外掺材料对多孔水泥混凝土路用性能的影响研究

甘旭东

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)



外掺材料对多孔水泥混凝土路用性能的影响研究

甘旭东

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

文章测试了聚合物与硅灰对多孔混凝土的轴心抗压强度、抗折强度、弹性模量、抗冻性以及排水性的影响。结果表明：硅灰、粉煤灰可以有效提高多孔混凝土的力学性能，改善多孔混凝土的冻融耐久性；外掺材料的使用会降低多孔水泥混凝土的孔隙率

道路工程；多孔水泥混凝土；硅灰；粉煤灰

0 引 言

隧道存在着其特殊环境：①内部潮湿较大，进入隧道中水(地下水、汽车带入、地表径流等)不易散失和排除，从而导致水损坏和抗滑系数衰减；②环境封闭，存在较大的噪声污染。多孔水泥混凝土路面很好的解决了隧道内排水和降噪问题，但是随着孔隙率的增加，强度和耐久性会下降，使得高等级路面的力学性能难以满足要求。

本文针对多孔水泥混凝土存在的问题，通过加入硅灰、粉煤灰、减水剂等外掺材料，研究不同掺量的外掺材料对其路用性能的影响。力求将多孔水泥混凝土的声学性能、抗滑性、排水性、力学性能和耐久性能有机地统一，达到最优化。

1 试件成型与试验准备

1.1 原材料

制作多孔水泥混凝土试件所用水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；粗集料选用各项指标满足要求的玄武岩；粉煤灰选用I级超细粉煤灰，呈灰褐色；硅灰采用超细活性硅灰，比表面积为4577.6 m2/kg，要求SiO2质量分数>85%；减水剂选用江苏博特新材料有限公司提供的PCA羧酸类混凝土高效减水剂，具有高效减水和增强等功能。

1.2 试验方案

(1)试件成型。试件采用振动-碾压成型方法制成300mm×300mm×100mm的水泥混凝土试件，共成型八组试件，试件编号及外掺材料如表1所列。

表1 多孔水泥混凝土强度试验方案

注：F代表粉煤灰；G代表硅灰；减水剂为水泥用量(按400kg计算)比例。

(2)抗压强度与抗折强度试验。试件尺寸为100mm×100 mm×300mm，由车辙板切割而成，每组成型试件3块，参照《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ053-94)中试验方法测试其7d、28d和90d期龄下抗折抗压强度。

(3)弯拉弹性模量试验。试件尺寸为100mm×100 mm×300mm，期龄28d，用3分点加荷的方式进行试验，跨度为235mm，采用电液伺服万能试验机装置，按恒位移控制方法加载，位移速率为2mm/min，计算机自动采集数据，得到荷载一挠度曲线，取F0=3 kN至50%极限荷载F0.5处的割线模量。通过荷载F0.5/2的跨中挠度公式反算求得混凝抗弯拉弹性模量Ef。

(4)冻融循环试验。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中沥青混合料冻融劈裂试验，试件尺寸为100mm×l00 mm×100mm，期龄90d，分为两组，每组3个，通过计算冻融后其抗压强度损失率来表征多孔水泥混凝土的抗冻性能。

(5)排水性能试验。参照《沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004),采用渗水仪测试10cm厚的板状试件渗水系数。

2 试验结果

2.1 硅灰、粉煤灰对多孔混凝土强度的影响

硅灰、粉煤灰对多孔混凝土强度的影响的试验结果如表2所列。

表2 抗压抗折强度

由表2数据显示：无论是内掺还是外掺硅灰、粉煤灰，多孔水泥混凝土的抗压强度都得到明显提高。复合外掺硅灰、粉煤灰的水泥混凝土强度最高，28d强度可达到30.3MPa，90d达到32.13MPa。单独掺入硅、粉煤灰，可分别改善混凝土的早期强度和后期强度。

无论是内掺还是外掺硅灰、粉煤灰，多孔水泥混凝土的抗折强度也都得到明显提高。复合外掺硅灰、粉煤灰，各龄期抗折强度都最高，28d时达到3.90MPa，90d可达到4.54MPa比基准混凝土高40%。单独掺加粉煤灰时，早期外掺粉煤灰强度较高，但90d时却基本相同，都明显高于基准水泥混凝土(提高25%)。单独掺加硅灰时，外掺的改善效果却比内掺提高15%。

复合內掺下多孔水泥混凝土的强度低于复合外掺，但由于其减少了水泥用量，具有更高的经济优势。

2.2 硅灰、粉煤灰对多孔混凝土弯拉弹性模量的影响

硅灰、粉煤灰对多孔混凝土弯拉弹性模量的影响如表3所列。

表3 弯拉模量

由表3数据显示： 粉煤灰、硅灰可以明显提高多孔水泥混凝土的弯拉模量，复合外掺多孔水泥混凝土弯拉模量比无外掺材料的多孔混凝土模量提高20%。普通密实性水泥混凝土弯拉模量一般为27000-31000MPa，多孔水泥混凝土模量约是密实性混凝土的30%-40%。

2.3 硅灰、粉煤灰对多孔混凝土抗冻性的影响

硅灰、粉煤灰对多孔混凝土抗冻性的影响，如表4所列。

表4 冻融循环数据汇总表

经冻融循环后，多孔水泥混凝土试件无剥落现象，根据表4实验数据可得如下结论：①粉煤灰和硅灰的掺加可以降低冻融后的强度损失百分率，提高多孔水泥混凝土的耐久性；②外掺粉煤灰和硅灰会使试件内有效孔隙率降低，因此虽然冻融后试件的强度较高，但抗冻性能不如内掺试件。

2.4 硅灰、粉煤灰对多孔混凝土排水性的影响

硅灰、粉煤灰对多孔混凝土排水性的影响，如表5所列。

表5 多孔水泥混凝土渗水系数

由表5试验数据显示：①多孔水泥混凝土具有良好的排水性能； ②多孔水泥混凝土的有效空隙率与其渗水系数成正比。③外掺试件的排水性明显低于内掺试件，但在渗水试验中，FGW-104试件仍能快速排除水分，满足隧道路面的排水要求。

综合考虑强度及排水性能指标，对于重载交通路段目标孔隙率为17%-18%(外掺法)，轻型交通路段目标孔隙率为20%-21%(内掺法)。

3 结 论

硅灰、粉煤灰的掺入对多孔水泥混凝土各龄期的抗压、抗折强度、弹性模量以及耐久性都有较大的提高。各种掺加方式中复合掺加硅灰、粉煤灰时的提升效果最为显著。

硅灰、粉煤灰的掺入对多孔水泥混凝土的排水性能有一定的负面影响，但是仍然具有良好的排水性能。

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(责任编辑 陈化钢)

The study of extra mixture material's influence on road performance of porous cement concrete

GAN Xu-Dong

( Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.,Ltd，Hefei 230009, China)

This paper tests the influence of polymer and silica fume's the on the axial compressive and flexural strength，modulus of elasticity，rost resistance and drainage performance of porous cement concrete. The result shows that fly ash and silica fume can effectively improve the mechanical and freeze-thaw durable properties of porous cement concrete.The use of extra mixture material could decrease the porosity of porous cement concrete.

road engineering；porous cement concrete；ultra-fine fly ash； silicon ash

2015-09-28；

2015-10-12

甘旭东(1987-)，男，安徽六安人，工程师，硕士，从事公路和桥涵设计工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.04.002

TU 411.01

A

1671-6221(2015)04-0004-04