鄭衛(wèi)華

（河北省交通運輸廳公路管理局，河北 石家莊050032）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代交通運輸?shù)陌l(fā)展,公路運輸重型貨車數(shù)量急劇上升，導(dǎo)致公路路面極易受到損壞，高性能混凝土路面因此而受到重視和應(yīng)用。其中硅粉HBSPC 對提高混凝土路面強(qiáng)度和耐久性具有顯著的效果。為了比較不同硅粉對HBSPC 性能的影響，本研究選取了兩種硅粉并就其HBSPC 幾項主要性能作了對比研究。

1 試驗

1.1 原材料

（1）水泥：采用秦嶺42.5R 普通硅酸鹽水泥（見表1）。

表1 秦嶺42.5R水泥力學(xué)性能

（2）集料：砂的細(xì)度模數(shù)為2.8，表觀密度為2.556g/cm3，砂含泥量為0.8%；碎石采用石灰?guī)r，粒徑均勻，Dmax＝20mm。

（3）減水劑：采用MNC—HHJ 緩凝高效減水劑，最佳摻量為0.9%，實測減水率為20%。

（4）硅粉Ⅰ：采用陜西金英超細(xì)材料有限公司生產(chǎn)的PGH—400微硅粉。

（5）硅粉Ⅱ：采用甘肅蘭州西北鋼鐵有限公司生產(chǎn)的SiO2—2硅微粉，詳細(xì)指標(biāo)見表2。

表2 硅粉Ⅰ和硅粉Ⅱ性能指標(biāo)

1.2 試驗方法

試驗依據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTJ 053—1994）執(zhí)行，設(shè)計抗折強(qiáng)度為6.0MPa，硅粉取代率為10%，按照表3 的配合比成型試件，坍落度在20mm±5mm范圍內(nèi)，標(biāo)養(yǎng)。

表3 試驗用混凝土配合比

2 試驗結(jié)果及相關(guān)研究

2.1 力學(xué)性能

強(qiáng)度試驗主要研究高效減水劑和硅粉對高性能混凝土強(qiáng)度的影響以及齡期與強(qiáng)度之間的關(guān)系，結(jié)果如表4所示。

表4 強(qiáng)度試驗結(jié)果

由表4知，基準(zhǔn)HBSPC 28d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別可以達(dá)到6.37MPa和51.60MPa，可見選用該配合比可以配制出抗折強(qiáng)度大于6.0MPa的HBSPC。

硅粉ⅠHBSPC 的7d、28d、90d 抗折強(qiáng)度均超過基準(zhǔn)HBSPC 10%、5%、1%；7～90d 抗壓強(qiáng)度超過基準(zhǔn)HBSPC 2%～7%?？梢?，摻用硅粉可以提高混凝土的早期強(qiáng)度。

硅粉ⅡHBSPC 的7d、28d、90d 抗折強(qiáng)度分別超過基準(zhǔn)HBSPC 13%、50%、36%?？箟簭?qiáng)度分別超過基準(zhǔn)HBSPC 11%、32%、57%。硅粉Ⅱ改善HBSPC 力學(xué)性能的效果很好。在相同養(yǎng)生條件下，硅粉ⅡHBSPC 無論是抗折強(qiáng)度還是抗壓強(qiáng)度都高于硅粉ⅠHBSPC，而且強(qiáng)度增長速度也大于硅粉ⅠHBSPC。這有利于提前開放交通，有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2.2 脆性研究

2.2.1 脆性評價指標(biāo)

水泥混凝土剛度的評價指標(biāo)有彈性模量、壓折比、破裂能等，本文采用抗折彈性模量和壓折比這兩個指標(biāo)。

2.2.2 結(jié)果分析

測試混凝土抗折彈性模量試驗依據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTJ 053—1994），采用150mm×150mm×550mm 的直角小梁試件，進(jìn)行三分點加荷的方式，測定3kN～P0.5的弦線模量，試驗結(jié)果見表5。

表5 HBSPC脆性指標(biāo)計算結(jié)果

從表5 看，HBSPC 的抗折彈性模量平均為3.35×104MPa，比普通水泥混凝土的略高，基準(zhǔn)HBSPC 的抗折彈模最大，硅粉ⅡHBSPC 的最小。硅粉HBSPC 壓折比低于基準(zhǔn)HBSPC，說明摻加硅粉降低了HBSPC 的脆性，硅粉ⅠHBSPC 壓折比隨齡期降低的趨勢不明顯；硅粉ⅡHBSPC 壓折比隨齡期降低的趨勢較為顯著。HBSPC 在獲得高抗折強(qiáng)度的同時，脆性并沒有大幅度增大。

HBSPC 的斷裂特征與普通混凝土有所不同，從斷裂面的形態(tài)看，普通混凝土斷裂時，其集料一般不斷裂，斷裂面是繞開集料沿界面區(qū)斷開。而HBSPC 則不然，其斷裂面上切斷了相當(dāng)部分的集料，其斷裂面的曲折度減小，真實斷裂面積變小，斷裂速度加快。

改善HBSPC 的脆性應(yīng)從提高材料的斷裂表面能入手，改善孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率，改善水泥石與骨料過渡層的界面結(jié)構(gòu)和性能，減少內(nèi)部微裂縫，控制破壞時微裂縫的開裂和擴(kuò)展等。從宏觀上講，混凝土的脆性可以從原材料、配合比以及材料復(fù)合等途徑改善[4]。

