綜合分析探討道路混凝土抗折強(qiáng)度的影響因素

1 　前　言

眾所周知，混凝土是一種脆性材料，抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度(約為抗壓強(qiáng)度的1/ 6～1/ 10) 。提高以抗折強(qiáng)度為主要技術(shù)指標(biāo)的道路混凝土性能，在水泥混凝土路面廣泛應(yīng)用的今天，具有很重要的意義。

本文在閱讀有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的研究，從原材料、摻合料、外加劑及配合比設(shè)計(jì)等方面，綜合分析探討了道路混凝土抗折強(qiáng)度的影響因素。

2 　原材料

組成道路混凝土的原材料，與普通混凝土基本相同，主要有膠凝材料(水泥) 、粗細(xì)集料(砂、石) 等。由于道路混凝土的某些特殊性，對(duì)普通混凝土性能影響不大的原材料，對(duì)道路混凝土卻影響顯著。因此，對(duì)原材料的性能有一定的要求。

2. 1 　水泥

2. 1. 1 　水泥品種

水泥作為混凝土膠凝材料，其質(zhì)量的好壞在很大程度上決定了混凝土性能的優(yōu)劣。為提高道路利用率，增強(qiáng)混凝土耐久性，應(yīng)選用早期強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)、抗凍性好的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或?qū)Ｓ玫缆匪?，?duì)中等或輕交通路面(設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度等級(jí)4. 5 MPa 以下) ，也可采用礦渣水泥。

2. 1. 2 　水泥強(qiáng)度等級(jí)

水泥強(qiáng)度等級(jí)的選用，應(yīng)從混凝土試配強(qiáng)度、和易性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。不宜用低標(biāo)號(hào)水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，否則水泥用量大，混凝土收縮大，耐久性差;也不宜用高標(biāo)號(hào)水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，否則水泥用量少，混凝土和易性和耐久性差，而要增加水泥用量，會(huì)造成水泥浪費(fèi)，成本提高。按照路面交通等級(jí)，道路混凝土設(shè)計(jì)的抗折強(qiáng)度一般在4. 0～5. 5 MPa 之間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為4. 0～4. 5 MPa 時(shí)，應(yīng)選用32. 5 級(jí)水泥(相當(dāng)于原國家標(biāo)準(zhǔn)425 # 水泥)；設(shè)計(jì)等級(jí)為5. 0～5. 5 MPa 時(shí)，應(yīng)選用42. 5 級(jí)水泥(相當(dāng)于原國家標(biāo)準(zhǔn)525 # 水泥) 。

2. 2 　粗集料

2. 2. 1 　粗集料品種

與普通混凝土相同，道路混凝土所用粗集料通常為卵石或碎石。卵石混凝土拌合物和易性比碎石好，在相同的水灰比下，單位用水量和水泥用量較少，但抗折強(qiáng)度低。資料表明，碎石混凝土抗折強(qiáng)度要比卵石混凝土高30 %左右。這是因?yàn)槁咽砻婀饣?，與膠砂粘結(jié)面的粘結(jié)力低于表面粗糙的碎石與膠砂的粘結(jié)力，形成了混凝土中最為薄弱的抗拉粘結(jié)面。從混凝土折斷面也可看出，卵石從砂漿中被“干凈”地剝離出來，表面幾乎沒有粘結(jié)砂漿。

筆者從有關(guān)研究結(jié)果分析，不宜用卵石配制高抗折強(qiáng)度等級(jí)( ≥5. 0 MPa) 的道路混凝土，否則，強(qiáng)度保證率不高。

2. 2. 2 　粗集料最大粒徑

粗集料最大粒徑直接影響著混凝土拌合物和易性。粒徑增大，拌合物易離析泌水，與砂漿界面的粘結(jié)強(qiáng)度下降，抗折強(qiáng)度降低。資料報(bào)道，粒徑76mm 集料的粘結(jié)強(qiáng)度僅是13 mm 集料顆粒粘結(jié)強(qiáng)度的1/ 10 。研究表明，在相同的水灰比下，混凝土抗折強(qiáng)度隨最大粒徑增大而降低，粗集料最大粒徑從20 mm 增至63 mm ，混凝土抗折強(qiáng)度下降了30 %左右。減小粗集料最大粒徑，有助于提高混凝土抗折強(qiáng)度，但過小的粒徑會(huì)使比表面積增大，需要潤(rùn)濕的水量和包裹其表面的水泥漿量增加，不僅不經(jīng)濟(jì)，也會(huì)引起混凝土干縮變大。綜合混凝土質(zhì)量和成本兩方面考慮，最大粒徑取40 mm 較為理想。

