道路混凝土耐磨性试验研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 2 期 (总 第 2 5 6 期) Nu mb e r 2 in 2 0l 1 ( To t a 1 No2 5 6) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE eHNOLOGY d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 4 1 道路混凝土耐磨性试验研究 熊剑平 ,申爱琴 ,宋婷 。 。何俊辉 ( 1 广西 交通T程质量监督站 ,广西 南宁 5 3 0 0 1 2 ;2 长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室 ,陕西 西安 7 1 0 0 6 4 3 广西
2、交通技 师学 院,广两 南宁 5 3 0 0 0 1 ;4 广西交通投资集 团,广西 南宁 5 3 0 0 0 1 ) 摘要 : 为 了提供道路混凝土耐磨性设 汁的依 据, 通过 室内试验 , 分析了材料组 成参数 、 原材料技术性质 、 交通荷载参数 、 振动时间等因 素对耐磨性 的影响 结果表 明: 同样是调整水灰比, 在 中低水泥用量范围内, 降低用水量可以有 效地提高混凝土的耐磨性 , 增 大水泥用量的 效果则 不明显 ; 耐磨性随砂浆体积分量 的增 长总体呈提 高趋势 , 在低水灰 比条件下较 为明显 ; 低 粗细集 料 比会导致耐磨性有所 下降 ; 当含 气量大于4 时, 提高含气
3、量会导致耐磨性显著劣化; 低含泥量不会导致耐磨性劣化 , 但当含泥量从3 增至 7 时, 耐磨性显著降低 ; 调整 粗集料公称最大粒径( N MP S ) 不会导致耐磨性发生明显改变 ; 交通荷载参数足影响混凝土磨耗速率 的主要 外部 因素 , 磨耗量与磨耗作用 次数之 间呈线性相关性 , 与磨耗荷 重之 间表现 为指数关 系, 重轴 载会导致粗构造 加速 衰减 ; 适 当的振动时间有 利于改善混凝 土的耐磨性 , 此 时表 面砂浆层的含水量也较低 最后 , 基于不同的交通荷载等级 , 提出了道路 混凝土耐磨性没计建议。 关键词 : 道路混凝土 ;耐磨性 ;试验研究 ;材料组成参数 ;集料技术
4、性质 ;交通荷载参数 ;振动成型因素 中图分类号 : T U 5 2 8 叭 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) O 2 一 O l 3 4 一 O 5 St u dy on t he a br a si on r e s i s t a nc e o f pa ve m e n t c e m e n t c on c r e t e XI ONG J i a nopi n g , S HEN Ai q i n , S ONG Ti n g , HEJ u n hu i ( 1 T r a ffic E n g i n e e r i n
5、g Qu a l i t y S u p e r v i s i o n S t a t i o n i n G u a n g x i , Na n n i n g 5 3 0 0 1 2 , C h i n a ; 2 K e y L a b o r a t o r y f o r S p e c i a l A r e a Hi g h w a y En g i n e e r i n g o f M i n i s t ry o f Ed u c a t i o n, Ch a n g a nUn i v e r s i t y, Xi a n 7 1 0 0 6 4, Ch i n
6、a ; 3 、 Gu a n g x i T r a ffi cTe c h n i c i a nI ns t i tut e, Na n n i n g 5 3 0 0 0 1 , Ch i n a ; 4 Gu a n g x i C o mmu n i c a t i o n s I n v e s t me n t G r o u pC o , L t d , Na n n i n g 5 3 0 0 0 1 , C h i n a ) Abs t r a c t :I n o r d e r t o p r o v i d e t h e b a s i s f o r a br
7、a s i o n r e s i s t a n c e d e s i g n o f pa v e me n t c e me n t c o n c r e t e, t h e i n flu e n c i n g f a c t o r s s u c h a s ma t e ria l c o mp o s i t i o n p a r a me t e r s , r a w m a t e ria l s t e c h n i c a l n a t u r e, t r a ffi c l o a d p a r a me t e r s , v i b r a t
8、 i o n t i m e we r e s t ud i e d Th e r e s u l t s s h o we d, a l t h o u g h t h e W C r a t i o wa s a l t e r e d t h e s a m e d e g r e e i n l o w me d i um c e me n t d o s a g e r a n g e, t h e wa y o f r e d u c i n g wa t e r c on t e n t c a n i mp r o v e t h e a b r a s i o n r e s