2.3 收縮研究

HBSPC不同齡期收縮率如表6所示。由該表可以看出，HBSPC的收縮穩(wěn)定期為90d，150d的收縮增量幾乎為零，而普通混凝土的收縮穩(wěn)定期一般為180d，可見HBSPC的收縮穩(wěn)定期較普通混凝土短。測試的普通路面混凝土90d 收縮率為454×10-6，而HBSPC 90d的平均收縮率為345×10-6，比普通混凝土降低了約24%。這主要是由于HBSPC 水泥石孔結(jié)構(gòu)得到改善，更加密實，界面過渡區(qū)得到加強(qiáng)，所以HBSPC的收縮應(yīng)變較普通混凝土小。

表6 HBSPC不同齡期的收縮率

硅粉HBSPC 早期收縮增大，但總收縮并沒有增大，與單摻的HBSPC 基本一致。為減小HBSPC的早期收縮，防止路面開裂，必須加強(qiáng)并延長HB?SPC的早期保濕養(yǎng)護(hù)。

2.4 耐久性能研究

2.4.1 耐磨性能

硅粉提高了HBSPC的耐磨性，研究表明混凝土的耐磨性能與強(qiáng)度基本成正比關(guān)系，強(qiáng)度越高，耐磨性能越好。混凝土的硬度可以用抗壓強(qiáng)度表示，硅粉ⅡHBSPC的抗壓強(qiáng)度高，磨損率最低。

2.4.2 抗凍性能

本文通過室內(nèi)試驗，采用快凍法評價HBSPC在水和負(fù)溫共同反復(fù)作用下抵抗破壞的能力。

HBSPC的抗凍試驗結(jié)果結(jié)果見表7。

表7 HBSPC的抗凍試驗結(jié)果

由上可知，經(jīng)過55 次凍融循環(huán)，HBSPC 質(zhì)量損失很小，相對抗折強(qiáng)度損失也很小，這是普通路面混凝土所不及的。硅粉HBSPC 水膠比小，加上硅粉火山灰效應(yīng)、微集料效應(yīng)等多重功效的發(fā)揮，可以細(xì)化混凝土孔隙，強(qiáng)化界面，提高混凝土的密實度和強(qiáng)度，阻止了外部水分的滲入，使混凝土內(nèi)部可發(fā)生相變的水分減少，負(fù)溫體積膨脹相應(yīng)減小，從而大大提高了HBSPC的抗凍性能。

試驗前后，硅粉HBSPC 的質(zhì)量損失率和相對抗折強(qiáng)度損失均小于基準(zhǔn)HBSPC；從試件的外觀看，硅粉HBSPC 的平均掉皮面積都小于基準(zhǔn)HB?SPC 的掉皮面積，說明加入硅粉提高了HBSPC 的抗凍性能，尤其硅粉Ⅱ的效果最明顯。

2.4.3 疲勞特性

疲勞試驗的應(yīng)力水平選取了較大且試驗數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定的0.75，低高應(yīng)力比R＝0.08，加載頻率f=10Hz，此速度與重載車的行駛速度接近。HBSPC疲勞試驗結(jié)果為：方案Jz的平均壽命32 868；方案Gf1的平均壽命53 780；方案Gf2的平均壽命75471。

從上看出，硅粉HBSPC 的疲勞壽命高于基準(zhǔn)HBSPC，說明加入硅粉可以改善HBSPC 的疲勞性能，其中硅粉ⅡHBSPC 的疲勞壽命最高。因此，當(dāng)硅粉HBSPC 用于重載交通路面時，可以延長路面的使用壽命。

硅粉HBSPC 的孔結(jié)構(gòu)得到改善，勻質(zhì)性好，密實度和強(qiáng)度大大提高，界面區(qū)結(jié)構(gòu)密實，水泥石與集料之間的黏結(jié)性得到加強(qiáng)。因此，HBSPC有較好的勻質(zhì)性，比普通混凝土更接近均質(zhì)材料，具有更少的缺陷，引發(fā)疲勞破壞的疲勞源也就越少，疲勞壽命就更長。

3 結(jié)論

（1）硅粉應(yīng)用于HBSPC 之中，能夠提高混凝土的強(qiáng)度，尤其抗折強(qiáng)度更為突出。

（2）硅粉HBSPC 抗脆斷性能較普通混凝土及基準(zhǔn)HBSPC優(yōu)良，適用于重載交通道路路面。

（3）硅粉ⅡHBSPC 具有良好的耐久性，其耐磨性，抗凍性及疲勞特性都優(yōu)于硅粉ⅠHBSPC，可知硅粉Ⅱ在改善混凝土耐久性方面優(yōu)于硅粉Ⅰ。

（4） 硅粉優(yōu)化了HBSPC 孔結(jié)構(gòu)，改善了混凝土的勻質(zhì)性，界面區(qū)結(jié)構(gòu)密實，使水泥石與集料之間的黏結(jié)性得到加強(qiáng)，硅粉HBSPC 疲勞壽命是基準(zhǔn)混凝土的2倍多，適用于重載交通路面。

[1] 顧培英，陳迅捷，葛洪. 高性能混凝土本構(gòu)關(guān)系研究[J].水利水運科學(xué)研，1999（3）：241-247.

[2] 徐江萍，金雷，陳國甫.貧混凝土基層材料干燥收縮特性[J].長安大學(xué)學(xué)報，2003，23（2）：25-27.