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探讨影响道路路面混凝土强度的相关因素

时间:2023-11-20 来源:本站 点击:166次

混凝土路面的抗弯强度是其设计强度的主要指标。抗弯强度与其它混凝土结构的抗压强度指标不同,一般普通混凝土具有较高的抗压强度,而抗弯强度则不理想(约为6~10)。结果表明,材料的均匀性和骨料界面的结合强度对混凝土的弯曲强度有较大的影响,因此,对材料的弯曲强度和配合比的相关参数都要严格。合理选择合适的原料,合理选择水泥砂浆的配比,是改善路面混凝土抗弯强度的关键。本文从水泥、石子、砂材料的特性、水泥用量、水灰比、单位用水量、砂比等方面对路面混凝土的抗弯承载力的影响进行了讨论。


1原材料对弯拉强度的影响

构成道路混凝土的原材料,大致与一般混凝土一样,其主要成分为水泥、粗细集料(砂、石、砂)。由于路面混凝土的一些特殊性质,原料对一般混凝土的性能影响较小,但对路面混凝土的影响较大。


1.1水泥的影响

水泥作为混凝土胶凝材料其质量的好坏在很大程度上决定了混凝土性能的优劣。

(1)水泥品种:由于不同水泥的组成、用量和用量等因素对其抗弯强度的影响也不尽相同,所以对水泥的强度、安定性、凝固时间等主要指标进行了检测,并对其进行了检测,并对其在进入现场后的每批水泥进行了化学成分检测。水泥的主要成份有硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、高炉渣、窑灰、粉煤灰、煤矸石、火山灰、粘土等。在混凝土配合比设计中,特别规定了铝酸钙、铁铝酸四钙和外加剂的类型,以确保其抗弯强度。铝酸三钙因其水化率高、收缩率大,故其用量不宜太高,且用量要严格控制,对重流量不能超过7%而铁、铝酸四钙的后期强度增加,易碎,增加可有助于水泥的弯曲强度,但不能低于15%,因为掺入窑灰、煤矸石、火山灰、粘土等材料的水泥收缩率高,胶结性差,因此,在路面混凝土中禁止掺烧窑灰、煤矸石、火山灰、粘土等。所以,在水泥路面工程中,必须选择特殊的道路水泥,因为特殊水泥的组成和含量的控制都是为了提高混凝土的抗弯强度而特别制造的。对于特重、重的交通路面,应选用旋窑式水泥。还可以使用旋窑和普通的硅酸盐水泥。中、轻交通公路的路面应选用普通的硅酸盐水泥或矿渣型硅酸盐水泥。在低温条件下施工或需要快速通过的地区,可以选用R型水泥(早强胶),通常,由于R型水泥中含有大量的铝酸盐和收缩。

(2)水泥等级:在道路混凝土配合比的设计中,一般采用42.5、52.5、62.5三种水泥级,对应的胶砂抗折强度为6.5MPa、7MPa、7.5MPa。水灰比、水泥用量固定时,试件的抗弯强度随水泥等级的增加而增大。在混凝土配合比设计中,应选择合适的水泥等级,避免水泥含量太高,会影响混凝土的均匀性和耐用性;另外,水泥等级太低,会造成收缩开裂,从而对混凝土的抗弯强度产生不利的影响,而且水泥用量太大也不经济。在混凝土配合比设计中,水泥胶砂的抗折强度等级一般为同水灰比混凝土试配比的1.5~2.0倍,一般增加2MPa。综合以上几个方面,中、轻交通抗弯强度设计等级一般为4.0~4.5MPa,对应的配制强度一般为4.5~5.5MPa,宜选用42.5级(与原版525#水泥);特重、重交通设计等级一般为5.0~5.5MPa,对应的配制强度一般为5.5~6.5MPa,宜选用52.5级水泥(等同于国家625#水泥)。

(3)水泥安定性:水泥的安定性对其抗弯强度的影响要比抗压强度大,进而对水泥的安定性有更高的要求。如果混凝土的安定性差,会产生很大的收缩变形,使路面内部产生更多的细裂缝,在连续荷载的作用下,路面中的裂缝会越来越大,从而产生断裂,从而造成路面损坏。在混凝土配合比设计中,对水泥的稳定性有较大的影响,尤其是对游离氧化钙、氧化镁、三氧化硫等进行了严格的控制。重型运输混凝土中的氧化钙、氧化镁、三氧化硫的用量不得超过1.0%,不得超过5.0%不得超过3.5%。


