分析機(jī)制砂混凝土路面表面改性與路用性能

◎魏清 廣州白云區(qū)園區(qū)投資運(yùn)營有限公司

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，新型技術(shù)體系融合在材料改良工作中受到了更多的重視，要整合具體分析模式，從而更好地完成性能評(píng)估工作，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。

1.機(jī)制砂混凝土路面表面改性分析

相較于硅灰等物質(zhì)，納米膠體二氧化硅和水泥基材料上的Ca(OH)2會(huì)呈現(xiàn)出更快的反應(yīng)速率，并且能有效提升水泥混凝土的密實(shí)度，為材料耐久性的提升予以保證，并且延長材料的使用壽命。本文選取兩種材料作為研究對(duì)象，納米二氧化硅膠體1050和CS15-450，選取3種疏水劑進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1 基礎(chǔ)數(shù)值測試

在混凝土應(yīng)用過程中會(huì)選取適當(dāng)?shù)募{米材料，因此，納米材料的PH數(shù)值也會(huì)對(duì)混凝土的基礎(chǔ)性能產(chǎn)生影響，結(jié)合建筑表面用有機(jī)硅防水劑的相關(guān)要求，要對(duì)納米二氧化硅、疏水劑等予以實(shí)時(shí)性測定，了解其基礎(chǔ)PH數(shù)值和固含量等參數(shù)。其中，納米二氧化硅膠體1050和CS15-450兩種材料以及荷葉型疏水劑均屬于弱堿性物質(zhì)，水蠟基疏水劑、硅氧烷疏水劑等屬于中性。

1.2 復(fù)合改性材料

為保證材料分析的準(zhǔn)確性，就要從相應(yīng)性質(zhì)層面落實(shí)分析機(jī)制，從而選取更加適宜的應(yīng)用方案。

1.2.1 分散性

因?yàn)榧{米二氧化硅和疏水劑本身就是納米材料，且材料均屬于均勻型混合溶液，因此，試驗(yàn)操作環(huán)節(jié)要想保證兩者混合不會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚問題，就要在實(shí)際操作環(huán)節(jié)中按照規(guī)范化操作流程將兩種物質(zhì)予以混合，比例設(shè)置為1:1。具體試驗(yàn)材料編號(hào)見表1。

表1 試驗(yàn)材料編號(hào)

在22攝氏度環(huán)境下完成等量疏水劑和納米二氧化硅的攪拌、混合、靜置，時(shí)間為24h，靜置后觀察混合狀態(tài)，并為出現(xiàn)結(jié)團(tuán)等問題，證明后續(xù)試驗(yàn)分析可采取以上材料。

1.2.2 疏水性

要想全面分析混凝土路面抗?jié)B水平，就要綜合評(píng)估復(fù)合改性材料的疏水性，從而更好地開展相應(yīng)分析工作，接觸角測試本身就是輸水材料疏水性能評(píng)估的關(guān)鍵，所以，本文采取接觸角試驗(yàn)分析，秉持微觀評(píng)估的原則，更好地分析疏水性和疏水效果。選取的接觸角是指固體、液體以及氣體三相交接位置界面切線穿過液體、液體-固體界限的夾角。在實(shí)際測試過程中，主要是測量接觸角水滴位于改性材料界面以上時(shí)，復(fù)合改性材料表面呈現(xiàn)出何種狀態(tài)，具體情況見圖1。

圖1 接觸角變化趨勢(shì)

結(jié)合圖1中趨勢(shì)走向可知，在對(duì)照組接觸角為30.18時(shí)，其實(shí)際數(shù)值在90°以下，并且并不具備疏水性，復(fù)合材料接觸角在180°以上的情況下才能呈現(xiàn)出材料的疏水性能。與此同時(shí)，疏水劑中添加納米二氧化硅膠體后非但沒有降低疏水劑本身的疏水性能，反而有效提升了接觸角的角度，為整個(gè)材料疏水性的優(yōu)化提供保障。測試完成后可知，硅氧烷疏水劑HE328的接觸角最大，荷葉型疏水劑的接觸角最小水蠟基疏水劑居中。