9、 i s t a n c e e f - f e c t i v e l y Bu t i n c r e a s i n g c e me nt d o s a g e i s n o t o b v i o u s ; T h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e h a d i mp r o v e d t r e n d wi t h i n c r e a s i n g t h e mo r t a r v o l u me Th i s p h e n o me n o n i s r e l a t i v e l y o b v i o
10、u s i n t h e l o w W C r a t i o c o n d i t i o ns W h e n us i n g l o w r a t i o o f d o s a g e o f c o a r s e fin e a g g r e g a t e, t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e wo u l d d e c r e a s e; W h e n t h e a i r c o n t e n t wa s b i g g e r t ha n 4 , i mp r o v i n g a i r c o
11、n t e n t wo u l d l e a d t o s i g n i fi c a n t d e gr a d a t i o n o f a b r a s i o n r e s i s t a n c e; A1 一 t o u g h t h e l o w mu d c o n t e n t wo ul d n o t c a u s e t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e d e g r a d a t i o n b u t wh e n d i ffe r i n g mu d c o n t e n t f r
12、o m 3 t o 7 t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e wo u l d b e s i g n i fi c a n t ly r e d u c e d ; Ad j u s t i n g N MP S wi l l n o t c a u s e t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e d r a ma t i c a l l y c h a n g e ; T r a ffic l o a d p a r a me t e r s a r e a l s o m a i n a ff e
13、c t i n g f a c t o r T h e a b r a s io n l o s s h a s l i n e a r c o r r e l a t i o n wi t h a b r a s ion t i me s a n d i n d e x c o r r e l a t i o n wi t h a b r a s i o n l o a dHe a v y a b r a s i o n l o a d wo u l d le a d t h e a b r a s i o n r a t e a c c e l e r a t e T h e pr o p
14、 e r v i b r a t i o n t i me h e l p i mp r o v i n g t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e wh e n t h e wa t e r c o n t e n t o f t h e s u r f a c e mo rta r l a y e r i s a l s o l o we r Fi n a l ly, t h e p r o p o s a l for a b r a s i o n r e s i s t a n c e d e s i g n wa s p u t f o r
15、 wa r d b a s e d o n d i ffe r e n t t r a ffi c l o a d l e v e 1 Ke y WOr ds pa v e me n t c e me n t c o n c r e t e ; a b r a s i o n r e s i s t a n c e ; e x p e r i me n t a l s tud y; ma t e r i a l c o mp o s i t i o n p a r a me t e r ; r a w ma t e ria l s t e c h n i c a l n a t ur e; t
16、 r a ffi c l o a d p a r a me t e r s ; v i br a t i o n t i m e 0 引 言 粗构造和细构造共同提供了混凝土路面的抗滑力, 细构造 是由路表砂浆层的自身再生形成的, 提供了汽车低速行驶时路 面 的基本抗 滑力 ; 粗构造 则是 由刻槽或刻纹形 成 , 通过构成轮 底雨水的宣泄通道 , 达到 防止雨犬 高速行车时车轮水漂和打滑 现象的目的。 因此 , 粗 、 细构造的耐久性足保证混凝土路面高质 量 、 长期性抗滑服务 的基本要求 , 特别足在 高车速 、 全天候通车 条件下的高等级公路路 面混凝 土的设计 和施工 中, 粗构造的耐
