道路砼復(fù)合外加劑及其作用機(jī)理研究

摘要：本文通過正交試驗(yàn)，研制出一種復(fù)合外加荊，井通過x一射線衍射分析、漿一集界面過渡層顯微硬度試驗(yàn)廈砂漿耐磨性試驗(yàn)分析了復(fù)合外加劑的作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞：混凝土、硅灰、減水劑、耐磨性、抗裂性

１我國水泥砼路面的發(fā)展趨勢

　　隨著我國交通業(yè)的發(fā)展，水泥砼路面由于承載能力太、使用壽命長、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)因而在高等級(jí)公路中應(yīng)用較多；然而，隨著砼路面的廣泛使用，路面砼的性能亦出現(xiàn)了許多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1)砼強(qiáng)度較低，斷板率比效高。

　　(2)砼塑性收縮及溫度變形相對來說較大。當(dāng)砼收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí)就出現(xiàn)裂縫，而且不易修補(bǔ)，影響路面砼的質(zhì)量。

　　(3)路面耐磨性差，在使用幾年之后就出現(xiàn)較大磨損 抗滑能力下降，影響行車速度及行車安全。

　　為了解決上述問題，70年代末期我國首先對鋼纖維砼的物理力學(xué)性能進(jìn)行研究80年代初期，我國又開始了振動(dòng)碾壓砼的研究，并鋪筑了試驗(yàn)路段。但是這幾種砼由于造價(jià)較高，或施工機(jī)械化程度較高、配套性較強(qiáng)，難以大面積推廣，仍處于試驗(yàn)階段。

　　隨著外加劑在我國的應(yīng)用和推廣，采用外加劑和摻和料的方法來改善道路砼的性能，因其工藝過程簡單、施工方便且造價(jià)低廉易為大多數(shù)施工單位所接受。本文在大量砼性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析復(fù)合外加劑對砼各種性能的影響。

2 摻復(fù)合外加劑砼性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　為了提高道路砼的強(qiáng)度、耐磨性及抗裂性，復(fù)臺(tái)外加劑采用三種組分，即膨脹劑、高效減水劑、活性摻活料(硅灰)。通過正交試驗(yàn)選出三種組分的最佳比例組成復(fù)合外加劑，再以不同摻量的砼來測定砼的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、耐磨性等性能；此外，為了從微觀上了解復(fù)臺(tái)外加劑對混凝土性能的影響，我們還對摻外加劑混凝土進(jìn)行了混凝土漿一集界面顯微硬度試驗(yàn)，水泥漿體x～ 射線衍射分析試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1及表2。

表1 復(fù)合外加劑對混凝土強(qiáng)度的影響

表2 摻復(fù)合外加劑水泥砂漿耐磨性能試驗(yàn)

結(jié)果

4 復(fù)合外加劑提高砼性能機(jī)理分析

　　從上面的試驗(yàn)結(jié)果可知，摻復(fù)合外加劑能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、耐磨系數(shù)．下面分別對其進(jìn)行分析。

　　(1)對強(qiáng)度的影響分析 眾所周知，提高砼強(qiáng)度的主要方法是降低砼的水灰比、提高水泥漿和集料的界面粘接強(qiáng)度、降低水泥石的孔隙率、改善孔結(jié)構(gòu)。在普通砼中，雖然水泥石只占其總體積的四分之一左右，但是水泥石對砼性能的影響卻是主要的。因此在研究砼性能時(shí)必須研究水泥石本身的性能和其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，水泥石的微觀結(jié)構(gòu)往往對砼的許多物理力學(xué)性能有著重要的影響。

