摘要：寒泠地區(qū)水泥混凝土路面不僅受到磨蝕破壞而且還受到凍融剝蝕破壞，因此水泥混凝土路面耐久性不僅要保證耐磨性還要保證抗凍性。通過研究混凝土凍融—磨耗破壞機理得知，為了提高路面混凝土的抗凍耐磨性能，應提高混凝土的密實度、抗拉強度和韌性，以防止和抑制表面酥皮及裂隙的產生與發(fā)展。在一般高性能混凝土配比基礎上，添加纖維與原高性能混凝土中粉煤灰組成復合摻合料，通過改善混凝土微觀組織結構和利用纖維特性提高混凝土上述相關性能。
關鍵詞：水泥混凝土路面、耐久性、凍融—磨蝕、纖維
1前言
近幾十年，混凝土結構物因材質劣化導致過早失效乃至破壞崩塌的事故在國內外屢見不鮮。在日本沿岸，許多港灣橋梁等建筑物建成后不到10年的時間，混凝土表面即出現(xiàn)開裂、剝落、銹蝕鋼筋外露。美國國家材料顧問委員會1987年提交的報告指出，約有近26萬座混凝土橋面板出現(xiàn)不同程度的破壞(其中部分只使用不到20年)，而且每年還將增加3萬多座。同年Litvan和Bickley發(fā)表的對加拿大停車場的檢驗報告，發(fā)現(xiàn)大量停車場在遠比預計服務壽命要早得多就出現(xiàn)破壞。我國情況也亦如此。目前各國家用于混凝土工程維修的費用大約是混凝土生產現(xiàn)值的50倍左右。因此重視混凝土工程耐久性滿足結構物的使用性能變的越來越迫切。
路面結構以薄板為主，同時承受動載作用，因此對路面結構性能要求多。加上地區(qū)氣候的影響，寒冷地區(qū)水泥混凝土路面主要耐久性指標是抗凍性與耐磨性。通過對水泥混凝土路面抗凍性和耐磨性的研究，證明提高混凝土密實度、抗拉和韌性可提高混凝土抗凍耐磨性。纖維和粉煤灰是混凝土常用的兩種摻合料，可分別顯著改善混凝土的抗拉、抗裂、韌性和密實度。運用雙摻法優(yōu)化兩種材料摻量制成復合摻合料以增強混凝土抗凍耐磨性。
2原材料與試驗方法
2.1原材料
2.1.1 石料
選用微孔玄武巖碎石，兩種2-3cm、1-2cm規(guī)格，大、小石料比例為6:4。
2.1.2 砂
選用砂的主要性能數(shù)據(jù)見表1。
2.1.3 水泥
水泥為哈爾濱水泥廠生產的天鵝牌32.5級和42.5級普通硅酸鹽水泥。
2.1.4 摻合料
選用哈爾濱第三電廠生產的優(yōu)Ⅰ級灰作為摻合料。具體性能試驗數(shù)據(jù)見表2。
2.1.5 外加劑
高效減水劑是天津雍陽減水劑廠生產的UNF-5，其主要成分為β－萘磺酸甲醛縮合物。 引氣劑是上海生產的粉劑SJ-2。
2.1.6纖維
采用有機聚丙烯晴和無機長、短巖棉三種纖維，性能見表3。
2.1.7混凝土配合比
混凝土強度等級為C30,坍落度7-9cm,含氣量控制為5%。配比見表4。
2.2試驗方法
為考察和分析纖維對混凝土抗凍害及耐磨蝕性能的影響，采用纖維混凝土抗壓、抗拉、沖擊韌性及凍—磨聯(lián)合試驗。凍—磨聯(lián)合試驗是在飽和狀態(tài)下先進行水下沖磨﹝DL/T 5150-2001﹞12小時然后進行快速凍融試驗50次，以此循環(huán)進行，試驗以凍融循環(huán)200次為準，考察衡量各試件的重量損失百分率。凍—磨試件尺寸為Φ 30×10cm。磨耗試驗裝置見圖1和圖2?？焖賰鋈诓捎脼r青混合料凍融箱。
3試驗結果與分析
3.1試驗結果