1.2粗集料对抗折强度的影响

(1)粗集料品种:与一般的混凝土一样,用于路面的粗集料一般是鹅卵石和砾石。与碎石相比,卵石混凝土拌合剂和易性优于碎石,在水灰比下,其单位水、水泥用量和用量都要小,但其抗折强度却很低。结果表明,与卵石混凝土相比,碎石混凝土的抗弯强度提高约30%。这是由于鹅卵石的表面光洁,与砂岩的结合面比砂岩和砂岩的结合强度要低,从而成为混凝土中最脆弱的一种。通过对混凝土的折断,可以看到,从灰泥中“干净”地分离出了卵石,而在其表面上,很少出现粘合的灰泥,所以,在使用高抗折强度等级5.0MPa)的路面混凝土时,不能使用鹅卵石,否则其强度保证率就会降低。

(2)强度:在保证混凝土强度的前提下,碎石必须具备一定的强度。可以根据岩石的压缩强度和破碎值来确定其强度。一般认为,粗骨料的抗压强度应该不低于水泥路面的抗折强度的1.5倍。在高速公路、一级公路中,最低抗压强度为5.5的混凝土,其抗压强度必须大于40MPa,而粗集料的抗压强度必须在60MPa以下,而在60MPa以下,则难以满足要求。压碎值是粗集料强度的一个间接指标,如果集料中的纤维含量过高,那么其强度和压碎值就会降低。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定了高速公路、一级、二级公路和三级公路的三、四级公路、一级公路、二级公路和具有抗(盐)冻要求的三、四级公路的粗集料,其碎石的破碎率不得超过15%,而鹅卵石的含量不能达到14%。选择具有较少针片含量的粗集料,以控制压碎率。

(3)最大粒径:粗骨料的最大粒度对混凝土的搅拌性能有很大的影响,随着颗粒尺寸的增加,混合料容易产生分散性,在铺装过程中容易发生塌方,对摊铺机布匹的摊铺造成不利的影响。同时,随着颗粒尺寸的增加,其与灰泥之间的结合强度逐渐减小,而其弯曲强度也随之减小。结果表明:76mm骨料的结合强度只有13mm骨料的1/10。结果表明:在相同的水泥比例下,随着最大颗粒直径的增加,混凝土的抗弯强度逐渐减小,最大颗粒直径由20mm增加到63mm,抗折强度下降约30%。降低粗骨料的最大粒径可以促进混凝土的抗弯强度,但太小则会增加其表面的比表面积,同时还会导致混凝土的干燥收缩。从混凝土的质量和造价两个角度来看,一般的碎石最大公称颗粒直径不应该超过31.5毫米,而鹅卵石的最大颗粒直径不应该超过19.0毫米,而在滑模摊铺中,以26.5毫米的碎石和16毫米的鹅卵石作为比较理想的选择。

(4)级配:粗集料的级配对混凝土的抗弯承载力有较大的影响。①级配条件好,粗集料的堆积密度大,集料间隙小,需充填孔隙的浆体数量少,在同等数量的情况下,可使混凝土搅拌材料的工作性能、密实度得到改善,从而改善混凝土的抗弯强度。在公路砼配合比设计中,粗骨料的体积填充率应大于70%。②级配的优劣,可使粗骨料在水泥砂浆中的结合作用下,彼此间的机械咬合力更大,对混凝土的弯曲强度有很大的促进作用。结果表明:在相同的水泥比下,单粒级配碎石混凝土的抗折强度低于连续级配的碎石混凝土。在没有连续级配的情况下,采用单一颗粒粗集料作为路面混凝土的方法是不合适的。

(5)含土泥量:结果表明:粗骨料中的土对混凝土的抗弯承载力和缩量均有显著的影响,其抗折强度随含土量的增大呈线性下降趋势,干缩率呈直线上升趋势。因此,应从降低收缩、提高抗弯强度等方面对土壤含水量进行严格的控制。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》中,一级碎石的含泥量小于0.5%,二级碎石质量分数小于1%。


