针片状集料含量对道路水泥混凝土性能的影响

时间：2024-07-28

董自军

（吴江市双龙市政建设有限公司，江苏苏州 215200）

0 引言

随着科技的不断进步，水泥混凝土在道路工程中得到了广泛运用，能否合理运用水泥混凝土进行工程建设，直接影响着道路的路用性能和使用寿命。集料作为水泥混凝土的重要组成部分，集料技术的规范应用至关重要。由于对集料的不规范应用，我国的道路建设经常出现路面裂缝、坍塌等问题。本文通过总结实验设计，研究提出针片状集料含量对道路水泥混凝土性能的影响，找出集料技术规范的新指标。

1 试验方案

1.1 试验材料的选择

针片状集料含量对水泥混凝土性能的影响实验一般用到水泥、集料和外加剂等材料。

（1）水泥。试验是为了道路建设找到合理使用集料的指标，因此要选用路用矿渣硅酸盐水泥，PC选用42.5。

（2）集料。粗、细集料选择一定量待用，并把针片状集料预先挑出存放。

（3）外加剂。一般选用高效减水剂。

1.2 混凝土配制

为了便于观察实验，采用统一变量的方法，在混凝土的配制过程中只改变针片状含量，其他原材料的用量皆保持不变。本次实验选取的针片状含量分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%。

1.3 实验的实施

根据针片状含量的不同配置六种类型混凝土，分别对六种类型的混凝土进行坍落度和扩展度测量，当测量完成后再对每组混凝土装模成形，为了防止实验过程中存在误差，本次实验制定9 块大小为10 cm ×10 cm ×40 cm 的试件，试件成型以后放于室内带模养护24 h，达到规定时间以后进行拆模并放于标准养护室，配制3 d、7 d、28 d 等不同龄期的混凝土，最后借助路面材料收缩变形测试仪对混凝土的抗压强度进行测试[1]。

2 针片状集料含量对水泥混凝土性能的影响

2.1 坍落度

首先，根据试验结果将针片状集料对水泥混凝土坍落度的影响用图表形式展现。试验结果见图1。

图1 针片状集料含量对水泥混凝土坍落度的影响

根据图1 所展示的结果，针状和片状集料含量对混凝土坍落度的影响不是完全一致的，但是两者的走势大致相同，只是片状集料含量对坍落度的影响更明显一些。当针片状集料含量呈现梯度增加时，水泥混凝土的坍落度逐渐降低，并且当针片状含量达到并超过15%后，坍落度的降低趋势越来越明显。由于针片状集料的比表面积比一般集料大一些，片状集料含量对水泥混凝土的坍落度影响比针状集料更为明显，在与水泥浆进行混合时接触面积相应增大，致使其表面所产生的吸水率也会相应加快，导致水泥混凝土的粘聚力减弱，随之流动性变小，坍落度便降低。

2.2 表观密度

混凝土在自然状态下一单位体积所对应的质量称为表观密度。研究针片状集料对水泥混凝土的表观密度影响有着重要意义。图2 是针、片状集料对混凝土表观密度影响的对比图。

根据图2 可以看出，针片状含量的增加导致了混凝土表观密度的降低，只是两者对表观密度的影响存在较大差异。针状含量在5%时混凝土表观密度略有增加，随着含量的增加不断下降，当含量达到15%时表观密度出现了急速下降。而片状集料含量在10%之前是稳定的下降趋势，当达到10%之后出现了急速下降。综上所述，片状集料含量比针状集料对水泥混凝土的表观密度影响更大。在道路水泥混凝土的选择中一定要将片状集料含量控制在10%之内，针状集料含量在15%以内[2]。

图2 针、片状集料对混凝土表观密度影响的对比

2.3 力学性能

混凝土的力学性能是指混凝土的抗压能力和抗弯拉强度。针片状集料含量的不同对两者都有一定影响。根据实验结果，将不同针片状含量对混凝土力学性能的影响如表1 所示。

表1 中序号1~6 为片状集料实验数据，7~12是针状集料的试验数据。对以上表格中数据分析可知，针片状集料对混凝土的抗压强度影响并不大，相反它对抗弯压强度的影响却较为显著。龄期无论是7 d 还是28 d，针片状含量对抗弯压强度都有显著影响。通过具体分析，当片状集料含量达到10%，针状集料含量达到15%时，抗弯压强度下降趋势尤为明显。抗压强度和抗弯压强度是道路工程中对水泥混凝土的重要设计指标，如果抗压强度和抗弯压强度过低将无法满足道路建设的设计要求。综上所述，道路水泥混凝土的针片状集料含量应控制在15%之内，片状集料含量不宜超过10%。

2.4 干缩性能

混凝土的干缩性能是指在其养护结束以后，由于内部失水而发生不可逆转的收缩。对于干缩性能的测试一般采用干缩率，即干缩值与试件总长的比例。针片状含量对水泥混凝土干缩性能的影响往往受到龄期的限制，如图3 所示。

由图3 可见，针片状集料含量越高水泥混凝土的干缩率越大，同时在不同龄期下干缩率也不同。14 d 之前干缩率随着龄期的增加逐步增大，而14 d之后龄期对干缩率的影响不再发生明显变化，可见混凝土的干缩过程一般发生在14 d 之前，特别是3 d 时干缩率最大占到总量的一半甚至一半以上。观察针片状集料的含量，当含量在5%以内时，其对混凝土干缩率的影响很小，当含量增加达到15%甚至25%时，此时干缩率会明显出现增加趋势。混凝土干缩率过高会造成路面干缩裂缝等现象，严重影响路面质量，因此针片状集料的含量不能超过15%。

表1 不同针片状集料含量下水泥混凝土的力学强度

图3 不同龄期下针片状集料含量对混凝土干缩率的影响

2.5 抗渗性能

水泥混凝土作为一种复合材料，含有水泥、砂砾、粗细集料和碎石等，内部结构多孔而且非均质，一般具有透水的功能。抗渗性能的强弱不仅影响水泥混凝土的强度，还影响道路的使用寿命。针片状集料含量不同，便对混凝土的内部结构产生不同影响，这直接改变了混凝土的透水能力。对针片状集料含量不同进行水泥混凝土抗渗性能测试，发现随着含量的增加，混凝土平均渗水高度也随之增加，抗渗性能却随之减弱。