论文部分内容阅读
【摘要】利用室内磨损试验，研究了粉煤灰、矿渣粉以及粉体聚合物这三种掺合料的用量对道路水泥混凝土耐磨性的影响，分析了不同掺合料对水泥混凝土耐磨性的影响规律及机理，为这三种掺合料在道路水泥混凝土中的合理应用提供了理论参考。
【关键词】水泥混凝土 掺合料 耐磨性 影响分析
作者简介：袁树君 1988年毕业于同济大学公路与城市道路专业 一直从事路桥设计工作 现任职山西省城乡规划设计研究院副总工程师
1. 引言
道路混凝土长期在无遮盖的大气中裸露，经受外界环境的侵蚀，会引起路面结构的破坏，尤其在交通量巨大的高等级道路上，路面长期被高速行驶的车轮摩擦，导致路面磨光等病害，从而使车辆行驶的安全性降低，极易发生严重的事故。添加掺合料是提高道路混凝土路用性能的一个重要手段，它不仅可以改善道路混凝土强度、抗渗性、抗冻性等性能，而且还能够一定程度上增强混凝土的耐磨性能，为了更加科学地使用混凝土掺合料，开展其对道路混凝土耐磨性能的影响性研究对提高路面行驶安全性具有十分重要的意义。
本文针对道路混凝土耐磨性能的重要性，通过室内试验，对比分析不同种类的掺合料对道路混凝土耐磨性能的影响，为掺合料在道路工程中的应用提供借鉴。
2. 试验分析
不同的掺合料对道路混凝土耐磨性能的作用机理不同，为研究掺合料对道路水泥混凝土耐磨的的影响规律，本文采用了3种常用的道路混凝土掺合料：粉煤灰、矿渣粉和聚粉体合物，通过试验测试采用不同掺合料的水泥混凝土分别经过7d、和28d龄期后单位面积磨损量来研究掺合料的种类和掺量对道路混凝土的耐磨性的短期和长期影响。
2.1 粉煤灰对耐磨性的试验分析
掺粉煤灰混凝土耐磨试验数据见表1所示：
注：其中JZ代表未参加掺合料的基准混凝土。F-10%、F-20%和F-30%均代表掺合料的掺量，下同。
通过对表1试验结果数据的分析，得出下图：
图1掺粉煤灰混凝土耐磨试验结果
由图1可知，7d龄期时，由于混凝土强度较基准的低很多，混凝土磨损量较多，且随着粉煤灰掺量的增加而增加，当掺量由10%~30%时，其磨损量较基准的增大了2%~7%，这主要是因为粉煤灰活性效应的发挥与龄期有关，在水泥水化反应早期，部分粉煤灰还未水化，这些颗粒与基体之间的结合力较弱，从而使其在磨损过程中很容易脱离基体而增大混凝土的磨损量。
在28d龄期时，混凝土的磨损量则明显降低，掺量20%与30%时的磨损量相差不大，磨损量较基准的降低了11%，这是由于在此阶段，粉煤灰的火山灰效应开始发挥作用，与水泥水化产物反应生成胶凝材料，起到增强作用，改善了混凝土内的界面结合状况，粉煤灰内的大量玻璃微珠也使混凝土拌和流动性和黏聚性增强，混凝土内部容易达到均匀密实，减少了气泡、裂纹等原生缺陷，而且，粉煤灰中的玻璃微珠表面结构致密，抗压强度及弹性模量很高，有资料表明，厚壁空心微珠的抗压强度可达到 700MPa以上，弹性模量可达到34.3GPa，这种特性也有助于提高混凝土的耐磨性。但在粉煤灰掺量为30%时，其磨损量又有所增加，可能是因为粉煤灰掺量过大，其中部分粉煤灰还没完全水化反应所致。
2.2 矿渣对耐磨性的试验分析
掺矿渣粉道路混凝土耐磨试验结果见表2：
通過对表2试验结果数据的分析，得出下图：
图2 掺矿渣粉混凝土耐磨试验结果
由上图可知：掺矿渣粉对改善混凝土耐磨性能的效果显著，随着混凝土强度的增大，其耐磨性也得到了提高，7d时，除掺量为10%时，略高于基准的外，其余两个掺量的混凝土都略低于基准的磨损量。28d时，掺量为20%的混凝土磨损量较小，比基准的降低了将近18%，但随着掺量的增加，其磨损量又有所提高。
这主要是由于普通混凝土内部砂浆孔隙率较大，水泥水化物间以棒条形或针状的AFT相连，整体呈现为间断、孔隙较大的骨架网状体系结构。掺入矿渣粉后，减少了水泥石内部的空隙，阻断了自由水进入的毛细通道，使得混凝土整体结构密实、稳定；另外，矿渣粉的粒径均远小于水泥颗粒的，掺入后也可填充在混凝土内部孔隙和水泥与集料界面的裂隙内，同时，矿渣粉和减水剂的双重作用还能减少混凝土的用水量，并降低水灰比，使混凝土更加密实，从而使混凝土耐磨性得到提高。
