摘要：寒泠地區(qū)水泥混凝土路面不僅受到磨蝕破壞而且還受到凍融剝蝕破壞，因此水泥混凝土路面耐久性不僅要保證耐磨性還要保證抗凍性。通過(guò)研究混凝土凍融—磨耗破壞機(jī)理得知，為了提高路面混凝土的抗凍耐磨性能，應(yīng)提高混凝土的密實(shí)度、抗拉強(qiáng)度和韌性，以防止和抑制表面酥皮及裂隙的產(chǎn)生與發(fā)展。在一般高性能混凝土配比基礎(chǔ)上，添加纖維與原高性能混凝土中粉煤灰組成復(fù)合摻合料，通過(guò)改善混凝土微觀組織結(jié)構(gòu)和利用纖維特性提高混凝土上述相關(guān)性能。
關(guān)鍵詞：水泥混凝土路面、耐久性、凍融—磨蝕、纖維
1前言
近幾十年，混凝土結(jié)構(gòu)物因材質(zhì)劣化導(dǎo)致過(guò)早失效乃至破壞崩塌的事故在國(guó)內(nèi)外屢見不鮮。在日本沿岸，許多港灣橋梁等建筑物建成后不到10年的時(shí)間，混凝土表面即出現(xiàn)開裂、剝落、銹蝕鋼筋外露。美國(guó)國(guó)家材料顧問(wèn)委員會(huì)1987年提交的報(bào)告指出，約有近26萬(wàn)座混凝土橋面板出現(xiàn)不同程度的破壞(其中部分只使用不到20年)，而且每年還將增加3萬(wàn)多座。同年Litvan和Bickley發(fā)表的對(duì)加拿大停車場(chǎng)的檢驗(yàn)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)大量停車場(chǎng)在遠(yuǎn)比預(yù)計(jì)服務(wù)壽命要早得多就出現(xiàn)破壞。我國(guó)情況也亦如此。目前各國(guó)家用于混凝土工程維修的費(fèi)用大約是混凝土生產(chǎn)現(xiàn)值的50倍左右。因此重視混凝土工程耐久性滿足結(jié)構(gòu)物的使用性能變的越來(lái)越迫切。
路面結(jié)構(gòu)以薄板為主，同時(shí)承受動(dòng)載作用，因此對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能要求多。加上地區(qū)氣候的影響，寒冷地區(qū)水泥混凝土路面主要耐久性指標(biāo)是抗凍性與耐磨性。通過(guò)對(duì)水泥混凝土路面抗凍性和耐磨性的研究，證明提高混凝土密實(shí)度、抗拉和韌性可提高混凝土抗凍耐磨性。纖維和粉煤灰是混凝土常用的兩種摻合料，可分別顯著改善混凝土的抗拉、抗裂、韌性和密實(shí)度。運(yùn)用雙摻法優(yōu)化兩種材料摻量制成復(fù)合摻合料以增強(qiáng)混凝土抗凍耐磨性。
2原材料與試驗(yàn)方法
2.1原材料
2.1.1 石料
選用微孔玄武巖碎石，兩種2-3cm、1-2cm規(guī)格，大、小石料比例為6:4。
2.1.2 砂
選用砂的主要性能數(shù)據(jù)見表1。
2.1.3 水泥
水泥為哈爾濱水泥廠生產(chǎn)的天鵝牌32.5級(jí)和42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。
2.1.4 摻合料
選用哈爾濱第三電廠生產(chǎn)的優(yōu)Ⅰ級(jí)灰作為摻合料。具體性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
2.1.5 外加劑
高效減水劑是天津雍陽(yáng)減水劑廠生產(chǎn)的UNF-5，其主要成分為β－萘磺酸甲醛縮合物。 引氣劑是上海生產(chǎn)的粉劑SJ-2。
2.1.6纖維
采用有機(jī)聚丙烯晴和無(wú)機(jī)長(zhǎng)、短巖棉三種纖維，性能見表3。
2.1.7混凝土配合比
混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,坍落度7-9cm,含氣量控制為5%。配比見表4。
2.2試驗(yàn)方法
為考察和分析纖維對(duì)混凝土抗凍害及耐磨蝕性能的影響，采用纖維混凝土抗壓、抗拉、沖擊韌性及凍—磨聯(lián)合試驗(yàn)。凍—磨聯(lián)合試驗(yàn)是在飽和狀態(tài)下先進(jìn)行水下沖磨﹝DL/T 5150-2001﹞12小時(shí)然后進(jìn)行快速凍融試驗(yàn)50次，以此循環(huán)進(jìn)行，試驗(yàn)以凍融循環(huán)200次為準(zhǔn)，考察衡量各試件的重量損失百分率。凍—磨試件尺寸為Φ 30×10cm。磨耗試驗(yàn)裝置見圖1和圖2。快速凍融采用瀝青混合料凍融箱。
3試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1試驗(yàn)結(jié)果
