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公路水泥混凝土路面抗折强度影响因素的探讨牛和强

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第5期作者：牛和强

[导读] 摘要：混凝土路面又称刚性路面，它是以水泥混凝土板作为面层，下设基层、垫层所组成的路面结构，要求它应具有足有的强度、耐久性、耐磨性及抗滑性。

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        摘要：混凝土路面又称刚性路面，它是以水泥混凝土板作为面层，下设基层、垫层所组成的路面结构，要求它应具有足有的强度、耐久性、耐磨性及抗滑性。路面混凝土施工控制的主要指标为混凝土抗折强度，相关资料表明，混凝土抗弯拉强度远低于混凝土抗压强度，约为混凝土抗压强度的 1/ 6 ～ 1/ 10，其大小是否满足设计要求，将直接影响水泥混凝土路面的使用寿命。为保证路面水泥混凝土强度满足设计要求，本人从原材料、配合比组成设计及施工方面，分析探讨路面混凝土抗折强度的影响因素。
        关键词：混凝土抗折强度；影响因素；探讨
        1 原材料对路面混凝土抗折强度的影响
        1.1 水泥品种及其强度等级
        水泥作为水泥混凝土路面的胶凝材料，其质量好坏将直接影响混凝土的各种性能。为提高路面混凝土抗折强度，增强混凝土耐久性，对特重、重交通路面优先采用旋窑道路硅酸盐水泥，或旋窑硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，中、轻交通的路面可采用矿渣硅酸盐水泥。选用水泥强度等级，首先考虑的是水泥的抗折强度能否满足要求，其次考虑是混凝土的耐久性、经济性和混凝土的施工性能。
        1.2 粗细集料
        1.2.1 粗集料
        路面混凝土所用粗集料应质地坚硬、耐久、洁净的碎石、卵石或碎卵石。相关资料表明，碎石混凝土抗折强度要比卵石混凝土高 30% 左右。从路面混凝土抗弯拉试验在折断面可看出，卵石从砂浆中剥离出来，表面几乎没有粘结砂浆。对于配制抗折强度等级大于或等于 5.0 MPa 的道路混凝土，不宜选用卵石。在相同水胶比条件下，采用大粒径粗集料，抗压强度降低，抗折强度也随之降低。减小粗集料最大粒径，能较好地提高混凝土抗折强度，但太小的粒径，不仅不经济，也会引起混凝土干缩变大。综合混凝土质量和成本两方面考虑，最大公称粒径不宜超过 31.5 mm。
        1.2.2 细集料
        细集料品质好坏直接影响混凝土拌合物的性能，进而影响混凝土的强度及耐久性。粗砂拌制混凝土和易性差，拌合物易离析，泌水多，空隙大，易耗水泥；细砂拌制混凝土则单位用水及水泥用量增加，混凝土干缩大，易开裂；细度模数在 2.4~2.8 间拌制的混凝土用水量减小，水泥用量降低，混凝土和易性良好，混凝土均匀性、密实性较佳，强度及耐久性也有较大提高。
        1.3 聚丙烯纤维
        路面混凝土中，聚丙烯纤维掺量为 1kg/m3 ，尽管掺量不大，但对路面混凝土耐久性能有较大提高。由于混凝土的脆性及自收缩等原因造成内部存在不同尺度的微裂纹，在混凝土结构形成过程中，聚丙烯纤维掺入阻止了这些裂缝的引发，从而减少了裂缝源的数量，并使裂缝尺寸变小，降低了裂缝尖端的应力强度因子，缓和了裂缝尖端受力集中程度，在受力过程中，又抑制了裂缝的引发与扩展。
        1.4 混凝土抗折剂
        混凝土抗折剂是针对有抗弯拉（抗折）强度要求的混凝土而研制和生产的新型外加剂，采用提高折压比组分（络合物）、减水组分、保水组分、早强或缓凝组分等多种材料复合研制而成，主要应用于混凝土结构或构件。在路面混凝土中，混凝土抗折剂的掺入，能大幅提高路面混凝土抗折强度，通过室内试验得出掺混凝土抗折剂的混凝土抗折强度比不掺混凝土抗折剂强度提高约23%。由于混凝土抗折剂能与水泥和混凝土共同作用，生成许多纤维状结晶体（普通水泥混凝土生成物多为六方晶体板状物），在微观上改善混凝土的内部结构，提高水泥石与集料界面的粘结强度，从而提高水泥混凝土的抗弯拉强度，改善混凝土的脆性，提高混凝土的韧性。
        2 混凝土配合比设计对路面混凝土抗折强度的影响
        2.1 水胶比（W/B）
        水胶比是路面混凝土配合比设计的一个关键参数，直接影响路面混凝土的强度。W/B 太小，混凝土和易性较差，振捣困难，且混凝土易于架空；W/B 太大，混凝土流动性较好，施工方便，但难于保证混凝土的抗折强度。通过室内试验表明，水胶比由0.40增大至 0.55 ，混凝土抗折强度下降了近 20%。

