影响水泥混凝土路面抗折强度因素的分析

影响水泥混凝土路面抗折强度因素的分析1原材料影响因素1.1水泥水泥作为混凝土主要的胶凝材料，其质量的好坏在很大程度上决定了混凝土质量的优劣，尤其在路面混凝土中不仅要求有符合规范要求的抗压抗折强度，另外对水泥硬化后的抗疲劳、抗冲击和耐磨性的要求也相对较高。在水泥熟料中，在保证足够C3S含量满足强度要求、熔剂矿物含量为19%～20%时，适当提高C4AF和C2S含量对提高混凝土的抗疲劳、抗冲击和耐磨性能是有益的。除此之外，水泥的选择还包括品种和强度等级，依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30）要求：特重、重交通路面宜采用旋窑道路硅酸盐水泥，也可采用旋窑硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；中、轻交通的路面可采用矿渣硅酸盐水泥；低温天气施工或有快通要求的路段可采用R型水泥，此外宜采用普通型水泥。需要注意的是：不宜采用低标号水泥配制高强度混凝土，这样会因水泥用量大造成混凝土收缩过大，混凝土耐久性得不到保证；另外不宜采用高标号水泥配制低强度混凝土，这样会因水泥用量偏少造成混凝土和易性无法保证，而如果增加水泥用量则会造成成本的大幅提高。本试验中所用水泥均为豪福P·O42.5级水泥。1.2粗集料1.2.1粗集料品种水泥路面混凝土中粗集料的品种主要为碎石和卵石。资料表明，在其他材料和配合比一致的情况下碎石混凝土的抗折强度要高于卵石混凝土的抗折强度30%左右，这是因为碎石表面的粗糙程度远高于卵石，其界面与水泥砂浆的黏结能力更强，而卵石因为表面光滑从而使得其与水泥砂浆黏结力降低，一般情况下卵石混凝土的断裂面都能看到卵石完整的光滑界面。1.2.2粗集料的级配和最大粒径粗集料作为混凝土的骨架材料，其级配的优劣和最大粒径都会影响到混凝土的抗折强度。良好的级配和粒型可使混凝土形成具有较大嵌锁力的密实骨架结构，有助于提高混凝土的抗折强度。粗集料粒径越大，其总的比表面积越小，界面的黏结强度低，混凝土容易在界面处断裂，另外集料内部缺陷存在的几率也较大；粗集料粒径太小，总的比表面积过大，造成混凝土孔隙率增大，需要润湿的水量和包裹其表面的水泥浆量增加，不仅不经济，还会引起混凝土干缩变大，因此水泥路面混凝土所用碎石最大粒径宜不超过31.5mm。1.2.3粗集料的针片状含量粗集料针片状含量大的混凝土，其集料在受振沉降过程中容易形成定向水平排列，集料下部易形成泌水或孔隙，大大降低混凝土抗折强度。路面混凝土所用粗集料针片状含量宜。1.3细集料1.3.1细集料种类细集料主要有天然河砂和机制砂，利用机制砂配制的路面混凝土，在级配良好的情况下因机制砂的外观尖锐，其与水泥浆体的胶结面积要大于河砂，并且粗糙的表面特征使黏结力与机械咬合作用增强，有利于保证混凝土的抗折强度，但要控制机制砂的压碎值，压碎值偏大同样会降低混凝土抗折强度。1.3.2细集料级配和细度模数细集料的级配和细度模数对路面混凝土的抗折强度也有较大影响，随着砂细度模数增大，集料间的嵌锁力会随之增强，从而提高混凝土抗折强度，当细度过大的时候容易造成混凝土和易性变差，容易出现离析泌水；当细度越来越小的时候，混凝土会因集料单位比表面积增大造成单位用水量和水泥用量的提高，从而易引起混凝土的干缩过大，对混凝土抗折强度的保证十分不利。研究发现，随着砂细度模数增加，抗折强度均略有增大，在对细集料选用时应同时考虑其级配和细度模数，级配宜选取Ⅱ区中砂，细度模数宜控制在2.6～3.0。1.4外加剂目前市场上混凝土外加剂种类繁多，主要包括减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等常见的种类。外加剂的选择必须满足混凝土设计强度、工作性、耐久性以及经济性等性能要求。相关实验指出，在路面混凝土中掺用引气剂除了可以提高其工作性和平整度外，在一定程度上还可以提高其抗折强度，其抗折强度随含气量的增加，呈先增后减的变化趋势，在含气量4.0%～5.0%之间有最大值，如图1所示。本实验所用外加剂为缓凝高效减水剂。2配合比原材料的选取对路面混凝土抗折强度有着莫大的影响，但是配合比的设计除了兼顾经济性的同时还应满足混凝土的抗折强度、工作性和耐久性，因此能否科学合理的对路面混凝土配合比进行设计也是影响路面混凝土抗折强度的重要因素。2.1单位用水量在水胶比一定的情况下，单位用水量的大小直接影响着混凝土的工作性能，并且对混凝土的强度、耐久性、耐磨性也有影响，如图2所示。水泥路面混凝土由于塌落度要求较为严格，通常为干硬性混凝土。单位用水量过大，水泥用量则相对也要增加，塌落度也随之增大，拌合物容易泌水，一部分自由水容易在混凝土内部形成水囊，在混凝土硬化后成为孔隙，这些孔隙和贯穿的泌水通道不仅降低混凝土的抗折强度，还会影响混凝土的抗冻性能。单位用水量太小，混凝土整体的水泥浆量也会偏少，易造成塌落度过小，不仅影响集料之间的胶结还会影响混凝土的强度、耐久性、耐磨性等。依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定：滑模摊铺机、轨道摊铺机、三辊轴机组等摊铺的路面混凝土最大单位用水量宜控制在140～160kg之间。2.2水胶比水胶比作为混凝土配合比主要因素之一，在很大程度上决定了混凝土的强度。随着水胶比的增大，混凝土的抗折强度呈现逐渐下降趋势，如图3所示。为了保证混凝土抗折强度尽可能降低配合比水胶比，但是水胶比过小又会造成混凝土塌落度小、和易性差，增加施工难度，甚至影响混凝土密实度和抗折强度，同时过小的水胶比会使得水泥用量提高，混凝土易产生收缩裂缝和温度裂缝，同样影响混凝土抗折强度。依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》要求，最大单位水泥用量不宜大于400kg。2.3砂率混凝土配合比的砂率对其工作性能有较大影响，混凝土抗折强度会随着砂率的增大而出现先增后减的趋势，如图4所示。砂率大小对混凝土抗折强度的曲线影响主要有两点：①过小的砂率