纖維混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、凍—磨試驗(yàn)結(jié)果分別見表5、表6、表7、表8。
3.2數(shù)據(jù)分析
3.2.1通過(guò)對(duì)纖維混凝土力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果和凍—磨作聯(lián)合作用試驗(yàn)結(jié)果的研究分析，可以看出，無(wú)論纖維品種和長(zhǎng)短，添加纖維均可以改善和提高混凝土的抗凍耐磨性能、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性。
3.2.2上述試驗(yàn)結(jié)果表明,有機(jī)纖維在提高混凝土抗拉強(qiáng)度，沖擊韌性和凍—磨聯(lián)合作用方面最顯著，其次是無(wú)機(jī)短纖維和無(wú)機(jī)長(zhǎng)纖維最次。無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)效果不比有機(jī)纖維，主要是無(wú)機(jī)纖維彈性模量低[1]；無(wú)機(jī)長(zhǎng)纖維不如短纖維增強(qiáng)效果，只要是長(zhǎng)纖維在纖維軸向具有較高的剛度和強(qiáng)度而在橫向強(qiáng)度較弱，導(dǎo)致各向不同性，且長(zhǎng)纖維在水泥石中分散性也不理想，無(wú)機(jī)短纖維在基體中三維分布基本上是各向同性的［2］，固在提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和韌性時(shí)比較顯著。
3.2.3從劈裂試驗(yàn)試件破壞斷面看，纖維多數(shù)為拉斷，少量為拔出，表明纖維與混凝土間的粘結(jié)性良好(見圖3), 纖維在混凝土裂縫中起橋聯(lián)作用[3](見圖4),這樣當(dāng)荷載作用時(shí),纖維增加了混凝土對(duì)能量的吸收，抑制了裂縫的發(fā)展，改善了混凝土斷裂行為，增加了混凝土的變形能力和韌性。當(dāng)凍融與磨蝕聯(lián)合作用時(shí)，無(wú)論是先磨還是先凍，只要是破壞了混凝土表面的水泥石組織，造成“起砂”、“酥皮”，兩種作用就會(huì)互為促進(jìn)，加劇混凝土的劣化。沖磨破壞似機(jī)械手把凍融破壞形成的薄弱連接部分清走，露出新鮮表面使破壞逐漸向混凝土內(nèi)部發(fā)展，最終導(dǎo)致混凝土破壞。摻加纖維后，混凝土表面抗拉強(qiáng)度、韌性提高抑制了“起砂”、“酥皮”的產(chǎn)生和發(fā)展，因此提高了混凝土抗凍及耐磨性。
4結(jié)論
4.1利用纖維改善混凝土抗凍耐磨性能時(shí)，應(yīng)注意選擇纖維的品種、摻量及長(zhǎng)度等指標(biāo)。尤其纖維長(zhǎng)度和骨料最大粒徑要匹配，這樣可顯著提高混凝土的韌性，降低荷載作用時(shí)的變形，增大能量的吸收，提高混凝土抗裂性、抗沖擊性，從而提高混凝土抗凍、耐磨性能。
4.2從試驗(yàn)中選用的纖維來(lái)看，有機(jī)纖維（聚丙烯腈）對(duì)于阻止混凝土裂縫擴(kuò)展、改善混凝土裂后行為等效果優(yōu)于無(wú)機(jī)纖維，加之其耐光性好、抗腐蝕性好、價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，它是混凝土理想的阻裂、增韌材料，可用于道路和橋梁結(jié)構(gòu)，用于提高混凝土的抗裂性和韌性；亦可用于水工混凝土的易沖刷部位，提高混凝土的抗沖刷耐久性。
4.3摻加纖維混凝土增加成本分析,表5。
參考文獻(xiàn)：
?。?］鄧宗才.高性能合成纖維混凝土.科學(xué)出版社.2003.
［2］肖桂彰,主編. 道路復(fù)合材料 人民交通出版社,1999.
?。?］易成，謝和平，孫華飛. 鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能與工程應(yīng)用. 科學(xué)出版社. 2003
[作者簡(jiǎn)介] 呂麗華（1963—），女，副教授。
[單位地址] 黑龍江省哈爾濱市和興路26號(hào)（150040）
[聯(lián)系電話] 0451—82191377
[基金項(xiàng)目] 交通部西部建設(shè)項(xiàng)目（NO.200331882008）和黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目（NO.GZ04A612）