2.3 粉体聚合物对耐磨性的试验分析
掺粉体聚合物混凝土耐磨试验结果如下：
图4. 4掺粉体聚合物混凝土耐磨试验结果
由上图可知：掺加粉体聚合物后，混凝土耐磨性有了较大幅度的提高，特别是28d时，掺量为6%的混凝土的磨损量比基准的减少了将近25%，随着掺量的增加，耐磨性仍有提高，但幅度已经不大。这可能是聚合物由于具有减水效应，聚合物中含有表面活性成份，掺入混凝土中，可以使水泥水化产物形成的絮凝结构分散开来，随着絮凝结构的分散，包裹着的游离水也被释放出来，从而在水泥混凝土具有相同流动度的情况下，水泥混凝土的水灰比可显著降低，硬化后，水泥混凝土的孔隙率大大减少；另外聚合物还具有填充效果，水泥水化硬化过程中，聚合物填充在混凝土的微裂缝、孔隙、集料与水泥浆体界面区域的孔隙中并在其中固化，从而增加了混凝土的密实性和粘结性能，另一方面也是因为在材料磨损表面上存在着一定数量的有机聚合物，而高性能聚合物材料本身就具有较好的耐磨性，加之其较强的粘结作用可防止固态水化物颗粒从混凝土表面磨损脱落。
3. 小结
道路混凝土的耐磨性能是保证车辆在路面上行驶安全性的一个重要指标之一，合理选用掺合料的类型和用料，对提高路面适用性具有重要意义，本文通过试验分析了粉煤灰、矿渣粉和粉体聚合物对道路混凝土耐磨性能的影响机理，得到三种掺合料的最佳用量：粉煤灰和矿渣粉均为20%，不宜超过30%，分体聚合物为6%，不宜超过8%。
参考文献
[1] 洪定海. 大掺量矿渣微粉高性能混凝土应用范例[J]. 建筑材料学报.1998.1.
[2] 中华人民共和国国家标准.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥[S].GB 175-1999.
[3] 中华人民共和国国家标准.粉煤灰混凝土应用技术规范[S].GBJ 146-90.
[4] 冯乃谦.混凝土与混凝土结构的耐久性[M]. 机械工业出版社. 2009.1.
[5] 白柯等. 浅析混凝土碳化机理及其影响因素[J]. 粉煤灰综合利用. 2008.2.
【关键词】水泥混凝土 掺合料 耐磨性 影响分析
作者简介：袁树君 1988年毕业于同济大学公路与城市道路专业 一直从事路桥设计工作 现任职山西省城乡规划设计研究院副总工程师
1. 引言
道路混凝土长期在无遮盖的大气中裸露，经受外界环境的侵蚀，会引起路面结构的破坏，尤其在交通量巨大的高等级道路上，路面长期被高速行驶的车轮摩擦，导致路面磨光等病害，从而使车辆行驶的安全性降低，极易发生严重的事故。添加掺合料是提高道路混凝土路用性能的一个重要手段，它不仅可以改善道路混凝土强度、抗渗性、抗冻性等性能，而且还能够一定程度上增强混凝土的耐磨性能，为了更加科学地使用混凝土掺合料，开展其对道路混凝土耐磨性能的影响性研究对提高路面行驶安全性具有十分重要的意义。
本文针对道路混凝土耐磨性能的重要性，通过室内试验，对比分析不同种类的掺合料对道路混凝土耐磨性能的影响，为掺合料在道路工程中的应用提供借鉴。
2. 试验分析
不同的掺合料对道路混凝土耐磨性能的作用机理不同，为研究掺合料对道路水泥混凝土耐磨的的影响规律，本文采用了3种常用的道路混凝土掺合料：粉煤灰、矿渣粉和聚粉体合物，通过试验测试采用不同掺合料的水泥混凝土分别经过7d、和28d龄期后单位面积磨损量来研究掺合料的种类和掺量对道路混凝土的耐磨性的短期和长期影响。
2.1 粉煤灰对耐磨性的试验分析
掺粉煤灰混凝土耐磨试验数据见表1所示：
注：其中JZ代表未参加掺合料的基准混凝土。F-10%、F-20%和F-30%均代表掺合料的掺量，下同。
通过对表1试验结果数据的分析，得出下图：
图1掺粉煤灰混凝土耐磨试验结果
由图1可知，7d龄期时，由于混凝土强度较基准的低很多，混凝土磨损量较多，且随着粉煤灰掺量的增加而增加，当掺量由10%~30%时，其磨损量较基准的增大了2%~7%，这主要是因为粉煤灰活性效应的发挥与龄期有关，在水泥水化反应早期，部分粉煤灰还未水化，这些颗粒与基体之间的结合力较弱，从而使其在磨损过程中很容易脱离基体而增大混凝土的磨损量。
