高校校园道路路面混凝土强度检测与评价

2021-06-24黄文强张定邦简嘉俊曹志国

湖北理工学院学报 2021年3期

黄文强，张定邦*，简嘉俊，曹志国，张礼，齐港

(1.湖北理工学院土木建筑工程学院，湖北黄石 435003；2.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

0 引言

湖北理工学院校内主干道路有2条，分别为临磁湖的外侧A线和靠青龙山的内侧B线，路面为水泥混凝土结构。受自然环境、车辆荷载等影响，其表层出现了不同程度的磨损，部分路段甚至出现了沉陷、断板、开裂、角隅破碎、龟裂等不同程度的破损。此外，路面使用性能出现了不同程度的下降，且缺乏必要的评测数据，直接影响了道路使用和日常维护效率。因此，对湖北理工学院A线、B线道路路面混凝土进行性能检测与评价是非常必要的。

一般情况下，可采用回弹法测量水泥混凝土路面的强度，并进行性能评价。目前，针对回弹法的研究主要集中在回弹法与其他路面强度检测方法的对比、碳化深度对回弹法测强的影响以及回弹法在检测混凝土强度方面的应用等方面[1-4]。王林杰等[1]分析了回弹法、钻芯法、手持落锤式回弹仪法测强以及超声回弹综合法的优缺点，对各种测强方法的步骤、原理及经济实用等进行了比较。孟军涛[2]通过碳化试验研究了碳化反应的重要性及其对回弹法测强的影响。目前，关于回弹法测强的应用研究主要集中在公路与城市道路，而用于检测校园道路的混凝土性能的相关报道较为少见。鉴于此，本文以湖北理工学院A线、B线道路为研究对象，检测路面混凝土的强度，评价和揭示其性能分布规律，旨在为校园道路日常维护和改扩建提供理论依据。

1 路线平面图测绘和测点布置

1.1 路线平面图测绘

路线平面图测绘的目的是更加直观地体现道路地形、车流量以及人群荷载等信息，并将此作为确定路面混凝土性能的测试点的依据[5]。此次路线平面图的测绘采用南方测绘公司生产的SOUTH NTS310系列全站仪NTS-312L。

使用全站仪测绘路线平面图的主要任务包括全站仪的检验与校正、踏勘测区、拟定布网方案、定向、测量、外业手簿的检查和整理、绘制控制网略图、导线网平差计算、坐标输出、编制平面控制成果表以及展绘平面图[6]。

绘制完成的道路平面图如图1所示。图1中红色线为道路边线，蓝色线为建筑物轮廓线，黑色线为典型样本所在区域。

图1 道路平面图

1.2 测点布置

湖北理工学院校内道路路面由水泥混凝土板块构成，各板块尺寸为长×宽=5.1 m×4.2 m。A线道路为外侧道路，靠近桂林北路，起点为碧桂园教工生活小区东侧门，终点为腾龙学生公寓前门，经过东门转盘、中门广场以及西门，共462个水泥混凝土板块。B线为内侧道路，靠近青龙山，起点为碧桂园教工生活小区后门，终点为腾龙学生公寓后门，经过中心花坛、T2图书馆、化工学院大门，共440个水泥混凝土板块。

根据A线、B线道路的实际情况，选取40个典型样本。样本布置见表1。

表1 样本布置

2 实验检测

检测项目主要包括水泥混凝土路面的回弹值与碳化深度。

2.1 回弹值检测

根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23-2011)，每个样本为1块混凝土板，在每个样本上选取5个测区，测区间距为20 cm，测区与板块边缘的间距为20 cm。每个测区布设16个测点，各测点的实验数值平均值即为检测数据。采用的回弹值检测设备为HT225型回弹仪，其测强范围是10～60 MPa。

2.2 碳化深度检测

水泥混凝土的碳化过程实质上是其内部的Ca(OH)2与空气中的CO2反应生成CaCO3从而失去碱性的过程。混凝土本身呈碱性，碳化后变成酸性，而酚酞试剂具有遇酸不变色遇碱变红的特点，故可采用酚酞试剂检测混凝土碳化深度[7]。

测定前，将待检测的混凝土表面清理干净，用记号笔绘出检测网格。测定时，用铁锤与錾子在检测网格中点处凿1个直径为15 mm、深度为10 mm左右的洞，用橡皮吹清理粉末及碎屑，使用酚酞试剂对洞口喷洒，用碳化深度尺测量不变色区域的深度，即为碳化深度值。

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2.3 混凝土强度的计算

将测得的16个回弹值中最大的3个回弹值和最小的3个回弹值舍弃，取中间的10个回弹值作为计算数据，按式(1)计算。

(1)

式(1)中，Rm为测区平均回弹值(MPa)；Ri为第i个测点的回弹值(MPa)。

3 数据分析与评价

3.1 碳化深度

A线、B线道路样本的碳化深度分布如图2所示。由图2(a)可知，A线道路的碳化深度变化范围为0.7～2.3 mm，最大碳化深度出现在东门转盘范围的15号样本处。此外，13～17号样本的平均碳化深度大于1～5号样本的平均碳化深度，1～5号样本的平均碳化深度大于6～12号样本的平均碳化深度，即在1～17号样本中，东门附近道路的碳化深度最大，西门其次，中门最小。这是因为A线道路的车流量较大，车轮荷载对路面混凝土的影响较大，因而碳化深度较大。

由图2(b)可知，B线道路的碳化深度比A线道路的小，其变化范围为0.14～0.6 mm。这是因为，B线道路的样本都位于车流量较小路段，车轮荷载对路面混凝土的影响较小。此外，B线道路34～40号样本的平均碳化深度大于26～33号样本的平均碳化深度，26～33号样本的平均碳化深度大于18～25号样本的平均碳化深度。由于人流量和车流量较大，因此中门广场南侧路段碳化深度最大；由于人流量和车流量非常小，因此西体育场西侧路段碳化深度最小。

(a) A线道路

(b) B线道路

3.2 混凝土强度

A线、B线道路样本的混凝土强度分布如图3所示。由图3可知，A线、B线道路样本的混凝土强度均大于20 MPa，说明A线、B线道路路面混凝土的强度满足行业规范和日常使用要求。

由图3(a)可知，A线道路路面的混凝土强度变化范围为24.4～33.9 MPa，但由于车辆荷载作用造成的碳化影响程度不同，混凝土强度出现不均匀现象，即在A线道路的1～17号样本中，东门路面(1～5号样本)的混凝土强度最小，西门其次，中门最大。同时，受路面局部修补、路面磨耗造成的骨料外露等因素的影响，A线道路路面的混凝土强度曲线呈现上下波动现象。由图3(b)可知，B线道路路面的混凝土强度变化范围为32.1～35.9 MPa。因受车辆荷载作用造成的碳化对路面混凝土强度影响程度较小，故在B线道路的18～40号样本中，西体育场路面(18～26号样本)的混凝土强度略大于中门广场南侧路段(35～40号样本)。同时，由于车流量小，路面完整性较好， B线道路路面的混凝土强度分布曲线较均匀。