17、久性 显得尤为重要 。 收稿 日期:2 0 1 0 - 0 9 - 0 4 基金项 目:国家西部交通建设科技项 臼( 2 0 0 5 3 1 8 8 1 2 0 2 ) I 34 英 、 法 、 美 等罔早在 2 0世纪 2 0年代便开展了混凝土路面的 粗构造及其他抗滑技术的研究 , 世界道路会议也于 1 9 4 9年成立 丁路面表面特性技术委员会 。 我围“ 八五” 攻关项 目 滑模摊铺 水泥混凝土路面材料配合比及性能研究 ( 简称“ 八五” 课题) 在 2 0 世纪 9 0 年代也对混凝土路 面抗滑技术进行了系统性的研究4 1 。 但 总体上 已有 成果更为关心抗滑构造 的制作工艺和规格尺
18、寸 , 近年来才将注意力转移到与抗滑耐久性相关 的材料设 计上 。 粗构造的深度为 2 - 5 mi l l , 低于路表砂浆层的厚度( 4 6 m l i l ) , 因此 , 粗构造一般形 成于砂浆层 中 , 其耐 久性 等价于砂浆层 在 长期车轮磨耗和环境作用下保持完整的能力, 即耐磨性。 本文依托 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 国家西部交通建设科技项 日 道路水泥混凝土组成没计研究 , 展 开了针对性 的试验研究 , 从而为基于高耐磨性 目标 的道路混 凝土 的材料组成设计提供相关依据 1 测试 方法与原材料技 术性 质 1 1 新 旧耐磨 性测试 方
19、 法的 比较 我 国道 路混凝土 的耐磨性标 准测试方法原 为 J T J O 5 3 9 4 公路T程水泥凝土试验规程 中的T 0 5 2 7 混凝土抗磨性试验方 法( 简称“ 9 4规程” ) , 2 0 0 5年末修 为现 J T G E 3 0 - - - 2 0 0 5 ( 公路 工程水泥及水 泥混凝土试验规程 中 T 0 5 6 7 水泥混凝土耐磨性 试验方法( 简称“ 0 5 规 程” ) , 由于部分试验 于 2 0 0 6年便 已开展 , 而“ 0 5规程” 于 2 0 0 5年 8月正式实行, 试验设备更新和购买都 较 晚, 因此在本试验巾 , 先后采用过上述 两种 规程
20、, 在 文中均有 注 明。 为了更加准确的模拟混凝土路面的真实磨耗状况 , 本试验 中耐磨性的测试虽然参照“ 0 5规程” 进行 , 但采用成型面磨耗方 式 而非侧 面磨耗方式 。 + “ 0 5规程” 与“ 9 4规程 ” 最 大的区别是将 磨耗荷 载由 2 0 0 N 提升至 3 0 0 Nt , 因此 , 参照 “ O 5规程” 测得 的磨 耗量应 高于“ 9 4 规程” , 具体分析如下: 参考文献【 1 , 耐磨性测 试方法主要 考虑磨粒 磨损方式 , 可 表示如下 : ( 1 ) 日 式中 : 一磨 损量 ; p 一 接触压力 ; 一 磨损行程 ; 一 混凝土表面硬度 ; 一 磨削
21、转移的概率。 “ O 5规程 ” 与 “ 9 4规程 ” 的磨损转数 和行程大致 相 同 , 因此 对于 同类混凝土 , 磨 耗量的区别在于接触压力即磨耗荷重 的不 同 , 因此按 照“ 0 5规程” 测得 的混凝土磨耗量 与“ 9 4规程 ” 存 在 以下 比例关系 : : :3 0 0: 1 5 ( 2) I , 9 4 20 0 因此 , 对于同等耐磨性 的混凝 土 , 按 “ 0 5规 程” 测得 的混凝 土磨耗量较“ 9 4规程” 在理论上应高出 1 5倍 。 为了验证上述结论, 采用两种规程方法测试同配合比道路 混凝土的磨耗量见表 l , 结果为由“ 0 5 规程” 测得的混凝土磨
22、耗 量较“ 9 4规程” 要高出 4 5 , 与理论分析结论较为接近。 表 1 不 同测试方法下磨耗量对 比 当然, 虽然新 、 旧试验规程仅在磨耗荷重上进行了修订, 但 在磨耗标 准的换算 上并非为单一的 比例关系 , 而是 根据混凝土 表面硬度的不同相应改变。从摩擦学和断裂理论的角度来说, 应该是表面硬 度大的混凝 土的换 算值较低 , 对表面硬度小 的混 凝土可取高值。 因此, 为将以往长期的基于“ 9 4规程” 得到的耐磨 性研究成果转换到“ 0 5 规程” , 宜对不同表面硬 度( 水灰 比 ) 的混 凝土进行大量的对比试验 , 得到更 为全面 和准确的换算值。 1 2道 瑞磨耗 方
23、 法 为研究交通荷载因素对混凝土磨耗速率的影响, 对不同轴 载作片 j 次数和不同轴重条件下的混凝土磨耗进行了模拟试验。 鉴于标准耐磨仪的磨耗荷载固定( 3 0 0 N) , 作用次数少( 5 0次) , 无法达到模拟不同轴载作用次数和轴重的要求, 因此本文选择道 瑞磨耗试验, 采用石英砂作为磨耗介质, 通过调整磨耗配重来模 拟轴重 , 调节磨耗圈数来模拟轴载作用次数 , 该方法接近于水 泥 路面最常见的磨耗方式一 磨粒磨耗。 基本操作参考 J T G E 4 2 -2 0 0 5 公路T程集料试验规程 。 1 3 试验原材料主要技术I 生 质 ( 1 ) 水泥 : “ 秦岭 ” 牌 P O
24、4 2 5 R级水泥 , 2 8 d实测抗压强 度 5 5 7 MP a , 2 8 d 抗折强度 8 9 0 MP a 。 ( 2 ) 集料 : 粗集料 为石灰岩连续级配碎石 ; 细集料为西安灞 河 中砂 , 细度模数为 2 8 6 。 ( 3 ) 外加剂: 减水剂使用萘系高效减水剂, 引气剂选用 J M 2 0 0 0 C型引气剂。 ( 4 ) 水 : 普通 自来水 。 2室 内试验研 究 通过总结和归纳 国内外 已有成果 , 得 出道路混凝土耐磨 性 的影响因素如图 1 , 由此针对其中的主要 因素 , 展开 了以下室 内试验研究 。 水 泥 路 面 砂 浆 层 耐 磨 性 交通荷载 重
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