综合分析探讨道路混凝土抗折强度的影响因素

水泥混凝土外加剂网 2012-03-30

　　1 　前　言

　　众所周知，混凝土是一种脆性材料，抗折强度远低于抗压强度(约为抗压强度的1/ 6～1/ 10) 。提高以抗折强度为主要技术指标的道路混凝土性能，在水泥混凝土路面广泛应用的今天，具有很重要的意义。

　　本文在阅读有关文献的基础上，结合自己的研究，从原材料、掺合料、外加剂及配合比设计等方面，综合分析探讨了道路混凝土抗折强度的影响因素。

　　2 　原材料

　　组成道路混凝土的原材料，与普通混凝土基本相同，主要有胶凝材料(水泥) 、粗细集料(砂、石) 等。由于道路混凝土的某些特殊性，对普通混凝土性能影响不大的原材料，对道路混凝土却影响显着。因此，对原材料的性能有一定的要求。

　　2. 1 　水泥

　　2. 1. 1 　水泥品种

　　水泥作为混凝土胶凝材料，其质量的好坏在很大程度上决定了混凝土性能的优劣。为提高道路利用率，增强混凝土耐久性，应选用早期强度高、耐磨性强、抗冻性好的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或专用道路水泥，对中等或轻交通路面(设计抗折强度等级4. 5 MPa 以下) ，也可采用矿渣水泥。

　　2. 1. 2 　水泥强度等级

　　水泥强度等级的选用，应从混凝土试配强度、和易性、耐久性及经济性等方面考虑。不宜用低标号水泥配制高强度等级混凝土，否则水泥用量大，混凝土收缩大，耐久性差;也不宜用高标号水泥配制低强度等级混凝土，否则水泥用量少，混凝土和易性和耐久性差，而要增加水泥用量，会造成水泥浪费，成本提高。按照路面交通等级，道路混凝土设计的抗折强度一般在4. 0～5. 5 MPa 之间。根据经验，抗折强度设计等级为4. 0～4. 5 MPa 时，应选用32. 5 级水泥(相当于原国家标准425 # 水泥)；设计等级为5. 0～5. 5 MPa 时，应选用42. 5 级水泥(相当于原国家标准525 # 水泥) 。

　　2. 2 　粗集料

　　2. 2. 1 　粗集料品种

　　与普通混凝土相同，道路混凝土所用粗集料通常为卵石或碎石。卵石混凝土拌合物和易性比碎石好，在相同的水灰比下，单位用水量和水泥用量较少，但抗折强度低。资料表明，碎石混凝土抗折强度要比卵石混凝土高30 %左右。这是因为卵石表面光滑，与胶砂粘结面的粘结力低于表面粗糙的碎石与胶砂的粘结力，形成了混凝土中最为薄弱的抗拉粘结面。从混凝土折断面也可看出，卵石从砂浆中被“干净”地剥离出来，表面几乎没有粘结砂浆。

　　笔者从有关研究结果分析，不宜用卵石配制高抗折强度等级( ≥5. 0 MPa) 的道路混凝土，否则，强度保证率不高。

　　2. 2. 2 　粗集料最大粒径

　　粗集料最大粒径直接影响着混凝土拌合物和易性。粒径增大，拌合物易离析泌水，与砂浆界面的粘结强度下降，抗折强度降低。资料报道，粒径76mm 集料的粘结强度仅是13 mm 集料颗粒粘结强度的1/ 10 。研究表明，在相同的水灰比下，混凝土抗折强度随最大粒径增大而降低，粗集料最大粒径从20 mm 增至63 mm ，混凝土抗折强度下降了30 %左右。减小粗集料最大粒径，有助于提高混凝土抗折强度，但过小的粒径会使比表面积增大，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，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，最大粒径取40 mm 较为理想。

　　2. 2. 3 　粗集料级配

　　粗集料级配对混凝土抗折强度的影响主要体现在两个方面：

　　(1) 良好的级配可使粗集料获得较大的堆积密度，集料空隙少，需要填充空隙的浆体少，在相同的水泥浆量下，使混凝土拌合物获得更好的工作性和更大的密实度，进而提高混凝土抗折强度。

　　(2) 良好的级配能使粗集料通过砂浆的粘结作用，相互之间保持较好的机械咬合状态，有利于提高混凝土抗折强度。研究表明[4 ] ，在相同的水灰比下，单粒级碎石混凝土抗折强度比连续级配碎石混凝土的低。不宜用单粒级粗集料配制道路混凝土，无连续级配粗集料，也可用多种单粒级按适当比例混合使用。

　　2. 3 　细集料

　　细集料对混凝土抗折强度的影响，也是体现在对混凝土工作性影响上。用砂偏粗(如Ⅰ区砂) ，混凝土拌合物缺浆离析，保水性差;用砂偏细(如Ⅲ区砂) ，单位用水量和水泥用量大，拌合物易泌水，混凝土干缩大。选用细集料应同时考虑级配和细度模数两项指标，应采用级配处于Ⅱ区的中砂。实践证明，道路混凝土用砂的细度模数宜在2. 6～2. 8 之间。

　　3 　掺合料

　　3. 1 　粉煤灰

　　粉煤灰是混凝土中最常用的较廉价的掺合料。大量试验证明，掺加优质粉煤灰( Ⅱ级以上) ，可极大地改善混凝土拌合物的和易性，较细的粉煤灰颗粒，能很好地填充到混凝土的细微孔隙中，硬化混凝土更加致密。由于粉煤灰含有大量的活性SiO2 和Al2O3，能与水泥水化产物Ca(OH)2 二次作用，生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，使混凝土后期强度(28d以后) 增长较快。但对道路混凝土而言，因早期强度低，不利于提高道路利用率，且耐磨性下降。可以说，粉煤灰道路混凝土，尤其是大掺量粉煤灰混凝土，仍是人们目前正在研究和开发的领域。

　　3. 2 　钢纤维

　　道路混凝土也可掺加钢纤维。据报道[5] ，在混凝土中掺加大约2 %(体积比) 的钢纤维，可使混凝土抗折强度提高1.5～1.8倍，甚至高达2.5～3.0倍，混凝土韧性提高10 倍以上。但钢纤维混凝土成本高，限制了其推广应用。

　　4 　外加剂

　　为提高混凝土耐久性，常在混凝土中掺外加剂。道路混凝土常用的外加剂有引气剂、减水剂等。文献报道，只要在道路混凝土中正确使用引气剂，引气量适中，混凝土抗折强度不但不降低，还会有所提高，并在含气量4%～4.5%处有峰值存在。相关研究也表明，混凝土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%～5%之间有最大值。这说明，使用引气剂，并不一定带来抗折强度的降低。阮炯正等研制的NJH高效引气减水剂；陈拴发等自配的复合减水剂，都较好地改善了混凝土的抗弯曲性能，提高了混凝土的抗折强度。积极开发研制降低混凝土脆性的道路专用外加剂，是一个大有作为的领域。

　　5 　配合比设计

　　在了解了原材料性能对混凝土抗折强度的影响，并合理选材的基础上，配合比设计的科学与否，是影响混凝土抗折强度的又一大因素。设计配合比，主要是确定好3 个参数，即水灰比、单位用水量和砂率。

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