　　可認(rèn)為，在砼中摻人復(fù)合外加劑后．由于減水劑的吸附分散作用，在水泥顆粒表面形成一層單分子或多分子吸附膜，能使水泥早期的水化速度有所降低，這種延緩作用有助于水化產(chǎn)物生長的更加充分完整，水化產(chǎn)物互相搭錯(cuò)交互蓮生的更為緊密，進(jìn)而使內(nèi)部孔隙率減少；其次，復(fù)合外加劑中的活性礦物也由于減水劑的分散作用而被均勻的分散在水泥漿體中，它能填充在毛細(xì)孔和凝膠孔中，使砼的空隙率降低，又由于它能和水泥的水化物ca(OH) 反應(yīng)生成C—S—H凝膠體，使水泥石中凝膠體的數(shù)量增多， 同時(shí)它和ca(OH) 的反應(yīng)降低了溶液中的堿度，使水泥水化更為充分、水泥的有效利用率提高。從砼顯微硬度曲線中也可以發(fā)現(xiàn)，摻復(fù)合外加劑的砼不僅漿一集界面過渡層的強(qiáng)度提高。同時(shí)水泥漿基體的強(qiáng)度也增大(見圖I)。

圖I 摻復(fù)合外加劑混凝土顯微硬度曲線

　　(2)對砼耐磨性的影響分析。砼的耐磨性是砼的耐久性能之一，在道路砼中，根據(jù)其受力特點(diǎn)，主要有磨粒磨損和疲勞磨損兩種形式。由于復(fù)合外加劑能降低砼的孔隙率、微裂縫等原生缺陷，減少了引起疲勞磨損的應(yīng)力引發(fā)源， 同時(shí)， 由于復(fù)合外加劑能提高砼漿一集界面的粘結(jié)強(qiáng)度，使砼表面的骨料不易脫落，也能提高其抗磨粒磨損的能力 當(dāng)然砼的抗磨損能力與材料組成、水灰比和受力條件等多方面的因素有關(guān)。

　　(3)對砼早期抗裂性的影響。由于道路砼施工條件復(fù)雜、砼攤鋪面積大受外面環(huán)境條件的影響較大。因此在凝結(jié)和硬化過程中干燥和溫度裂縫較易形成，在使用時(shí)，由于受車輛反復(fù)荷載的作用，這些早期裂縫必然引起疲勞開裂。同時(shí)影響砼的抗凍、抗磨損等長期性能，因此在道路砼中如何減少道路砼中的早期裂縫已成為道路砼性能研究中的一個(gè)重要課題。

　　眾所周知．在砼中摻人一定量的膨脹劑可配制成膨脹砼，在鋼筋砼中，由于砼的膨脹而對鋼筋產(chǎn)生拉應(yīng)力，使砼受壓，即在砼中建立一定的化學(xué)預(yù)應(yīng)力。這種預(yù)應(yīng)力可抵消一部分由于砼收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而提高其抗裂性。在素砼中，膨脹劑的膨脹作用可補(bǔ)償一部分砼的收縮，因而也能減少開裂的產(chǎn)生。復(fù)合外加劑能提高砼的早期抗裂．主要有以下幾個(gè)原因：

　?、?由于膨脹劑水化后產(chǎn)生的膨脹產(chǎn)物補(bǔ)償了砼的一部分收縮。

　?、?復(fù)合外加劑中的活性礦物能提高砼的早期抗拉強(qiáng)度，因而能減少其早期收縮裂縫的產(chǎn)生。

　　③ 復(fù)合外加劑中的減水劑能降低砼的水灰比，因而減少了其干燥收縮(見圖2)。

圖2
摻復(fù)合外加劑水泥砂漿試件變形曲線

5 結(jié)論

　　以上試驗(yàn)研究及結(jié)果分析表明，道路砼復(fù)合外加劑能提高混凝土的強(qiáng)度、耐磨性和抗收縮能力，其主要機(jī)理是：

　　(1)由于其中的高效減水劑具有吸附分散作用，能在保持相同流動(dòng)性的條件下降低水灰比。

　　(2)硅灰在水泥水化后能填充水泥石中的微孔隙，又可和水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成c—s—H 凝膠體， 因而提高混凝土的強(qiáng)度。

　　(3)隨著混凝土強(qiáng)度的提高，混凝土的耐磨性亦增大。

　　(4) 由于復(fù)合外加劑的微嘭脹作用能補(bǔ)償混凝土的收縮，使混凝土的抗裂性增強(qiáng)。