綜上所述，若是選取混合材料，就選取納米二氧化硅膠體CS15-450和硅氧烷疏水劑結(jié)合的模式。

2.機(jī)制砂混凝土路用性能分析

為全面提升機(jī)制砂混凝土路用效果，就要結(jié)合統(tǒng)籌分析模式進(jìn)行精細(xì)化分析和研究，全面評(píng)估路面性能參數(shù)的同時(shí)，更好地開展后續(xù)材料管理作業(yè)。

2.1 復(fù)合改性機(jī)制砂混凝土工作性

在實(shí)際分析工作中，要結(jié)合配合比設(shè)計(jì)方法開展具體工作，結(jié)合現(xiàn)場材料就能完成試拌混凝土配合比調(diào)整工作，有效確定改性混凝土復(fù)合改性材料摻量和減水劑摻量等相關(guān)內(nèi)容。本文主要研究的對(duì)象是到路面層混凝土，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)坍落度為10mm到40mm。因?yàn)榧{米二氧化硅膠體和疏水劑本身都是水性乳液，其中含有大量的自由水，所以，單位用水量要將這部分水設(shè)計(jì)在內(nèi)，以便于配合比計(jì)算分析的準(zhǔn)確性。

若是聚羧酸減水劑摻量的具體參數(shù)是整個(gè)膠凝材料1%狀態(tài)下，基準(zhǔn)機(jī)制砂混凝土的坍落度就能增長到100mm左右，此時(shí)其對(duì)應(yīng)數(shù)值超出設(shè)計(jì)數(shù)值無法滿足混凝土流動(dòng)性要求。所以，在水膠比維持不變的情況下，要借助減少減水劑摻量的方式有效對(duì)流動(dòng)性予以控制。一般是在順位差為0.2%的條件下落實(shí)相關(guān)工作，對(duì)應(yīng)的是，減水劑摻量0.8%時(shí)混凝土流動(dòng)性基準(zhǔn)為25mm、減水劑摻量0.6%時(shí)混凝土流動(dòng)性基準(zhǔn)為10mm，其相關(guān)參數(shù)都滿足設(shè)計(jì)坍落度的基本標(biāo)準(zhǔn)。只有保證改性混凝土坍落度符合要求和標(biāo)準(zhǔn)，才能滿足后續(xù)試驗(yàn)操作，最后選取0.8%減水劑摻量基準(zhǔn)混凝土配合比作為基準(zhǔn)。

2.2 復(fù)合改性機(jī)制砂混凝土抗滑性能

基于改性混凝土路用性能要求，為提升其應(yīng)用質(zhì)量，就要對(duì)機(jī)制砂道路混凝土耐久性予以關(guān)注，有效落實(shí)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)分析，以保證道路應(yīng)用效果最優(yōu)化。道路路面抗滑性能存在衰變機(jī)理，車輛荷載次數(shù)增加后輪胎就會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生不同程度的耗損，這就使得道路路面材料的表面趨于平滑，路面摩擦性能也會(huì)降低，這種情況就是路面抗滑性能衰變的表現(xiàn)。

2.2.1 三輪車加速加載

為了全面評(píng)估機(jī)制砂混凝土路面表面改性和路用性能情況，就要建立健全可控化分析模式，有效完成相應(yīng)的評(píng)估工作。選擇三輪加速加載磨損試驗(yàn)分析，就是因?yàn)檐囕v輪胎和路面之間會(huì)形成相互作用，輪胎磨光路面同時(shí)路面也會(huì)對(duì)輪胎厚度予以作用。所以，在基礎(chǔ)參數(shù)條件一致的狀態(tài)下，結(jié)合摩擦原理，輪胎的磨損情況和荷載之間本身就是成正比例關(guān)系，汽車動(dòng)荷載數(shù)量越大，對(duì)應(yīng)的輪胎和混凝土路面接觸壓力也會(huì)增加，此時(shí)，路面就會(huì)更加光滑。一般而言，車輛啟動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向過程切向力都是輪胎磨損的主要因素。也正是由于道路中車輛車速無法直接影響輪胎的磨損，卻會(huì)在高速摩擦的過程中產(chǎn)生大量熱量，增加輪胎表面溫度，溫度升高后必然會(huì)出現(xiàn)化學(xué)磨損、機(jī)械磨損等問題。

