綜合分析探討道路混凝土抗折強度的影響因素

　　1 　前　言

　　眾所周知，混凝土是一種脆性材料，抗折強度遠低于抗壓強度(約為抗壓強度的1/ 6～1/ 10) 。提高以抗折強度為主要技術指標的道路混凝土性能，在水泥混凝土路面廣泛應用的今天，具有很重要的意義。

　　本文在閱讀有關文獻的基礎上，結合自己的研究，從原材料、摻合料、外加劑及配合比設計等方面，綜合分析探討了道路混凝土抗折強度的影響因素。

　　2 　原材料

　　組成道路混凝土的原材料，與普通混凝土基本相同，主要有膠凝材料(水泥) 、粗細集料(砂、石) 等。由于道路混凝土的某些特殊性，對普通混凝土性能影響不大的原材料，對道路混凝土卻影響顯著。因此，對原材料的性能有一定的要求。

　　2. 1 　水泥

　　2. 1. 1 　水泥品種

　　水泥作為混凝土膠凝材料，其質量的好壞在很大程度上決定了混凝土性能的優(yōu)劣。為提高道路利用率，增強混凝土耐久性，應選用早期強度高、耐磨性強、抗凍性好的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或專用道路水泥，對中等或輕交通路面(設計抗折強度等級4. 5 MPa 以下) ，也可采用礦渣水泥。

　　2. 1. 2 　水泥強度等級

　　水泥強度等級的選用，應從混凝土試配強度、和易性、耐久性及經(jīng)濟性等方面考慮。不宜用低標號水泥配制高強度等級混凝土，否則水泥用量大，混凝土收縮大，耐久性差;也不宜用高標號水泥配制低強度等級混凝土，否則水泥用量少，混凝土和易性和耐久性差，而要增加水泥用量，會造成水泥浪費，成本提高。按照路面交通等級，道路混凝土設計的抗折強度一般在4. 0～5. 5 MPa 之間。根據(jù)經(jīng)驗，抗折強度設計等級為4. 0～4. 5 MPa 時，應選用32. 5 級水泥(相當于原國家標準425 # 水泥)； 設計等級為5. 0～5. 5 MPa 時，應選用42. 5 級水泥(相當于原國家標準525 # 水泥) 。

　　2. 2 　粗集料

　　2. 2. 1 　粗集料品種

　　與普通混凝土相同，道路混凝土所用粗集料通常為卵石或碎石。卵石混凝土拌合物和易性比碎石好，在相同的水灰比下，單位用水量和水泥用量較少，但抗折強度低。資料表明 ，碎石混凝土抗折強度要比卵石混凝土高30 %左右。這是因為卵石表面光滑，與膠砂粘結面的粘結力低于表面粗糙的碎石與膠砂的粘結力，形成了混凝土中最為薄弱的抗拉粘結面。從混凝土折斷面也可看出，卵石從砂漿中被“干凈”地剝離出來，表面幾乎沒有粘結砂漿。

　　筆者從有關研究結果分析，不宜用卵石配制高抗折強度等級( ≥5. 0 MPa) 的道路混凝土，否則，強度保證率不高。

　　2. 2. 2 　粗集料最大粒徑

　　粗集料最大粒徑直接影響著混凝土拌合物和易性。粒徑增大，拌合物易離析泌水，與砂漿界面的粘結強度下降，抗折強度降低。資料報道，粒徑76mm 集料的粘結強度僅是13 mm 集料顆粒粘結強度的1/ 10 。研究表明，在相同的水灰比下，混凝土抗折強度隨最大粒徑增大而降低，粗集料最大粒徑從20 mm 增至63 mm ，混凝土抗折強度下降了30 %左右。減小粗集料最大粒徑，有助于提高混凝土抗折強度，但過小的粒徑會使比表面積增大，需要潤濕的水量和包裹其表面的水泥漿量增加，不僅不經(jīng)濟，也會引起混凝土干縮變大。綜合混凝土質量和成本兩方面考慮，最大粒徑取40 mm 較為理想。

