聚合物改性多孔混凝土冻融特性研究

2013-02-01甘肃路桥建设集团有限公司甘肃兰州730030

中国建材科技 2013年5期

曹晖（甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃兰州 730030）

多孔混凝土作为一种新型混凝土路面结构，基于表面开口、内部贯通的孔隙特征，具有良好的排水、抗滑、降噪及防眩光特性，在道路混凝土的透水基层、低交通量的透水路面以及停车场等方面得到广泛应用。国外对多孔混凝土路面的研究开始较早，20世纪70年代，欧洲与日本水泥协会按照磨耗层设计，主要将其作为路面表层使用。随后，美国按照全厚式设计，将其用于停车场或低交通量道路混凝土结构中，用来减小暴雨及路面积水的影响[1]。近年来，国内对于多孔混凝土的研究，主要集中在配合比设计、收缩性能及路用性能等方面[2-4]。赵跃[5]、郑木莲[6]等人对多孔混凝土抗冻性评价指标和方法进行了探讨，而缺乏对多孔混凝土抗冻性能的研究。本研究基于对多孔混凝土路面的冻融破坏特征分析的基础上，针对不同配比的基准多孔混凝土、含砂多孔混凝土及聚合物改性多孔混凝土，采用快冻法进行冻融循环试验，并以冻融前后的质量损失及外观作为评价指标，研究集料类型、砂及改性聚合物对多孔混凝土抗冻性能的影响，对季冻地区多孔混凝土路面的使用和推广，具有重要的指导作用。

1 试验用原材料及组成设计

1.1 原材料

采用祁连山42.5级普通硅酸盐水泥；粗集料选用洁净、坚硬、耐久，粒径4.75~9.5mm的石灰岩碎石与砾石；外加剂选用上海花王的松香引气剂、山西黄腾UNF-1型萘系高效减水剂；水泥改性聚合物采用丁苯橡胶乳液，其各项技术指标如表1所示。经检验，上述材料各项技术指标均符合规范的相关要求。

表1 丁苯乳液的物理状态

1.2 配合比

冻融循环试验中，所用的基准混凝土、含砂混凝土及聚合物混凝土配合比如表2所示，并采用振动压实的成型方式，进行多孔混凝土试件的室内成型。

2 冻融循环试验

冻融循环试验，参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中的抗冻性试验方法进行。试件尺寸为150mm×150mm×150mm，按表2所示配合比成型6组试件，每组3块。试件于标养室养护28d，后4d作浸水处理，确保冻融循环试验在饱水状态下进行。试验时，冻结温度为-15～-17℃，融化温度为5～8℃，单个循环周期2～4h。基于多孔混凝土试件在反复冻融作用下，主要表现为表皮脱落及外形破坏，试验采用质量损失及外观描述的方法，进行多孔混凝土抗冻性能的评价。对于6种不同配合比的多孔混凝土，冻融循环次数为0~300次。

3 试验结果与分析

3.1 基准混凝土试验结果分析

未掺机制砂或改性聚合物的基准多孔混凝土，其冻融循环试验结果如图1所示，基准试件冻融前后外观如图2所示。

图1可以看出，粗集料分别采用砾石、石灰岩碎石的基准多孔混凝土，反复冻融后，由于表面脱落引起质量损失达到15%时，其循环冻融次数分别为153次、196次。此时，进入多孔混凝土内部孔隙及毛细孔中的水分受冻后，伴随体积膨胀产生较大的渗透压力及膨胀压力，造成多孔混凝土内部结构的破坏。结合图2可以看出，基准多孔混凝土的抗冻性能与粗集料的性质有很大关系。

表2 多孔混凝土配合比

图1 基准混凝土冻融试验结果

图2 LS-1冻融前后混凝土试件外观

3.2 改性多孔混凝土冻融试验结果

掺机制砂或改性聚合物的孔混凝土冻融循环试验结果及试件外观如图3、图4所示。

图3 改性多孔混凝土冻融试验结果

图4 LS-2、SH-3冻融前后混凝土试件外观

图3可以看出，掺机制砂的砾石多孔混凝土LS-2，历经300次冻融循环作用后，质量损失仅为2.1%，相比其它两组砾石多孔混凝土，其抗冻性能有较大改善。其原因是掺入机制砂后，砾石多孔混凝土中水泥净浆转变为水泥砂浆，使胶结材料的含量大幅增加，有利于提高砾石多孔混凝土的抗冻性。然而，对于同时掺入机制砂及改性聚合物的改性多孔混凝土LS-3，其抗冻性能相比LS-2略有下降，因为改性聚合物代替减水剂和引气剂，改变多孔混凝土性能的同时在其内部产生一定数量的气泡，从而起到“引气”作用。通常该作用较弱，产生的气泡数量有限，故聚合物多孔砾石混凝土LS-3的抗冻性能较LS-2稍弱。

此外，掺入机制砂及改性聚合物的碎石多孔混凝土SH-3，并未使其抗冻性能得到相应提升，反而较SH-2有较大下降。分析其原因主要是因为外加剂及聚合物，使得裹附在随时表面的胶结料增多，减少了多孔混凝土中水泥净浆与砂浆含量，在冻融循环作用下，聚合物改性多孔碎石混凝土中的水泥净浆与砂浆首先发生冻胀破坏，即聚合物改性多孔混凝土的抗冻性能由集料和胶结料的含量及冻融特性共同决定，图4所示冻融前后试件外观亦可证实这点。