在固定環(huán)境下，環(huán)道加速磨損儀器能在模擬輪胎對(duì)路面橫向力和切向力情況的同時(shí)，真實(shí)地反映出路面的實(shí)際抗磨損能力。也正是借助環(huán)道加速加載試驗(yàn)分析，能更好地提升改性混凝土的基礎(chǔ)參數(shù)情況，確保性能匹配度更加貼合實(shí)際需求。

（1）組成部分。主要是利用3只車輪、載重裝置、制動(dòng)裝置以及噴水裝置等，儀器設(shè)備的加載速度要達(dá)到每分鐘75次，借助控制器控制設(shè)定次數(shù)，并且，圓盤的砝碼要進(jìn)行車輛載重的模擬分析，荷載和輪胎形狀處于可控區(qū)域。

（2）具體步驟。首先，設(shè)置噴水裝置。設(shè)置模擬潮濕環(huán)境是為了疏水路面性能增高。水流能在沖洗磨損試驗(yàn)中掉落的混凝土顆粒，還能減少影響路面的因素，避免聚氨酯輪胎表面溫度增高影響輪胎的使用壽命。其次，使用直徑為150mm、寬度為50mm、硬度為85的聚氨酯輪胎，試驗(yàn)過程中輪跡寬度為30mm到35mm。主要是進(jìn)行加速加載磨損后的混凝土試件動(dòng)摩擦系數(shù)檢測，依據(jù)公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)定完成試驗(yàn)，就能綜合評(píng)估機(jī)制砂混凝土路面加載加速磨光后的實(shí)際抗滑水平。最后，利用調(diào)控后的混凝土配合比完成設(shè)計(jì)，并依據(jù)筆筒復(fù)合改性材料的處理方式制作長方體試樣，結(jié)合壓槽等處理評(píng)估其性能。

（3）結(jié)果。復(fù)合改性機(jī)制砂混凝土養(yǎng)護(hù)到28d，進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)分析，設(shè)置5000次加載加速磨損、1萬次加載加速磨損、2萬次加載加速磨損以及1.6萬次加載加速磨損，最后分析平均值，就能綜合評(píng)價(jià)納米二氧化硅和疏水劑對(duì)機(jī)制砂混凝土路面抗滑性能產(chǎn)生的影響。

2.2.2 構(gòu)造深度

在混凝土中添加納米二氧化硅，能有效進(jìn)行表面微觀結(jié)構(gòu)的修飾處理，構(gòu)建有效的混凝土表面紋理模式，并且最大程度上調(diào)控車輛與路面之間的摩擦力、附著力。為了全面發(fā)揮抗滑性能評(píng)價(jià)的作用，既要從微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造兩個(gè)方面予以分析，其中，宏觀構(gòu)造就是路面表面構(gòu)造深度值。目前，較為常見的分析方式就是鋪砂分析，將已知體積的砂直接在路面表面予以攤鋪處理，一般是鋪設(shè)為圓形，以便于能有效計(jì)算路面空隙體積，獲取空隙體積和覆蓋圓的面積之比，就能進(jìn)一步分析路面表面構(gòu)造深度（MTD），主要是應(yīng)用MTD=1000V（πD/4）進(jìn)行計(jì)算，其中，V表示測量時(shí)砂的體積、D表示攤鋪后砂的平均直徑。

在一般而言，復(fù)合改性材料會(huì)對(duì)機(jī)制砂路面混凝土構(gòu)造深度的衰變產(chǎn)生影響，若是表觀較為相同的環(huán)境下，復(fù)合改性混凝土試件要在0次加速加載磨損下能實(shí)現(xiàn)構(gòu)造深度波動(dòng)性最小化，此時(shí)，數(shù)據(jù)采集的可靠性較高。另外，在相關(guān)試驗(yàn)結(jié)束后可知，在納米二氧化硅膠體增加的基礎(chǔ)上，改性混凝土路面抗滑性能也會(huì)隨之增加，并且，構(gòu)造深度衰減系數(shù)和共摩擦系數(shù)分析組中，水泥質(zhì)量4%的荷葉型疏水劑P800和水泥質(zhì)量7%的納米二氧化硅膠體1050符合改性材料配比的抗滑性能最優(yōu)。