纖維混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度、沖擊強度、凍—磨試驗結果分別見表5、表6、表7、表8。
3.2數(shù)據(jù)分析
3.2.1通過對纖維混凝土力學試驗結果和凍—磨作聯(lián)合作用試驗結果的研究分析，可以看出，無論纖維品種和長短，添加纖維均可以改善和提高混凝土的抗凍耐磨性能、抗拉強度和沖擊韌性。
3.2.2上述試驗結果表明,有機纖維在提高混凝土抗拉強度，沖擊韌性和凍—磨聯(lián)合作用方面最顯著，其次是無機短纖維和無機長纖維最次。無機纖維增強效果不比有機纖維，主要是無機纖維彈性模量低[1]；無機長纖維不如短纖維增強效果，只要是長纖維在纖維軸向具有較高的剛度和強度而在橫向強度較弱，導致各向不同性，且長纖維在水泥石中分散性也不理想，無機短纖維在基體中三維分布基本上是各向同性的［2］，固在提高混凝土的抗拉強度和韌性時比較顯著。
3.2.3從劈裂試驗試件破壞斷面看，纖維多數(shù)為拉斷，少量為拔出，表明纖維與混凝土間的粘結性良好(見圖3), 纖維在混凝土裂縫中起橋聯(lián)作用[3](見圖4),這樣當荷載作用時,纖維增加了混凝土對能量的吸收，抑制了裂縫的發(fā)展，改善了混凝土斷裂行為，增加了混凝土的變形能力和韌性。當凍融與磨蝕聯(lián)合作用時，無論是先磨還是先凍，只要是破壞了混凝土表面的水泥石組織，造成“起砂”、“酥皮”，兩種作用就會互為促進，加劇混凝土的劣化。沖磨破壞似機械手把凍融破壞形成的薄弱連接部分清走，露出新鮮表面使破壞逐漸向混凝土內部發(fā)展，最終導致混凝土破壞。摻加纖維后，混凝土表面抗拉強度、韌性提高抑制了“起砂”、“酥皮”的產生和發(fā)展，因此提高了混凝土抗凍及耐磨性。
4結論
4.1利用纖維改善混凝土抗凍耐磨性能時，應注意選擇纖維的品種、摻量及長度等指標。尤其纖維長度和骨料最大粒徑要匹配，這樣可顯著提高混凝土的韌性，降低荷載作用時的變形，增大能量的吸收，提高混凝土抗裂性、抗沖擊性，從而提高混凝土抗凍、耐磨性能。
4.2從試驗中選用的纖維來看，有機纖維（聚丙烯腈）對于阻止混凝土裂縫擴展、改善混凝土裂后行為等效果優(yōu)于無機纖維，加之其耐光性好、抗腐蝕性好、價格相對較低等優(yōu)點，它是混凝土理想的阻裂、增韌材料，可用于道路和橋梁結構，用于提高混凝土的抗裂性和韌性；亦可用于水工混凝土的易沖刷部位，提高混凝土的抗沖刷耐久性。
4.3摻加纖維混凝土增加成本分析,表5。
參考文獻：
?。?］鄧宗才.高性能合成纖維混凝土.科學出版社.2003.
?。?］肖桂彰,主編. 道路復合材料 人民交通出版社,1999.
?。?］易成，謝和平，孫華飛. 鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能與工程應用. 科學出版社. 2003
[作者簡介] 呂麗華（1963—），女，副教授。
[單位地址] 黑龍江省哈爾濱市和興路26號（150040）
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[基金項目] 交通部西部建設項目（NO.200331882008）和黑龍江省科技攻關項目（NO.GZ04A612）