2. 2. 3 　粗集料級(jí)配

粗集料級(jí)配對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

(1) 良好的級(jí)配可使粗集料獲得較大的堆積密度，集料空隙少，需要填充空隙的漿體少，在相同的水泥漿量下，使混凝土拌合物獲得更好的工作性和更大的密實(shí)度，進(jìn)而提高混凝土抗折強(qiáng)度。

(2) 良好的級(jí)配能使粗集料通過砂漿的粘結(jié)作用，相互之間保持較好的機(jī)械咬合狀態(tài)，有利于提高混凝土抗折強(qiáng)度。研究表明[4 ] ，在相同的水灰比下，單粒級(jí)碎石混凝土抗折強(qiáng)度比連續(xù)級(jí)配碎石混凝土的低。不宜用單粒級(jí)粗集料配制道路混凝土，無連續(xù)級(jí)配粗集料，也可用多種單粒級(jí)按適當(dāng)比例混合使用。

2. 3 　細(xì)集料

細(xì)集料對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響，也是體現(xiàn)在對(duì)混凝土工作性影響上。用砂偏粗(如Ⅰ區(qū)砂) ，混凝土拌合物缺漿離析，保水性差;用砂偏細(xì)(如Ⅲ區(qū)砂) ，單位用水量和水泥用量大，拌合物易泌水，混凝土干縮大。選用細(xì)集料應(yīng)同時(shí)考慮級(jí)配和細(xì)度模數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)采用級(jí)配處于Ⅱ區(qū)的中砂。實(shí)踐證明，道路混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)宜在2. 6～2. 8 之間。

3 　摻合料

3. 1 　粉煤灰

粉煤灰是混凝土中最常用的較廉價(jià)的摻合料。大量試驗(yàn)證明，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰( Ⅱ級(jí)以上) ，可極大地改善混凝土拌合物的和易性，較細(xì)的粉煤灰顆粒，能很好地填充到混凝土的細(xì)微孔隙中，硬化混凝土更加致密。由于粉煤灰含有大量的活性SiO2 和Al2O3，能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2 二次作用，生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，使混凝土后期強(qiáng)度(28d以后) 增長(zhǎng)較快。但對(duì)道路混凝土而言，因早期強(qiáng)度低，不利于提高道路利用率，且耐磨性下降。可以說，粉煤灰道路混凝土，尤其是大摻量粉煤灰混凝土，仍是人們目前正在研究和開發(fā)的領(lǐng)域。

3. 2 　鋼纖維

道路混凝土也可摻加鋼纖維。據(jù)報(bào)道[5] ，在混凝土中摻加大約2 %(體積比) 的鋼纖維，可使混凝土抗折強(qiáng)度提高1.5～1.8倍，甚至高達(dá)2.5～3.0倍，混凝土韌性提高10 倍以上。但鋼纖維混凝土成本高，限制了其推廣應(yīng)用。

4 　外加劑

為提高混凝土耐久性，常在混凝土中摻外加劑。道路混凝土常用的外加劑有引氣劑、減水劑等。文獻(xiàn)報(bào)道，只要在道路混凝土中正確使用引氣劑，引氣量適中，混凝土抗折強(qiáng)度不但不降低，還會(huì)有所提高，并在含氣量4%～4.5%處有峰值存在。相關(guān)研究也表明，混凝土抗折強(qiáng)度隨含氣量的增加，呈先增后減的變化趨勢(shì)，在含氣量4%～5%之間有最大值。這說明，使用引氣劑，并不一定帶來抗折強(qiáng)度的降低。阮炯正等研制的NJH高效引氣減水劑；陳拴發(fā)等自配的復(fù)合減水劑，都較好地改善了混凝土的抗彎曲性能，提高了混凝土的抗折強(qiáng)度。積極開發(fā)研制降低混凝土脆性的道路專用外加劑，是一個(gè)大有作為的領(lǐng)域。

5 　配合比設(shè)計(jì)

在了解了原材料性能對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響，并合理選材的基礎(chǔ)上，配合比設(shè)計(jì)的科學(xué)與否，是影響混凝土抗折強(qiáng)度的又一大因素。設(shè)計(jì)配合比，主要是確定好3 個(gè)參數(shù)，即水灰比、單位用水量和砂率。