水泥砼路面抗盐冻性能研究*

郭敬业, 贾海洋

(1.河南省机西高速公路建设有限公司， 河南 郑州 450000；2.河南中原高速公路股份有限公司， 河南 郑州 450000)

水泥砼路面在长期冻融循环作用下会出现露骨、坑槽等现象，不仅影响其使用性能，也会弱化道路美观。特别是雨雪天气，为保障行车安全，需撒布融雪剂，而融雪剂的主要成分是钠盐，会加速砼路面的冻融破坏。国内外针对水泥砼路面抗盐冻性能作了很多研究，从结构类型及原材料组合方面进行了很多改进，也取得了大量成果，但砼抗盐冻问题仍未解决。该文在水泥砼路面矿料级配设计的基础上，在盐冻环境下对水泥砼进行冻融循环及弯拉强度试验研究，测定不同冻融循环作用次数下水灰比、引气剂、粉煤灰和钢纤维对砼质量损失、相对动弹模量及弯拉强度的影响，通过优化原材料构成，改善水泥砼路面的抗盐冻性能，增加砼结构的使用年限。

1 原材料及配合比设计

1.1 水泥

采用C52.5 普通硅酸盐水泥，技术指标见表1。

表1 水泥的主要技术指标要求

1.2 集料

细集料选用天然河砂，粗集料为石灰岩，粗、细集料的相关技术指标见表2，均满足规范要求。

表2 粗、细集料的主要技术指标

1.3 引气剂、粉煤灰及钢纤维

选用SJ 系列引气剂，其主要性能指标见表3，能较好地改善砼的弯拉强度。粉煤灰能代替部分水泥，达到减少工程成本及改善砼和易性的效果，试验所用粉煤灰的主要技术指标见表4。试验所用钢纤维的抗拉强度不小于800 MPa，长度45 mm，直径0.75 mm。

1.4 配合比设计

基准砼、低水灰比砼、无引气剂砼、粉煤灰砼及钢纤维砼的设计配合比见表5。

2 抗盐冻性能试验分析

影响砼抗盐冻能力的因素很多，包括原材料、施工环境、工艺及养护质量等。进行冻融循环试验和弯拉强度试验，NaCl盐溶液浓度为3%，测定不同冻融循环次数下砼的相对动弹性模量、质量损失及弯拉强度。砼标准试件尺寸为150 mm×150 mm×550 mm。试验前将养生 24 d的标准试件放入浓度为 3%的 NaCl溶液中浸泡 4 d，液体高出试件顶面3 cm 左右，检测其初始相对动弹性模量、质量及弯拉强度。试验时试件冻 2 h、融 2 h为一次冻融循环，冻结温度为-18 ℃，融冰温度为 15 ℃左右，每25次冻融循环测定一次相对动弹性模量及质量损失，每100次测定一次弯拉强度。

