李莉

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025）

0 引言

近年來(lái)，人們的出行量及貨運(yùn)量劇增，且汽車超載、重載的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)于路面的承載力及耐久性提出了更高的要求。瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面是我國(guó)路面結(jié)構(gòu)的主要形式，其中在高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)中瀝青混凝土路面的占有比例已經(jīng)超過(guò)了95%，水泥混凝土路面尚未廣泛使用。從兩種路面結(jié)構(gòu)的性能分析來(lái)看，瀝青混凝土路面在材料特性上更偏向于“柔性”，駕駛舒適度好，可有效降噪。 但瀝青混凝土路面由于原材料的特性，低溫易脆裂，高溫易軟化，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期高頻使用后容易產(chǎn)生老化破壞的現(xiàn)象。水泥混凝土路面稱為“剛性路面”，我國(guó)具有豐富的水泥資源，這種無(wú)機(jī)膠凝材料的力學(xué)性能和耐久性能都比較好，正常使用的年限更長(zhǎng)。當(dāng)然，水泥混凝土路面也存在一些缺點(diǎn)，如駕駛舒適性不如瀝青路面，破損后難以修復(fù)，適應(yīng)路基變形的能力差，因而要求具備更高的路基穩(wěn)定性。

綜上，水泥混凝土路面具有更好的發(fā)展前景，通過(guò)外加劑的研發(fā)及應(yīng)用，以及各類摻合料的添加，可有效改善水泥混凝土各方面性能，在滿足強(qiáng)度及耐久性要求的前提下，提高路面行車的舒適度及適應(yīng)路基變形的能力。

1 水泥混凝土路面發(fā)展概況

雖然水泥混凝土路面占有率比較低，但考慮到環(huán)境影響和資源的開(kāi)發(fā)利用，水泥混凝土路面則具有更好的發(fā)展空間。水泥混凝土路面舒適度較差、柔性差，在過(guò)重載荷車輛通過(guò)時(shí)，易發(fā)生路面的開(kāi)裂和錯(cuò)位，且后期維修困難。因此，分析水泥混凝土路面早期容易出現(xiàn)破損的原因，并尋找解決問(wèn)題的辦法是目前該種路面研究的首要因素。

在寒冷地區(qū)，受溫度影響混凝土在耐久性等方面易產(chǎn)生問(wèn)題，羅付軍、王太碩等針對(duì)該環(huán)境下混凝土的普遍特性進(jìn)行研究，給出了寒冷地區(qū)路面混凝土各類參數(shù)的建議和要求：拌制混凝土?xí)r的水泥用量不應(yīng)小于每立方米280kg、水灰比小于或等于0.45及含氣量在3%～5%之間，為低溫度地區(qū)的路面混凝土設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。劉毅（長(zhǎng)安大學(xué)）采用正交試驗(yàn)的配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行混凝土中各組分的比例設(shè)計(jì)，研究了路面混凝土摻入粉煤灰后的綜合性能。

截止2013年底，我國(guó)水泥混凝土路面總里程已達(dá)1777262.6 km，主要集中在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊等低等級(jí)道路。在104，000 公里高速公路的路面里，水泥混凝土路面僅3452.8km，而瀝青路面占到了99.81%。與國(guó)外高速公路中水泥路面在15%～80%之間的比例相比，中國(guó)水泥混凝土路面技術(shù)落后，在國(guó)道、省道選擇路面類型時(shí)未得到認(rèn)可。國(guó)外水泥混凝土路面的發(fā)展趨勢(shì)主要偏向于高性能化，使用年限能達(dá)到10～50年，且路面承載力有了明顯的提高。隨著近年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們出行量及貨運(yùn)量迅速增加，且伴隨著重載、超載現(xiàn)象問(wèn)題日益突現(xiàn)，所以在我國(guó)水泥混凝土路面具有很大的發(fā)展空間。

2 提高水泥混凝土路面綜合性能

在水泥混凝土路面基本用料的基礎(chǔ)上，減少水泥用量、控制水灰比，降低原材料造價(jià)，通過(guò)加入外加劑及礦物摻合料，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，從而提高水泥混凝土路面的強(qiáng)度及各方面性能。

