摘 要:通過分析道路混凝土磨損機理和過程，認為混凝土中砂漿的耐磨性以及砂漿與粗集料的界面粘結(jié)力，是影響混凝土耐磨性的兩個關(guān)鍵詞。探討了提高混凝土耐磨性的措施。
水泥混凝土路面承受著車輛荷載的反復作用，由于受到車輛的擠壓沖擊、車輪的機械摩擦和路面上堅硬物質(zhì)的切削作用，致使混凝土路面在使用后不久就出現(xiàn)起砂、粗集料凸出裸露和表面坑洞等磨損現(xiàn)象。因此，提高道路混凝土耐磨性，對于公路交通日益繁忙，車輛超載仍較嚴重的今天，顯得猶為重要。
本文分析了道路混凝土磨損機理和過程，并從砂漿的耐磨性，砂漿與粗集料的界面粘結(jié)力這兩大影響因素著手，探討了提高道路混凝土耐磨性的措施。
一、道路混凝土磨損機理和過程
磨損理論認為，材料磨損分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損和微動磨損等。根據(jù)道路混凝土受力特點，道路混凝土的磨損注意有磨料磨損和疲勞磨損兩種。磨料磨損指堅硬的磨 (顆)?；驁杂驳耐钩鑫镌谲囕喌臄D壓和帶動下，切入混凝土表面，并發(fā)生相對移動，通過這些堅硬顆粒的切削作用，最終在混凝土表面形成磨損或下溝槽。而車輛荷載反復作用，混凝土表面不斷承受著壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，這些循環(huán)作用力超過混凝土疲勞強度時，會在混凝土表層引發(fā)裂紋，并逐步擴展，最后使裂紋四周的材料斷裂剝落，形成疲勞磨損。
磨料磨損和疲勞磨損同時發(fā)生?；炷谅访婺p過程可概括為:首先是混凝土表層的砂漿部分被磨損掉，粗集料圈耐磨性好而漸漸凸露出來。凸出的粗集料經(jīng)受著車載的沖壓和磨料磨損，最終被破壞或被帶離砂漿基體，形成空洞，接著砂漿又被磨損掉，下層的粗集料露出，如此反復進行，混凝土不斷被磨損，在路面留下許多大小不一的坑洞、凹糟等。
二、提高混凝土耐磨性的措施
分析道路混凝土磨損過程，不難看出:磨損最先從混凝土表層砂漿開始，逐步深入至下層砂漿，因此混凝土中砂漿的耐磨性是混凝土耐磨性的第一大影響因素，隨著磨損的進一步加劇，粗集料被沖磨而脫離砂漿基體，表明粗集料與砂漿界面粘結(jié)力，是混凝土耐磨性的又一大影響因素?？刂坪眠@兩大因素，是改善和提高混凝土耐磨性的關(guān)鍵。也就是說，提高砂漿耐磨性，增強砂漿與粗集料界面粘結(jié)力是提高混凝土耐磨性的有效措施。
當然，降低水灰比，提高混凝土強度，可以提高砂漿的耐磨性，并能增強粗集料與砂漿界面的粘結(jié)力，進而提高混凝土耐磨性。大量研究證明，混凝土強度是決定其耐磨性的關(guān)鍵。但在混凝土強度己滿足設(shè)計要求的前提下，一味地降低水灰比，勢必會增加水泥用量，浪費水泥，提高成本；也會造成混凝土干縮變大。在這種情況下，即使混凝土耐磨性再好，也沒多大實際意義。所以、本文討論的是基本保持膠凝材料用量不變的情況下，通過挖掘其他潛力，達到提高混凝土耐磨性的目的。
(一)高砂漿耐磨性措施
如前所述，道路混凝土磨損開始于混凝土表面，最先被磨損掉的往往是表層和下層的砂漿。首先應(yīng)改善和提高砂漿的耐磨性，優(yōu)化混凝土表面結(jié)構(gòu)。
1.合理選材
水泥作為膠凝材料，其耐磨性的好壞直接影響著砂漿的耐磨性。硅酸鹽水泥熟料礦物水化硬化后的抗磨損度大小順序為:C3S > C4AF > C3A > C2S。所以應(yīng)選C3S 含量高的水泥熟料制成的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或?qū)Ｓ玫缆匪?。一般情況下，磚窯生產(chǎn)的熟料中C3S 的含量遠高于立窯
生產(chǎn)的水泥熟料。另外，摻加常用的混合材，如粉煤灰、火山灰、礦渣等，對水泥的耐磨性有不同程度的負面影響。資料表明，各種細集料砂漿耐磨性排序為:鐵粉>河砂>石灰石砂>礬土砂>水淬高爐礦砂。河砂資源豐富，價格低廉，綜合考慮，細集料可選用河砂。
2.選取適宜砂率
適宜的較低砂率，有助于提高混凝土中砂漿的耐磨性。因為低砂率的細集料比表面積小，細集料間的空隙少，在一定的膠凝材料用量情況下，細集料可充分被膠凝材料包裹，水泥于砂的界面粘結(jié)力增強；同時，集料間的空隙能被較大限度地填充，砂漿密實度增大，因而其耐磨性提高。另外，在一般中等強度的道路混凝土中，砂漿耐磨性低于粗集料耐磨性，砂率低，可保證耐磨性較好的粗集料占有的面積大，對提供混凝土耐磨性有利。