表5 5种砼的设计配合比

2.1 水灰比的影响

对基准砼、低水灰比砼分别开展盐冻环境下冻融循环试验及弯拉试验，检测相对动弹性模量、质量损失及弯拉强度与冻融循环次数的关系，试验结果见图1～3。

图1 水灰比对砼相对动弹性模量的影响

由图1可知：低水灰比砼能减缓冻融循环作用下相对动弹性模量的下降，100和200 次冻融循环作用下相对动弹性模量比基质砼分别提高9.27%、12.12%。

图2 水灰比对砼质量损失的影响

图3 水灰比对砼弯拉强度的影响

由图2可知：低水灰比砼能降低冻融循环作用下质量损失，100 和200 次冻融循环作用下质量损失比基质砼分别降低7.69%、10.71%。

由图3可知：低水灰比能改善砼的弯拉强度，0、100和200 次冻融循环作用下弯拉强度比基质砼分别提高7.81%、6.90%、17.02%。

综上，低水灰比不仅能改善砼的弯拉强度，还能增强砼的抗盐冻能力。

2.2 引气剂的影响

对基准砼及未掺引气剂的砼分别开展盐冻环境下冻融循环试验及弯拉试验，检测相对动弹性模量、质量损失及弯拉强度与冻融循环次数的关系，试验结果见图4～6。

图4 引气剂对砼相对动弹性模量的影响

图5 引气剂对砼质量损失的影响

图6 引气剂对砼弯拉强度的影响

由图4可知：未掺引气剂时，冻融循环作用下砼的相对动弹性模量降幅较大，100和200 次冻融循环作用下的相对动弹性模量比基质砼分别降低10.56%、30.09%。

由图5可知：未掺引气剂砼的质量损失显著变大，100和200 次冻融循环作用下质量损失比基质砼分别增大53.85%、64.29%。

由图6可知：未掺引气剂砼的弯拉强度显著降低，0、100和200 次冻融循环作用下弯拉强度比基质砼分别降低4.69%、10.34%、21.28%。

综上，引气剂的掺入不仅能改善砼的弯拉强度，而且抗盐冻能力得到增强。

2.3 粉煤灰的影响

对基准砼及掺粉煤灰的砼分别开展盐冻环境下冻融循环试验及弯拉试验，检测相对动弹性模量、质量损失及弯拉强度与冻融循环次数的关系，试验结果见图7～9。

图7 粉煤灰对砼相对动弹性模量的影响

图8 粉煤灰对砼质量损失的影响

图9 粉煤灰对砼弯拉强度的影响

由图7可知：粉煤灰的掺入能减缓冻融循环作用下砼相对动弹性模量的降低，100和200 次冻融循环作用下相对动弹性模量比基质砼分别提高9.39%、5.99%。

由图8可知：粉煤灰的掺入能降低冻融循环作用下砼质量损失，100和200 次冻融循环作用下质量损失比基质砼分别降低2.31%、25.00%。

由图9可知：粉煤灰的掺入能降低砼的弯拉强度，0、100和200 次冻融循环作用下弯拉强度比基质砼分别降低10.94%、8.62%、2.13%。

可见，粉煤灰的掺入虽然降低了砼的弯拉强度，但显著改善了砼的抗盐冻能力。

2.4 钢纤维的影响

对基准砼及掺钢纤维砼分别开展盐冻环境下冻融循环试验及弯拉试验，检测相对动弹性模量、质量损失及弯拉强度与冻融循环次数的关系，试验结果见图10～12。

图10 钢纤维对砼相对动弹性模量的影响

图11 钢纤维对砼质量损失的影响

图12 钢纤维对砼弯拉强度的影响

由图10可知：冻融循环次数小于100次时，钢纤维的掺入能减缓砼相对动弹性模量降低的速度；冻融循环次数大于100次时，钢纤维的掺入可显著加快砼相对动弹性模量降低的速度；100和 200 次冻融循环作用下掺钢纤维砼的相对动弹性模量比基质砼分别提高4.11%、降低11.19%。

由图11可知：钢纤维的掺入能降低冻融循环作用下砼的质量损失，100和200 次冻融循环作用下质量损失比基质砼分别降低6.15%、28.57%。

由图12可知：钢纤维的掺入能改善砼的弯拉强度，0、100和200 次冻融循环作用下弯拉强度比基质砼分别增大14.52%、20.00%、29.55%。

可见，钢纤维的掺入对砼短期抗盐冻能力不利，但对长期抗盐冻能力有利，掺入钢纤维能改善砼的弯拉强度和抗盐冻能力。

3 结论

通过盐冻环境下冻融循环及弯拉强度试验，分析基质砼、低灰比砼、无引气剂砼、粉煤灰砼及钢纤维砼的弯拉强度及抗盐冻能力，得到以下结论：

(1) 低水灰比砼能减缓冻融循环作用下相对动弹性模量及质量损失的降低，改善砼的弯拉强度和抗盐冻能力。

(2) 引气剂的掺入能增强冻融循环作用下砼的相对动弹性模量，降低质量损失，改善砼的弯拉强度和抗盐冻能力。

(3) 粉煤灰的掺入能减缓冻融循环作用下砼的相对动弹性模量及质量损失的降低，虽然弯拉强度有所降低，但能显著改善砼的抗盐冻能力。

(4) 钢纤维的掺入对砼短期抗盐冻能力不利，但对长期抗盐冻能力有利，钢纤维的掺入能改善砼的弯拉强度和抗盐冻能力。