2.1 原材料選用

混凝土配制材料主要有水泥、水、粗集料、細(xì)集料、外加劑及礦物摻合料等，其中，水泥可選用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的普通硅酸鹽水泥，摻入適量的優(yōu)質(zhì)低鈣粉煤灰或礦渣等，根據(jù)規(guī)范“公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則”（JTG/ T F30-2014）的 要 求，選 擇 規(guī) 格 在4.75 mm～9.5mm和9.5mm～19mm之間的石灰?guī)r碎石，細(xì)集料選用天然砂與機(jī)制砂（人工砂）的混合砂；加入高效減水劑有益于提高新拌制混凝土的和易性，提高硬化后混凝土的耐久性和力學(xué)性能。拌合水及養(yǎng)護(hù)用水均可使用符合標(biāo)準(zhǔn)的自來(lái)水。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土工程中一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。路面混凝土使用過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力及彎曲變形是其主要承受的作用，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，普通路面混凝土的配合比設(shè)計(jì)以抗折強(qiáng)度的大小作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，在滿足混凝土力學(xué)性能要求的前提上其水灰比的大小可依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)公式確定；對(duì)于水泥混凝土路面，要改善其不良特性，充分體現(xiàn)高性能的特點(diǎn)，配合比在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素除強(qiáng)度外，還需要考慮耐久性，根據(jù)具體的工程特點(diǎn)區(qū)別對(duì)待，在滿足車輛行駛過(guò)程中的載荷要求及公路設(shè)計(jì)等級(jí)要求的前提下，同時(shí)滿足各項(xiàng)耐久性指標(biāo)的要求。

2.3 各項(xiàng)耐久性能分析

2.3.1 干縮性

除受荷載作用外水泥混凝土路面出現(xiàn)裂縫基本是由于材料干縮所引起的，混凝土在強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中，由于水泥水化放熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)外出現(xiàn)較大溫差，且在空氣中水分含量未飽和狀態(tài)下，隨著水的蒸發(fā)，混凝土表面材料收縮而產(chǎn)生應(yīng)力，在應(yīng)力作用下表面開(kāi)裂。通過(guò)添加粉煤灰和減少水泥量，減少混凝土早期的水化熱釋放，延遲了材料的收縮變形，從而降低了干縮率，后期隨著混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，其抗干縮開(kāi)裂能力得到改善。

2.3.2 滲透性

路面混凝土長(zhǎng)期暴露在外部環(huán)境中，受侵蝕性介質(zhì)的影響，研究其滲透性主要考慮氯離子對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損壞。在水泥混凝土路面中加入粉煤灰可有效提高對(duì)氯離子的抗?jié)B能力，降低混凝土內(nèi)部空隙的連通率。混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度及強(qiáng)度的增加，可有效改善混凝土的抗?jié)B性能。

2.3.3 抗凍性

混凝土經(jīng)過(guò)反復(fù)凍融其密實(shí)度會(huì)減小，且易疲勞受損強(qiáng)度降低，混凝土受凍融循環(huán)影響的破壞主要是內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力、表面慢慢剝落的過(guò)程。路面混凝土摻入粉煤灰后能改善其抗凍性能，但粉煤灰摻量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，否則粉煤灰增強(qiáng)水泥混凝土抗凍融的效果就會(huì)減弱。

2.3.4 耐磨性

耐磨性是評(píng)價(jià)路面混凝土耐久性的一個(gè)主要指標(biāo)，由于車輛動(dòng)載作用的影響，路面受磨損問(wèn)題比較突出，在正常使用過(guò)程中需保證混凝土路面各項(xiàng)指標(biāo)正常，水泥砂漿的抗磨損能力及水泥砂漿與粗集料界面的粘結(jié)力這兩個(gè)因素決定了混凝土路面耐磨損能力的大小。當(dāng)加入粉煤灰的量控制在14%以內(nèi)時(shí)，其混凝土的耐磨能力比基準(zhǔn)混凝土高，超過(guò)21 時(shí)，混凝土耐磨能力的改善效果就會(huì)降低。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)及耐久性研究，從提高混凝土的強(qiáng)度及承載力，改善混凝土干縮性、滲透性、防凍性及耐磨性等方面出發(fā)，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)添加適量的粉煤灰及礦物摻和料來(lái)提高水泥混凝土路面的路用性能，滿足公路建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)要求。