道路砼复合外加剂及其作用机理研究

摘要：本文通过正交试验，研制出一种复合外加荆，井通过x一射线衍射分析、浆一集界面过渡层显微硬度试验厦砂浆耐磨性试验分析了复合外加剂的作用机理。

关键词：混凝土、硅灰、减水剂、耐磨性、抗裂性

１我国水泥砼路面的发展趋势

　　随着我国交通业的发展，水泥砼路面由于承载能力太、使用寿命长、养护费用少等优点因而在高等级公路中应用较多；然而，随着砼路面的广泛使用，路面砼的性能亦出现了许多问题，主要表现在以下几个方面：

　　(1)砼强度较低，断板率比效高。

　　(2)砼塑性收缩及温度变形相对来说较大。当砼收缩产生的拉应力大于其抗拉强度时就出现裂缝，而且不易修补，影响路面砼的质量。

　　(3)路面耐磨性差，在使用几年之后就出现较大磨损 抗滑能力下降，影响行车速度及行车安全。

　　为了解决上述问题，70年代末期我国首先对钢纤维砼的物理力学性能进行研究80年代初期，我国又开始了振动碾压砼的研究，并铺筑了试验路段。但是这几种砼由于造价较高，或施工机械化程度较高、配套性较强，难以大面积推广，仍处于试验阶段。

　　随着外加剂在我国的应用和推广，采用外加剂和掺和料的方法来改善道路砼的性能，因其工艺过程简单、施工方便且造价低廉易为大多数施工单位所接受。本文在大量砼性能试验的基础上分析复合外加剂对砼各种性能的影响。

2 掺复合外加剂砼性能试验设计

　　为了提高道路砼的强度、耐磨性及抗裂性，复台外加剂采用三种组分，即膨胀剂、高效减水剂、活性掺活料(硅灰)。通过正交试验选出三种组分的最佳比例组成复合外加剂，再以不同掺量的砼来测定砼的抗压强度、抗折强度、耐磨性等性能；此外，为了从微观上了解复台外加剂对混凝土性能的影响，我们还对掺外加剂混凝土进行了混凝土浆一集界面显微硬度试验，水泥浆体x～ 射线衍射分析试验。

3 试验结果

试验结果见表1及表2。

表1 复合外加剂对混凝土强度的影响

表2 掺复合外加剂水泥砂浆耐磨性能试验

结果

4 复合外加剂提高砼性能机理分析

　　从上面的试验结果可知，掺复合外加剂能提高混凝土的抗压强度、抗折强度、耐磨系数．下面分别对其进行分析。

　　(1)对强度的影响分析 众所周知，提高砼强度的主要方法是降低砼的水灰比、提高水泥浆和集料的界面粘接强度、降低水泥石的孔隙率、改善孔结构。在普通砼中，虽然水泥石只占其总体积的四分之一左右，但是水泥石对砼性能的影响却是主要的。因此在研究砼性能时必须研究水泥石本身的性能和其内部组织结构的关系，水泥石的微观结构往往对砼的许多物理力学性能有着重要的影响。

　　可认为，在砼中掺人复合外加剂后．由于减水剂的吸附分散作用，在水泥颗粒表面形成一层单分子或多分子吸附膜，能使水泥早期的水化速度有所降低，这种延缓作用有助于水化产物生长的更加充分完整，水化产物互相搭错交互莲生的更为紧密，进而使内部孔隙率减少；其次，复合外加剂中的活性矿物也由于减水剂的分散作用而被均匀的分散在水泥浆体中，它能填充在毛细孔和凝胶孔中，使砼的空隙率降低，又由于它能和水泥的水化物ca(OH) 反应生成C—S—H凝胶体，使水泥石中凝胶体的数量增多， 同时它和ca(OH) 的反应降低了溶液中的碱度，使水泥水化更为充分、水泥的有效利用率提高。从砼显微硬度曲线中也可以发现，掺复合外加剂的砼不仅浆一集界面过渡层的强度提高。同时水泥浆基体的强度也增大(见图I)。

图I 掺复合外加剂混凝土显微硬度曲线

　　(2)对砼耐磨性的影响分析。砼的耐磨性是砼的耐久性能之一，在道路砼中，根据其受力特点，主要有磨粒磨损和疲劳磨损两种形式。由于复合外加剂能降低砼的孔隙率、微裂缝等原生缺陷，减少了引起疲劳磨损的应力引发源， 同时， 由于复合外加剂能提高砼浆一集界面的粘结强度，使砼表面的骨料不易脱落，也能提高其抗磨粒磨损的能力 当然砼的抗磨损能力与材料组成、水灰比和受力条件等多方面的因素有关。

　　(3)对砼早期抗裂性的影响。由于道路砼施工条件复杂、砼摊铺面积大受外面环境条件的影响较大。因此在凝结和硬化过程中干燥和温度裂缝较易形成，在使用时，由于受车辆反复荷载的作用，这些早期裂缝必然引起疲劳开裂。同时影响砼的抗冻、抗磨损等长期性能，因此在道路砼中如何减少道路砼中的早期裂缝已成为道路砼性能研究中的一个重要课题。

　　众所周知．在砼中掺人一定量的膨胀剂可配制成膨胀砼，在钢筋砼中，由于砼的膨胀而对钢筋产生拉应力，使砼受压，即在砼中建立一定的化学预应力。这种预应力可抵消一部分由于砼收缩而产生的拉应力，从而提高其抗裂性。在素砼中，膨胀剂的膨胀作用可补偿一部分砼的收缩，因而也能减少开裂的产生。复合外加剂能提高砼的早期抗裂．主要有以下几个原因：

　　① 由于膨胀剂水化后产生的膨胀产物补偿了砼的一部分收缩。

　　② 复合外加剂中的活性矿物能提高砼的早期抗拉强度，因而能减少其早期收缩裂缝的产生。

　　③ 复合外加剂中的减水剂能降低砼的水灰比，因而减少了其干燥收缩(见图2)。

图2 掺复合外加剂水泥砂浆试件变形曲线

5 结论

　　以上试验研究及结果分析表明，道路砼复合外加剂能提高混凝土的强度、耐磨性和抗收缩能力，其主要机理是：

　　(1)由于其中的高效减水剂具有吸附分散作用，能在保持相同流动性的条件下降低水灰比。

　　(2)硅灰在水泥水化后能填充水泥石中的微孔隙，又可和水泥的水化产物Ca(OH)：发生化学反应生成c—s—H 凝胶体， 因而提高混凝土的强度。

　　(3)随着混凝土强度的提高，混凝土的耐磨性亦增大。

　　(4) 由于复合外加剂的微嘭胀作用能补偿混凝土的收缩，使混凝土的抗裂性增强。