引言
普通水泥混凝土是一种典型的脆性材料,应用于路面面层易出现开裂断板等早期病害,耐久性也欠佳,因而限制了其在公路工程中的应用。采用外掺聚合物的方式对普通混凝土进行改性,提高其柔性和改善耐久性,并利用聚合物水泥混凝土(PCC)优良的路用性能铺设或修补水泥路面,是对传统意义上水泥路面进行改善的新技术之一。以下将通过室内试验,对PCC的路用性能进行室内研究,以为PCC在公路工程中的推广和应用奠定基础。原材料技术性质、混凝土配比及试验方法原材料性能聚合物技术性质用于道路混凝土改性用的聚合物乳液必须具备以下技术性质:
稳定性良好,以保证与水泥和粗细集料拌和时不会出现分层沉淀现象,也不影响水泥水化。
非酸性,不至于在水泥水化的碱性环境中发生中和破坏,也不会腐蚀构造物中的钢筋。
机械稳定性良好,不仅在长途运输中不会产生离析和分层,而且在机械强力搅拌和振捣作用下也不会出现破乳现象。
引气性低,与水泥和粗细集料一起拌和时不会引入大量气泡。能充分成膜且成膜温度低,能满足我国大部分地区四季施工的需要。
耐水、耐碱和耐酸性能优异。根据上述原则对市售聚合物乳液进行了比较,最终优选了上海巴斯夫化工公司产SD622S水泥专用改性聚合物乳液,其技术性质见表1。
其他试验原材料性能水泥选用42.5#普通硅酸盐水泥,28d抗折强度8MPa;细集料选用天然中粗河砂,细度模数为2.80;粗集料选择最大粒径为31.5mm的连续级配石灰岩碎石;聚合物选用水泥改性专用羧基丁苯乳液;混合料用水选择自来水。试验原材料的其他技术性质均满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F2003)的相关规定。
试验配比
控制混凝土的坍落度为2~4cm,并由此确定不同聚合物掺量PCC的水灰比,室内试验确定的PCC的配合比、最佳振动时间及养护方式见表2。
从表2可见,聚合物具有很好的减水性,掺入聚合物后,在确保混合料流动性(坍落度)大体相当的条件下,混凝土可采用较低的水灰比,减水率最高可达40%以上。
试验方法
强度、抗渗试验、耐磨试验均参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005)方法测定。收缩试验采用室内将试件固定于铁架上,采用千分表测定。粘结强度采用粘结抗弯拉强度评价,即在90d龄期的C40旧混凝土小梁断块上浇筑修补混凝土,全试件尺寸为55x15x15cm,养护至40d龄期后测试其抗弯拉强度。
室内试验结果与分析
强度
PCC的抗弯拉强度与抗压强度测试结果见表3。
分析表3 可以得到以下结论:
(1)与普通混凝土类似,PCC的抗弯拉强度和抗压强度随龄期的增加而增长,但28d后强度增长率更高。(2)随着聚合物掺量的增加,PCC的28d抗弯拉强度相对普通混凝土提高了5~42%,但抗压强度略有降低。(3)随着聚合物掺量的增加,PCC的压折比相对普通混凝土有所降低,幅度逐渐增长,反映了聚合物的掺入提高了混凝土的柔性。抗渗性能PCC的24h渗水高度如图1。
分析图1可见:(1)PCC的抗渗能力随聚合物掺量的增加迅速提高, 当P/C=0.15时,PCC的抗渗高度降至0.5cm,相当普通混凝土的5%。(2)当P/C<0.10时,PCC的渗水高度随聚合物掺量增加而降低的趋势较为明显,而当P/C>0.10时,此趋势有所减缓。此外,观测上述试验数据还可以发现,聚灰比超过0.1的PCC的渗水高度较小,实际已难采用传统的水渗试验法对其进行对比。因此,对于PCC的抗渗能力,应参考对低渗透性混凝土更为敏感的氯离子渗透法进行评价。
耐磨性