在28d龄期时，混凝土的磨损量则明显降低，掺量20%与30%时的磨损量相差不大，磨损量较基准的降低了11%，这是由于在此阶段，粉煤灰的火山灰效应开始发挥作用，与水泥水化产物反应生成胶凝材料，起到增强作用，改善了混凝土内的界面结合状况，粉煤灰内的大量玻璃微珠也使混凝土拌和流动性和黏聚性增强，混凝土内部容易达到均匀密实，减少了气泡、裂纹等原生缺陷，而且，粉煤灰中的玻璃微珠表面结构致密，抗压强度及弹性模量很高，有资料表明，厚壁空心微珠的抗压强度可达到 700MPa以上，弹性模量可达到34.3GPa，这种特性也有助于提高混凝土的耐磨性。但在粉煤灰掺量为30%时，其磨损量又有所增加，可能是因为粉煤灰掺量过大，其中部分粉煤灰还没完全水化反应所致。
2.2 矿渣对耐磨性的试验分析
掺矿渣粉道路混凝土耐磨试验结果见表2：
通過对表2试验结果数据的分析，得出下图：
图2 掺矿渣粉混凝土耐磨试验结果
由上图可知：掺矿渣粉对改善混凝土耐磨性能的效果显著，随着混凝土强度的增大，其耐磨性也得到了提高，7d时，除掺量为10%时，略高于基准的外，其余两个掺量的混凝土都略低于基准的磨损量。28d时，掺量为20%的混凝土磨损量较小，比基准的降低了将近18%，但随着掺量的增加，其磨损量又有所提高。
这主要是由于普通混凝土内部砂浆孔隙率较大，水泥水化物间以棒条形或针状的AFT相连，整体呈现为间断、孔隙较大的骨架网状体系结构。掺入矿渣粉后，减少了水泥石内部的空隙，阻断了自由水进入的毛细通道，使得混凝土整体结构密实、稳定；另外，矿渣粉的粒径均远小于水泥颗粒的，掺入后也可填充在混凝土内部孔隙和水泥与集料界面的裂隙内，同时，矿渣粉和减水剂的双重作用还能减少混凝土的用水量，并降低水灰比，使混凝土更加密实，从而使混凝土耐磨性得到提高。
2.3 粉体聚合物对耐磨性的试验分析
掺粉体聚合物混凝土耐磨试验结果如下：
图4. 4掺粉体聚合物混凝土耐磨试验结果
由上图可知：掺加粉体聚合物后，混凝土耐磨性有了较大幅度的提高，特别是28d时，掺量为6%的混凝土的磨损量比基准的减少了将近25%，随着掺量的增加，耐磨性仍有提高，但幅度已经不大。这可能是聚合物由于具有减水效应，聚合物中含有表面活性成份，掺入混凝土中，可以使水泥水化产物形成的絮凝结构分散开来，随着絮凝结构的分散，包裹着的游离水也被释放出来，从而在水泥混凝土具有相同流动度的情况下，水泥混凝土的水灰比可显著降低，硬化后，水泥混凝土的孔隙率大大减少；另外聚合物还具有填充效果，水泥水化硬化过程中，聚合物填充在混凝土的微裂缝、孔隙、集料与水泥浆体界面区域的孔隙中并在其中固化，从而增加了混凝土的密实性和粘结性能，另一方面也是因为在材料磨损表面上存在着一定数量的有机聚合物，而高性能聚合物材料本身就具有较好的耐磨性，加之其较强的粘结作用可防止固态水化物颗粒从混凝土表面磨损脱落。
3. 小结
道路混凝土的耐磨性能是保证车辆在路面上行驶安全性的一个重要指标之一，合理选用掺合料的类型和用料，对提高路面适用性具有重要意义，本文通过试验分析了粉煤灰、矿渣粉和粉体聚合物对道路混凝土耐磨性能的影响机理，得到三种掺合料的最佳用量：粉煤灰和矿渣粉均为20%，不宜超过30%，分体聚合物为6%，不宜超过8%。
参考文献
[1] 洪定海. 大掺量矿渣微粉高性能混凝土应用范例[J]. 建筑材料学报.1998.1.
[2] 中华人民共和国国家标准.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥[S].GB 175-1999.
[3] 中华人民共和国国家标准.粉煤灰混凝土应用技术规范[S].GBJ 146-90.
[4] 冯乃谦.混凝土与混凝土结构的耐久性[M]. 机械工业出版社. 2009.1.
[5] 白柯等. 浅析混凝土碳化机理及其影响因素[J]. 粉煤灰综合利用. 2008.2.