2.3 復(fù)合改性機(jī)制砂混凝土抗?jié)B性能

目前，在工程領(lǐng)域內(nèi)分析混凝土材料性能一般采取的都是材料硬化后工作性能分析和耐久性分析的工作，但是，在成型和后期養(yǎng)護(hù)工作中，水泥基材料表面以及內(nèi)部往往會(huì)存在較為微小的孔隙缺陷，此時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象，甚至?xí)y帶侵蝕混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的侵蝕離子，較為常見的就是Cl和SO2等。基于此，要想全面評(píng)估混凝土抗?jié)B系數(shù)，就要利用加壓分析法和滲透高度法等進(jìn)行混凝土抗?jié)B性能的評(píng)估。

2.3.1 準(zhǔn)備工作

結(jié)合混凝土娘就行檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，試塊尺寸上口直徑為175mm、下口直徑185mm、高150mm，試件到達(dá)齡期后擦干表面，在干燥后就要在試件的側(cè)面涂刷熔化的密封材料。

2.3.2 具體步驟

為保證具體方案能發(fā)揮其實(shí)際作用，要結(jié)合具體要求落實(shí)規(guī)范化操作步驟，確保試件處理等環(huán)節(jié)都能按照標(biāo)準(zhǔn)化流程有序開展，維持良好的方案評(píng)估工作，也能最大程度上提高機(jī)制砂混凝土改性效能。

第一，在試驗(yàn)操作中，水壓要控制在恒定范圍內(nèi)，滿足1MPa 0.05MPa，并且記錄相關(guān)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在24小時(shí)候完成試驗(yàn)。

第二，要將試件放置在壓力機(jī)位置，沿著縱斷面將其處理為兩段，在完成水痕分析后用墨汁進(jìn)行水痕的標(biāo)注，從而將其設(shè)定為滲水輪廓。

第三，配合梯形玻璃板完成試件的分析，并使用尺子進(jìn)行滲水高度的十字線測量，以滲水高度的平均值作為滲水基礎(chǔ)。

2.3.3 性能結(jié)果

要想全面評(píng)估改性混凝土的抗?jié)B性能，就要進(jìn)行后混凝土滲透高度的分析，并借助抗?jié)B高度了解混凝土內(nèi)部密實(shí)性，有效了解相應(yīng)情況。見圖2。

由圖2可知，紅線位置是滲透深度和未滲透的分界線，在基準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用參數(shù)分析中，其抗?jié)B能力較差，并且，兩側(cè)比分會(huì)比中心部分的滲透深度大。究其原因，是由于抗?jié)B膠帶位置在紅線外，膠帶以下的位置和抗?jié)B面就會(huì)受到水壓力的影響，擴(kuò)大滲透深度。而在改性混凝土試塊中，內(nèi)部孔隙明顯減少，整體結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，并且，試塊結(jié)構(gòu)兩側(cè)受到水壓力作用較為一直，加之疏水劑和納米二氧化硅膠體共同作用，就使得混凝土表面疏水性較好，增加了混凝土試塊自身的抗?jié)B性能。在進(jìn)行測試后發(fā)現(xiàn)，改性方式下復(fù)合改性混凝土抗?jié)B等級(jí)都在P4以上。另外，復(fù)合改性材料在處理過程中，若是將膠體納米二氧化硅和疏水劑盡量浸潤到試件的一定深度，并且保證疏水因子能有效分散在混凝土內(nèi)部，提升其疏水效能，為改性混凝土抗?jié)B性能的優(yōu)化予以保障。

圖2 改性混凝土試塊內(nèi)部劈裂情況

3.結(jié)束語

總而言之，在機(jī)制砂混凝土路面表面改性處理的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)特質(zhì)有效落實(shí)相應(yīng)的處理方案，并發(fā)揮相應(yīng)方案的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，從而提升改性混凝土抗?jié)B性能，為路面工程混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作的落實(shí)和開展提供保障。