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因此对于设计抗折强度为 5.0MPa 的路面混凝土，最大水泥用量不宜大于400kg/m3 ，最大水胶比不大于 0.42。
        2.2 单位用水量
        路面混凝土单位用水量受原材料品质及混凝土工作性能因素的影响较大，在消除了原材料的因素和满足施工性能的情况下，尽量减少单位用水量。一是可以节约水泥使用量；再者，可以降低混凝土泌水离析因素，提高混凝土均质性，有利于混凝土耐久性和强度的提升。
        2.3 砂率
        砂率是指细集料占粗、细集料总量的百分比。砂率太大，砂子用量增大，粗集料用量相对较小，难以形成混凝土骨架；再者，砂子用量增大，其比表面积增大导致包裹砂子的水泥浆量不足，使得混凝土黏聚力下降，混凝土施工性能较差，降低了路面混凝土的抗折强度；砂率太小，细集料较少，粗集料增多，尽管形成了骨架，但粗集料间的空隙因砂率较小得不到浆体的有效填充，内部空隙较多，难以使混凝土密实，故降低混凝土抗折强度。因此，砂率选用应适当。
        3 施工过程对隧道路面混凝土抗折强度的影响
        3.1 路面混凝土拌合因素
        路面混凝土拌合物的质量的波动，将直接影响路面混凝土抗折强度的波动。混凝土拌合物质量除与原材料质量有直接关系外，还与混凝土拌合工艺有密切关系，如称量系统的误差，拌合物的下料顺序、拌合时间、温度等均影响路面混凝土的抗折强度。
        3.2 路面混凝土施工因素
        3.2.1 路面混凝土的摊铺
        路面摊铺如采用自卸车卸料，人工摊铺方法进行布料，易出现混凝土离析现象，同时，人工难于铺平，这些都不可避免引起混凝土粗集料集中导致混凝土架空而影响路面混凝土的抗折强度。
        3.2.2 施工设备
        施工机械方面的影响因素很多 , 常见的有 : 装载机装料难以保证原材料级配的稳定性；运输时自卸汽车挡板关闭不严密造成漏浆；滑模摊铺机摊铺速度或振捣频率不均等。另外，运输车辆、滑模摊铺机以及其它的机械设备配套不合理也必然影响混凝土的弯拉强度。
        3.2.3 路面混凝土的养生
        混凝土的养生主要保证其湿度、温度满足要求。实践表明，混凝土养生是否充分，将影响其强度的增长，因此，必须重视路面砼的养生。为保证路面混凝土的湿度，一般采用路面上铺湿砂或者遮盖湿麻袋进行养生，最低不少于 7 天，以后可以每天适当洒水，这样可以保持隧道路面混凝土强度正常的持续增长。
        3.3 施工配合比
        普通水泥混凝土路面的配合比设计应满足弯拉强度、工作性和耐久性的要求。实际施工配合比应根据施工时的实际情况对设计配合比进行及时调整。如骨料含水量变化时须对用水量进行调整 , 否则将改变混凝土的水灰比 , 从而影响混凝土混合料的强度、和易性和混凝土耐久性。另外 , 集料含水率不是固定不变的 , 这将导致粗细骨料用量变化引起级配的变化 , 都将影响混凝土施工配合比 , 从而影响混凝土的弯拉强度。
        4 结束语
        尽管影响路面混凝土的抗折强度因素很多，但在施工过程中我们不断地加强原材料进场质量控制，加强施工过程的工艺控制，精心组织，科学管理，消除影响路面混凝土强度不利因素，做到经济合理，确保路面混凝土抗折强度满足要求，提高整个路面混凝土工程质量。
        参考文献
        [1]重庆建筑工程学院•混凝土学[M]。北京：中国建筑工业出版社，1981.
        [2]公路水泥混凝土路面设计规范（JTGD40-2002）人民交通出版社.
        [3]公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTGF30-2003）人民交通出版社.
        [4]普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）中国建筑工程出版社.