍環境下對水泥砼進行凍融循環及彎拉強度試驗研究，測定不同凍融循環作用次數下水灰比、引氣劑、粉煤灰和鋼纖維對砼質量損失、相對動彈模量及彎拉強度的影響，通過優化原材料構成，改善水泥砼路面的抗鹽凍性能，增加砼結構的使用年限。

1 原材料及配合比設計

1.1 水泥

采用C52.5 普通硅酸鹽水泥，技術指標見表1。

表1 水泥的主要技術指標要求

1.2 集料

細集料選用天然河砂，粗集料為石灰巖，粗、細集料的相關技術指標見表2，均滿足規范要求。

表2 粗、細集料的主要技術指標

1.3 引氣劑、粉煤灰及鋼纖維

選用SJ 系列引氣劑，其主要性能指標見表3，能較好地改善砼的彎拉強度。粉煤灰能代替部分水泥，達到減少工程成本及改善砼和易性的效果，試驗所用粉煤灰的主要技術指標見表4。試驗所用鋼纖維的抗拉強度不小于800 MPa，長度45 mm，直徑0.75 mm。

1.4 配合比設計

基準砼、低水灰比砼、無引氣劑砼、粉煤灰砼及鋼纖維砼的設計配合比見表5。

2 抗鹽凍性能試驗分析

影響砼抗鹽凍能力的因素很多，包括原材料、施工環境、工藝及養護質量等。進行凍融循環試驗和彎拉強度試驗，NaCl鹽溶液濃度為3%，測定不同凍融循環次數下砼的相對動彈性模量、質量損失及彎拉強度。砼標準試件尺寸為150 mm×150 mm×550 mm。試驗前將養生 24 d的標準試件放入濃度為 3%的 NaCl溶液中浸泡 4 d，液體高出試件頂面3 cm 左右，檢測其初始相對動彈性模量、質量及彎拉強度。試驗時試件凍 2 h、融 2 h為一次凍融循環，凍結溫度為-18 ℃，融冰溫度為 15 ℃左右，每25次凍融循環測定一次相對動彈性模量及質量損失，每100次測定一次彎拉強度。