砂率對混凝土耐磨性的影響，在高水灰比時更顯著。但砂率不可太低，否則漿體不足，影響混凝土密實性。采用中砂配置的道路混凝土砂率取30% -33% 較為適宜(可根據(jù)粗集料品種粒徑和水灰比等作適當調(diào)整)。
3．強化混凝土表面施工環(huán)節(jié)
因混凝土的磨損開始于表面，故強化混凝土表面施工環(huán)節(jié)。優(yōu)化混凝土表面結(jié)構(gòu)，對提高表層砂漿耐磨性尤為重要。施工中應(yīng)盡量減少單位用水量，振搗時間不宜過長，以防止泌水過多，產(chǎn)生耐磨性極差的水泥砂漿浮層。少量泌水可用水泥干灰收干。
早期學者的研究證實，混凝土成型時的表面整修情況，也影響其耐磨性。研究和實踐還表明，抹平表面的耐磨性小于磨平表面的耐磨性，泌水末消失前抹面比泌水完全排出后抹面的耐磨性差，故應(yīng)推遲抹面時間，在混凝土初凝時間稍后抹面較為適宜。抹平后的表面不宜再去擾動，以免拉動表面材料，破壞表面已形成的聚合物結(jié)晶膜。
(二)增強砂漿與粗集料界面粘結(jié)力措施
為防止粗集料被沖磨而脫離砂漿基體，阻止磨損的進一步加劇，強化水泥砂漿與粗集料過渡區(qū)，即增強砂漿與粗集料界面粘結(jié)力，時提供混凝土耐磨性的又-重要措施。
1.選用合適粗集料
相對于混凝土中的砂漿而言，粗集料的耐磨性較好。卵石表面光滑，耐磨性高于碎石，但卵石與砂漿的粘結(jié)力弱，很容易被沖磨出砂漿基體，形成空穴。綜合考慮，應(yīng)選用碎石。碎石的針片狀等軟弱顆粒含量不宜多，以防被車載擠壓破壞而磨損掉；含泥量和泥塊含量要盡量少，否則砂漿與粗集料界面粘結(jié)力差。
粗集料最大粒徑也應(yīng)適宜，粒徑越小，內(nèi)部缺陷少，顆粒強度越高，與砂漿界面的粘結(jié)力也越大，混凝土耐磨性提高。資料表明，粒徑76mm 集料的粘結(jié)強度僅是13mm集料顆粒粘結(jié)強度的1/l0。最適宜的最大粒徑為25mm，此時混凝土耐磨性較好。
2.摻加摻合料
摻加活性礦物質(zhì)摻合料，不僅可以提高混凝土中砂漿的強度，改善砂漿的耐磨性，也可增強砂漿與粗集料界面的粘結(jié)力，進而提高混凝土的耐磨性。這是因為細小的摻合料你呢嘎很好地填充到水泥顆粒的細微空隙中，使水泥更加密實。同時由于摻合料含有的大量活性SiO ，合AI2O3，能與水泥化產(chǎn)物Ca(OH)2，二次作用，生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣合鋁酸鈣凝膠，起到改善漿體結(jié)構(gòu)合集料界面效應(yīng)。如硅粉就是一種理想的摻合料，摻如硅粉后混凝土耐磨性大大提高，磨損試驗結(jié)果表明，硅粉混凝土的磨損量為普通混凝土的0.8~0.85倍。若在硅粉混凝土中摻入鋼纖維，則混凝土耐磨性更好。
3.減少泌水
泌水的后果是在混凝土表面產(chǎn)生不耐磨的浮漿層，一些上升的水還會聚集在粗集料的下方，形成水囊，硬化后成為空隙，嚴重影響砂漿與粗集料的界面粘結(jié)。防此泌水的有效方法，除在混凝土中摻加磨細礦物摻合料(如硅粉)，提高其保水性外，還可摻加減水劑，以減少拌合物單位用水量。
4.控制微裂縫生成
由于水泥的干燥收縮，混凝土內(nèi)會生成千縮裂縫；混凝土表里溫差過大，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，生成溫度裂痕。這些裂縫少量存在于砂漿內(nèi)部，更多是在粗集料與砂漿的界面上出現(xiàn)，影響著界面粘結(jié)。正是這些混凝土內(nèi)的原生裂縫常常會成為疲勞磨損的裂縫引發(fā)源。因此，有必要控制裂縫的生成。采用的方法有:
(1)在滿足強度要求的前提下，盡量減少單位水泥用量。
(2)摻加膨脹劑，使混凝土產(chǎn)生微膨脹愈合裂縫。摻膨脹劑混凝土的磨損量僅是普通混凝土的0.8倍左右，耐磨性大大提高。
三、結(jié)語
相對與耐磨性較好的粗集料而言，道路混凝土中砂漿的耐磨性以及砂漿與粗集料的界面粘結(jié)力，是影響混凝土耐磨性的關(guān)鍵因素。提高砂漿耐磨性，增強砂漿與粗集料的界面粘結(jié)力是提高道路混凝土耐磨性的有效措施。具體措施可概括為:合理選用原材料；強化混凝土表面施工；科學設(shè)計配合比；采用雙摻技術(shù)，即摻加活性礦物摻合料(如硅粉)合外加劑(減水劑、膨脹劑等)。