　　2. 2. 3 　粗集料級配

　　粗集料級配對混凝土抗折強度的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：

　　(1) 良好的級配可使粗集料獲得較大的堆積密度，集料空隙少，需要填充空隙的漿體少，在相同的水泥漿量下，使混凝土拌合物獲得更好的工作性和更大的密實度，進而提高混凝土抗折強度。

　　(2) 良好的級配能使粗集料通過砂漿的粘結作用，相互之間保持較好的機械咬合狀態(tài)，有利于提高混凝土抗折強度。研究表明[4 ] ，在相同的水灰比下，單粒級碎石混凝土抗折強度比連續(xù)級配碎石混凝土的低。不宜用單粒級粗集料配制道路混凝土，無連續(xù)級配粗集料，也可用多種單粒級按適當比例混合使用。

　　2. 3 　細集料

　　細集料對混凝土抗折強度的影響，也是體現(xiàn)在對混凝土工作性影響上。用砂偏粗(如Ⅰ區(qū)砂) ，混凝土拌合物缺漿離析，保水性差;用砂偏細(如Ⅲ區(qū)砂) ，單位用水量和水泥用量大，拌合物易泌水，混凝土干縮大。選用細集料應同時考慮級配和細度模數(shù)兩項指標，應采用級配處于Ⅱ區(qū)的中砂。實踐證明，道路混凝土用砂的細度模數(shù)宜在2. 6～2. 8 之間。

　　3 　摻合料

　　3. 1 　粉煤灰

　　粉煤灰是混凝土中最常用的較廉價的摻合料。大量試驗證明，摻加優(yōu)質粉煤灰( Ⅱ級以上) ，可極大地改善混凝土拌合物的和易性，較細的粉煤灰顆粒，能很好地填充到混凝土的細微孔隙中，硬化混凝土更加致密。由于粉煤灰含有大量的活性SiO2 和Al2O3，能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2 二次作用，生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，使混凝土后期強度(28d以后) 增長較快。但對道路混凝土而言，因早期強度低，不利于提高道路利用率，且耐磨性下降?？梢哉f，粉煤灰道路混凝土，尤其是大摻量粉煤灰混凝土，仍是人們目前正在研究和開發(fā)的領域。

　　3. 2 　鋼纖維

　　道路混凝土也可摻加鋼纖維。據(jù)報道[5] ，在混凝土中摻加大約2 %(體積比) 的鋼纖維，可使混凝土抗折強度提高1.5～1.8倍，甚至高達2.5～3.0倍，混凝土韌性提高10 倍以上。但鋼纖維混凝土成本高，限制了其推廣應用。

　　4 　外加劑

　　為提高混凝土耐久性，常在混凝土中摻外加劑。道路混凝土常用的外加劑有引氣劑、減水劑等。文獻報道，只要在道路混凝土中正確使用引氣劑，引氣量適中，混凝土抗折強度不但不降低，還會有所提高，并在含氣量4%～4.5%處有峰值存在。相關研究也表明，混凝土抗折強度隨含氣量的增加，呈先增后減的變化趨勢，在含氣量4%～5%之間有最大值。這說明，使用引氣劑，并不一定帶來抗折強度的降低。阮炯正等研制的NJH高效引氣減水劑；陳拴發(fā)等自配的復合減水劑，都較好地改善了混凝土的抗彎曲性能，提高了混凝土的抗折強度。積極開發(fā)研制降低混凝土脆性的道路專用外加劑，是一個大有作為的領域。

　　5 　配合比設計

　　在了解了原材料性能對混凝土抗折強度的影響，并合理選材的基礎上，配合比設計的科學與否，是影響混凝土抗折強度的又一大因素。設計配合比，主要是確定好3 個參數(shù)，即水灰比、單位用水量和砂率。