表5 5種砼的設計配合比

2.1 水灰比的影響

對基準砼、低水灰比砼分別開展鹽凍環境下凍融循環試驗及彎拉試驗，檢測相對動彈性模量、質量損失及彎拉強度與凍融循環次數的關系，試驗結果見圖1～3。

圖1 水灰比對砼相對動彈性模量的影響

由圖1可知：低水灰比砼能減緩凍融循環作用下相對動彈性模量的下降，100和200 次凍融循環作用下相對動彈性模量比基質砼分別提高9.27%、12.12%。

圖2 水灰比對砼質量損失的影響

圖3 水灰比對砼彎拉強度的影響

由圖2可知：低水灰比砼能降低凍融循環作用下質量損失，100 和200 次凍融循環作用下質量損失比基質砼分別降低7.69%、10.71%。

由圖3可知：低水灰比能改善砼的彎拉強度，0、100和200 次凍融循環作用下彎拉強度比基質砼分別提高7.81%、6.90%、17.02%。

綜上，低水灰比不僅能改善砼的彎拉強度，還能增強砼的抗鹽凍能力。

2.2 引氣劑的影響

對基準砼及未摻引氣劑的砼分別開展鹽凍環境下凍融循環試驗及彎拉試驗，檢測相對動彈性模量、質量損失及彎拉強度與凍融循環次數的關系，試驗結果見圖4～6。

圖4 引氣劑對砼相對動彈性模量的影響

圖5 引氣劑對砼質量損失的影響

圖6 引氣劑對砼彎拉強度的影響

由圖4可知：未摻引氣劑時，凍融循環作用下砼的相對動彈性模量降幅較大，100和200 次凍融循環作用下的相對動彈性模量比基質砼分別降低10.56%、30.09%。

由圖5可知：未摻引氣劑砼的質量損失顯著變大，100和200 次凍融循環作用下質量損失比基質砼分別增大53.85%、64.29%。

由圖6可知：未摻引氣劑砼的彎拉強度顯著降低，0、100和200 次凍融循環作用下彎拉強度比基質砼分別降低4.69%、10.34%、21.28%。

綜上，引氣劑的摻入不僅能改善砼的彎拉強度，而且抗鹽凍能力得到增強。

2.3 粉煤灰的影響

對基準砼及摻粉煤灰的砼分別開展鹽凍環境下凍融循環試驗及彎拉試驗，檢測相對動彈性模量、質量損失及彎拉強度與凍融循環次數的關系，試驗結果見圖7～9。

圖7 粉煤灰對砼相對動彈性模量的影響

圖8 粉煤灰對砼質量損失的影響

圖9 粉煤灰對砼彎拉強度的影響

由圖7可知：粉煤灰的摻入能減緩凍融循環作用下砼相對動彈性模量的降低，100和200 次凍融循環作用下相對動彈性模量比基質砼分別提高9.39%、5.99%。

由圖8可知：粉煤灰的摻入能降低凍融循環作用下砼質量損失，100和200 次凍融循環作用下質量損失比基質砼分別降低2.31%、25.00%。

由圖9可知：粉煤灰的摻入能降低砼的彎拉強度，0、100和200 次凍融循環作用下彎拉強度比基質砼分別降低10.94%、8.62%、2.13%。

可見，粉煤灰的摻入雖然降低了砼的彎拉強度，但顯著改善了砼的抗鹽凍能力。

2.4 鋼纖維的影響

對基準砼及摻鋼纖維砼分別開展鹽凍環境下凍融循環試驗及彎拉試驗，檢測相對動彈性模量、質量損失及彎拉強度與凍融循環次數的關系，試驗結果見圖10～12。

圖10 鋼纖維對砼相對動彈性模量的影響

圖11 鋼纖維對砼質量損失的影響

圖12 鋼纖維對砼彎拉強度的影響

由圖10可知：凍融循環次數小于100次時，鋼纖維的摻入能減緩砼相對動彈性模量降低的速度；凍融循環次數大于100次時，鋼纖維的摻入可顯著加快砼相對動彈性模量降低的速度；100和 200 次凍融循環作用下摻鋼纖維砼的相對動彈性模量比基質砼分別提高4.11%、降低11.19%。

由圖11可知：鋼纖維的摻入能降低凍融循環作用下砼的質量損失，100和200 次凍融循環作用下質量損失比基質砼分別降低6.15%、28.57%。

由圖12可知：鋼纖維的摻入能改善砼的彎拉強度，0、100和200 次凍融循環作用下彎拉強度比基質砼分別增大14.52%、20.00%、29.55%。

可見，鋼纖維的摻入對砼短期抗鹽凍能力不利，但對長期抗鹽凍能力有利，摻入鋼纖維能改善砼的彎拉強度和抗鹽凍能力。

3 結論

通過鹽凍環境下凍融循環及彎拉強度試驗，分析基質砼、低灰比砼、無引氣劑砼、粉煤灰砼及鋼纖維砼的彎拉強度及抗鹽凍能力，得到以下結論：

(1) 低水灰比砼能減緩凍融循環作用下相對動彈性模量及質量損失的降低，改善砼的彎拉強度和抗鹽凍能力。

(2) 引氣劑的摻入能增強凍融循環作用下砼的相對動彈性模量，降低質量損失，改善砼的彎拉強度和抗鹽凍能力。

(3) 粉煤灰的摻入能減緩凍融循環作用下砼的相對動彈性模量及質量損失的降低，雖然彎拉強度有所降低，但能顯著改善砼的抗鹽凍能力。

(4) 鋼纖維的摻入對砼短期抗鹽凍能力不利，但對長期抗鹽凍能力有利，鋼纖維的摻入能改善砼的彎拉強度和抗鹽凍能力。