摘要：寒泠地区水泥混凝土路面不仅受到磨蚀破坏而且还受到冻融剥蚀破坏，因此水泥混凝土路面耐久性不仅要保证耐磨性还要保证抗冻性。通过研究混凝土冻融—磨耗破坏机理得知，为了提高路面混凝土的抗冻耐磨性能，应提高混凝土的密实度、抗拉强度和韧性，以防止和抑制表面酥皮及裂隙的产生与发展。在一般高性能混凝土配比基础上，添加纤维与原高性能混凝土中粉煤灰组成复合掺合料，通过改善混凝土微观组织结构和利用纤维特性提高混凝土上述相关性能。
关键词：水泥混凝土路面、耐久性、冻融—磨蚀、纤维
1前言
近几十年，混凝土结构物因材质劣化导致过早失效乃至破坏崩塌的事故在国内外屡见不鲜。在日本沿岸，许多港湾桥梁等建筑物建成后不到10年的时间，混凝土表面即出现开裂、剥落、锈蚀钢筋外露。美国国家材料顾问委员会1987年提交的报告指出，约有近26万座混凝土桥面板出现不同程度的破坏(其中部分只使用不到20年)，而且每年还将增加3万多座。同年Litvan和Bickley发表的对加拿大停车场的检验报告，发现大量停车场在远比预计服务寿命要早得多就出现破坏。我国情况也亦如此。目前各国家用于混凝土工程维修的费用大约是混凝土生产现值的50倍左右。因此重视混凝土工程耐久性满足结构物的使用性能变的越来越迫切。
路面结构以薄板为主，同时承受动载作用，因此对路面结构性能要求多。加上地区气候的影响，寒冷地区水泥混凝土路面主要耐久性指标是抗冻性与耐磨性。通过对水泥混凝土路面抗冻性和耐磨性的研究，证明提高混凝土密实度、抗拉和韧性可提高混凝土抗冻耐磨性。纤维和粉煤灰是混凝土常用的两种掺合料，可分别显著改善混凝土的抗拉、抗裂、韧性和密实度。运用双掺法优化两种材料掺量制成复合掺合料以增强混凝土抗冻耐磨性。
2原材料与试验方法
2.1原材料
2.1.1 石料
选用微孔玄武岩碎石，两种2-3cm、1-2cm规格，大、小石料比例为6:4。
2.1.2 砂
选用砂的主要性能数据见表1。
2.1.3 水泥
水泥为哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌32.5级和42.5级普通硅酸盐水泥。
2.1.4 掺合料
选用哈尔滨第三电厂生产的优Ⅰ级灰作为掺合料。具体性能试验数据见表2。
2.1.5 外加剂
高效减水剂是天津雍阳减水剂厂生产的UNF-5，其主要成分为β－萘磺酸甲醛缩合物。 引气剂是上海生产的粉剂SJ-2。
2.1.6纤维
采用有机聚丙烯晴和无机长、短岩棉三种纤维，性能见表3。
2.1.7混凝土配合比
混凝土强度等级为C30,坍落度7-9cm,含气量控制为5%。配比见表4。
2.2试验方法
为考察和分析纤维对混凝土抗冻害及耐磨蚀性能的影响，采用纤维混凝土抗压、抗拉、冲击韧性及冻—磨联合试验。冻—磨联合试验是在饱和状态下先进行水下冲磨﹝DL/T 5150-2001﹞12小时然后进行快速冻融试验50次，以此循环进行，试验以冻融循环200次为准，考察衡量各试件的重量损失百分率。冻—磨试件尺寸为Φ 30×10cm。磨耗试验装置见图1和图2。快速冻融采用沥青混合料冻融箱。
3试验结果与分析
3.1试验结果
纤维混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、冲击强度、冻—磨试验结果分别见表5、表6、表7、表8。
3.2数据分析
3.2.1通过对纤维混凝土力学试验结果和冻—磨作联合作用试验结果的研究分析，可以看出，无论纤维品种和长短，添加纤维均可以改善和提高混凝土的抗冻耐磨性能、抗拉强度和冲击韧性。
3.2.2上述试验结果表明,有机纤维在提高混凝土抗拉强度，冲击韧性和冻—磨联合作用方面最显著，其次是无机短纤维和无机长纤维最次。无机纤维增强效果不比有机纤维，主要是无机纤维弹性模量低[1]；无机长纤维不如短纤维增强效果，只要是长纤维在纤维轴向具有较高的刚度和强度而在横向强度较弱，导致各向不同性，且长纤维在水泥石中分散性也不理想，无机短纤维在基体中三维分布基本上是各向同性的［2］，固在提高混凝土的抗拉强度和韧性时比较显著。
3.2.3从劈裂试验试件破坏断面看，纤维多数为拉断，少量为拔出，表明纤维与混凝土间的粘结性良好(见图3), 纤维在混凝土裂缝中起桥联作用[3](见图4),这样当荷载作用时,纤维增加了混凝土对能量的吸收，抑制了裂缝的发展，改善了混凝土断裂行为，增加了混凝土的变形能力和韧性。当冻融与磨蚀联合作用时，无论是先磨还是先冻，只要是破坏了混凝土表面的水泥石组织，造成“起砂”、“酥皮”，两种作用就会互为促进，加剧混凝土的劣化。冲磨破坏似机械手把冻融破坏形成的薄弱连接部分清走，露出新鲜表面使破坏逐渐向混凝土内部发展，最终导致混凝土破坏。掺加纤维后，混凝土表面抗拉强度、韧性提高抑制了“起砂”、“酥皮”的产生和发展，因此提高了混凝土抗冻及耐磨性。
4结论
4.1利用纤维改善混凝土抗冻耐磨性能时，应注意选择纤维的品种、掺量及长度等指标。尤其纤维长度和骨料最大粒径要匹配，这样可显著提高混凝土的韧性，降低荷载作用时的变形，增大能量的吸收，提高混凝土抗裂性、抗冲击性，从而提高混凝土抗冻、耐磨性能。
4.2从试验中选用的纤维来看，有机纤维（聚丙烯腈）对于阻止混凝土裂缝扩展、改善混凝土裂后行为等效果优于无机纤维，加之其耐光性好、抗腐蚀性好、价格相对较低等优点，它是混凝土理想的阻裂、增韧材料，可用于道路和桥梁结构，用于提高混凝土的抗裂性和韧性；亦可用于水工混凝土的易冲刷部位，提高混凝土的抗冲刷耐久性。
4.3掺加纤维混凝土增加成本分析,表5。
参考文献：
［1］邓宗才.高性能合成纤维混凝土.科学出版社.2003.
［2］肖桂彰,主编. 道路复合材料 人民交通出版社,1999.
［3］易成，谢和平，孙华飞. 钢纤维混凝土疲劳断裂性能与工程应用. 科学出版社. 2003
[作者简介] 吕丽华（1963—），女，副教授。
[单位地址] 黑龙江省哈尔滨市和兴路26号（150040）
[联系电话] 0451—82191377
[基金项目] 交通部西部建设项目（NO.200331882008）和黑龙江省科技攻关项目（NO.GZ04A612）
