粗集料对水泥混凝土路面使用性能的影响

2012-08-15郭永军

黑龙江交通科技 2012年6期

关键词：使用性能集料粒径

郭永军

(哈同公路管理处)

粗集料对水泥混凝土路面使用性能的影响

郭永军

(哈同公路管理处)

当前公路建设施工技术条件下，水泥混凝土路面通常是采用水泥、集料和适宜的水分或钢筋进行公路路面铺筑的施工形式。集料对于水泥混凝土路面施工性能有着重要的支撑稳固作用，为有效保障和延长水泥混凝土路面使用期限，基于粗集料对水泥混凝土路面使用性能的影响进行了分析阐述。

水泥混凝土;路面性能;粗集料;影响分析

1 水泥混凝土路面施工中粗集料的性质分析

集料，又称骨料，是构成混凝土材料的重要成分，集料质量对于所构成的混凝土性能影响较大。水泥混凝土材料中，集料主要起骨架支撑作用，同时作为水泥胶凝材料的充填材料，能够有效减少水泥胶凝固化干缩应力造成的结构体积变化。根据集料的颗粒粒径大小，集料通常分为粗集料与细集料两种型号，粒径规格大于4.75 mm以上的集料一般称为粗集料，通常包括岩石天然风化而成的卵石或砾石或者人工轧制的破碎砾石等材料。

相对于水泥混凝土材料来说，粗集料的性质包括物理性质、力学性质和化学性质等类型，粗集料的各种密度、吸水性、耐候性及空隙率等物理常数属于其物理性质;抗压碎能力和磨耗性是路用粗集料力学性质的重要指标，力学性质还包括粗集料的压碎值、冲击值、磨耗值、磨光值等相关性质。密度是粗集料的重要物理特性，通常包括堆积密度、表观密度，表干密度和毛体积密度等，是指一定单位体积物质颗粒的质量、干质量、饱和面干质量或全部毛体积的干质量。吸水性是指集料吸收水份的吸水能力和饱水率，耐候性是指集料抵抗干湿冻融循环以及温度变化等不利气候影响的限值能力。作为检测粗集料相对承载性的重要指标，压碎值是指在连续荷载施加条件下集料抵抗压碎的能力;磨耗性是指集料在一定荷载冲击摩擦阻力综合作用下自身粒径质量体积抵抗外部撞击、摩擦作用的能力，磨耗值是评定路面表层集料抵抗车轮磨耗的能力。冲击值是集料在高速运行车辆的急制动或颠簸过程中产生的路面冲击作用下，抵抗连续重复冲击荷载作用的性能称为冲击韧性。磨光值是指路用集料在承载过程中为满足路面抗滑性所具备的耐磨光性衡量值。粗集料的化学性质涉及到硫化物和硫酸盐等有害杂质含量以及碱集料反应等相关性质。

2 粗集料对与水泥混凝土路面性能的影响

由于受路面行车荷载压力冲击、磨损以及自然冻涨破坏因素的制约，水泥混凝土路面面板在施工和使用中往往会产生磨损、开裂、断板、剥落或起拱、塌陷等诸多影响行车安全舒适性及路面使用期限的病害，水泥混凝土中的粗集料成分通常要占总体积的50% ～80%左右，在水泥混凝土路面结构中发挥着重要的骨架承载和稳固性能，对混凝土路面使用性能的耐久性影响较大。

2.1 粗集料对水泥混凝土路面承载强度性能的影响

水泥混凝土路面粗集料的最大粒径和中间颗粒的级配，是制约路面承载刚度与强度的重要因素。粗集料本身具有的强度耐压性能以及力学性能与其粒径大小和中间颗粒的组合程度密切相关。中间颗粒具有补偿粗集料粒径减小导致砂浆需要量增大的弊端，保障粗集料堆积密实度，稳定路面结构强度的性能。实践表明，粗集料颗粒粒径越大，其表面积越小，界面粘结力也就越小，在施工振捣过程中下沉速度越快，容易造成混凝土内部颗粒分布不均匀，从而影响混凝土抗折强度。如果在路面施工中相关粗集料的化学成分及杂质含量过高，吸水性与饱和率过大，级配粒径控制不严格，将会造成粗集料自身压碎值降低，路面粗集料间的孔隙率过大，导致水泥混凝土路面的承载强度性能在荷载反复作用下遭到不同程度的破坏。

2.2 粗集料对水泥混凝土路面耐磨抗耗性能的影响

路面磨损是水泥混凝土路面常见的现象，路面耐磨抗耗性能，是指路面结构所具有的抵抗车辆轮载运行对路面造成耗损劣化的能力。水泥混凝土路面通常是由一定级配的砂石与水泥按比例进行混合拌制后浇筑施工而成，其集料的抗磨蚀性能相对不一。水泥混凝土路面的耐磨抗损程度取决于混凝土中粗集料的比例及其抗磨蚀性能，混凝土强度越高，路面耐磨耗性就越大。事实上，粗集料颗粒的级配与分布均匀程度，对路面面板表层的耐磨耗性能乃至整个路面的寿命关系很大，粗集料颗粒级配或分布不均匀，中间颗粒过少，造成混凝土砂浆含量过多，导致路面孔隙通道较多，容易在使用过程中被压碎和侵蚀，降低了混凝土面层的整体强度。当水泥混凝土路面受到高速行车车辆轮载的重压、摩擦、切削等磨蚀破坏作用时，其破坏力首先作用于混凝土路面表层之上，随着路面集料颗粒凸出程度的增加，其顶面遭受车辆轮载磨蚀的作用力不断加大，造成磨蚀速度随之相应增加。同时，路面水泥层受磨蚀的作用力则随集料凸出程度的增加而减小。因此混凝土粗集料的粒径普遍较大、单级配且针片状颗粒较多，含泥量超标严重，都会影响到路面整体耐磨抗耗性能。

2.3 粗集料对混凝土路面抗冲击与疲劳性能的影响

就水泥混凝土路面的耐久性而言，抗冲击与疲劳强度是优化路面使用性能延长其使用寿命与期限的重要因素。路面高速荷载行车过程中，由于重压及惯性阻力的作用，行车荷载对路面会形成反复冲击破坏作用，疲劳性性是路面整体性能的重要体现，路面混凝土的强度与水灰比指标一定的情况下，粗集料的颗粒形状及强度要求，影响拌和物的和易性及可压实性能。如果水泥混凝土中的粗集料的粒径过小、中间颗粒强度分布不均匀，造成粗集料的孔隙率过大或承载力弱化，将会严重降低路面混凝土面板的抗冲击与疲劳强度。研究资料表明，尖棱角与片针状颗粒会互相嵌锁，使混凝土难以密实，混凝土粗集料的最大粒径越小，其抗冲击与疲劳强度就越好，采用圆角粗集料可以延长混凝土路面的使用寿命。