1.3细集料砂的细度模数的影响

结果表明:砂粒越粗,其抗弯强度就越小,砂粒越粗,砂粒对其承载能力的贡献越大;而砂粒越粗,则越容易导致混凝土拌合体的抗弯承载力;由于使用的砂粒较细,单位体积、单位耗水量及水泥用量都较大,导致混凝土的干缩率较高,从而对混凝土的抗折强度产生不利影响。因此,细骨料的选择要综合考虑级配和细度模数,最好是II级配的中砂,细度模数在2.2~3.0范围内,细度模数最好是2.6。


2配合比参数对抗折强度的影响

混凝土的抗弯强度除了受原材料性质的影响之外,还受到配合比设计是否合理的影响。水泥的单位水泥用量、水灰比、单位用水量、砂率、含气量等是设计配合比的重要内容。


2.1单位水泥用量对抗折强度的影响

试验结果显示,水泥的单位水泥用量从250kg/m3增加到400kg/m3,随著水泥用量的增加,其抗弯强度、抗压强度都有较大的提高。当水泥用量增加100kg/m3时,其抗压强度可提高约35%,而碎石料的抗弯强度仅提高约12%,而卵石的抗折强度仅提高5%,因此仅增加水泥的掺入量来提高抗折强度是不可行的。


2.2水灰比对抗折强度的影响

水泥混合料的水灰比是水泥混合料中的一个重要指标,对混凝土的强度有很大的影响。在相同的掺入量下,试样的抗折强度随水灰比的增大而逐渐降低,而抗压强度则迅速下降(升高),碎石混凝土水灰比从0.5降至0.4时仅提高12%,而压缩强度提高约30%。为了确保混凝土的高强和耐用性,水灰比不宜太大,一般特重、重型交通运输的水灰比不得超过0.46、中、轻交通水灰比不得超过0.48。所以,在单一的单掺水泥增加抗折强度的情况下,若不降低水灰比,其作用就会受到限制;而必须通过增加单位水泥和减少水灰比来达到显著的改善。


2.3单位用水量的影响

在水泥用量固定时,增加单位用水量等于增加水灰比而导致强度降低,当单位用水量增加时,出现严重的渗水和离析。总体上,单位水的抗折强度和抗磨性能的影响要大于水灰比和单位水泥的用量。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》中明确指出,在铺筑碎石混凝土时,采用滑模摊铺方式,最大耗水量不超过160kg/m3,而轨道式摊铺机不超过156kg/m3,小型机具不超过150kg/m3。


2.4砂率

砂量的大小直接影响混凝土拌合剂的工作性能,并对其抗弯强度产生一定的影响。通过对试验结果的分析,发现砂体的抗折强度随着含砂率的增加而增加,表明存在一个最优的砂率值,当水灰比从0.40到0.50的时候,砂率从32%到34%。随着砂量的增加,抗折强度呈现出先升后降的趋势。①在低含砂量(例如28%~30%)时,由于混凝土拌合物中存在大量的空隙导致了混凝土中存在大量的孔隙,从而导致了混凝土的抗折强度降低。②当含砂量太高(36%)时,混凝土的抗弯强度会产生以下三种负面效应:一是细骨料的总表面积过大,所需的润湿水也会增加;二是细骨料的表观面积过大,所需的水份也会随之增加,反之,在一定的单位水量下,胶浆会变得干燥、粘性、流动性明显下降,与易性不佳,不易振实,混凝土成型后,会在混凝土中产生大量的孔隙和孔隙,影响混凝土的抗折性;二是细集料的增加,会使混凝土中的粗集料产生较大的机械咬合,使混凝土的抗折性降低。根据不同的石料颗粒大小和粗细,最优的沙率也会随之改变。对于水灰比,在0.40~0.50范围内,以中砂为主的路面混凝土,其砂量以32%~34%为佳,以卵石混凝土的含砂量为2%~3%。


3结束语

总而言之,合理选择原料、精心选择配合比、科学地设计混合比例是改善路面混凝土性能、提高路面抗弯强度的内在保障。当然,施工中的质量管理也很重要,不能顾此失彼,应从各个方面考虑,以确保混凝土的质量和经济性。


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