水泥混凝土路面磨耗性能试验研究
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摘 要：使用改进后的TMS-240型水泥胶砂耐磨试验机进行模拟水泥混凝土抗滑性能衰减的模拟试验，并设置两种混凝土密封剂进行比对。研究结果表明：随着磨耗圈数的增加，喷洒密封剂后的试块较未喷涂密封剂的试件更加耐磨，但在磨耗90圈超过密封剂作用区域后，试件质量损失差基本相同;刻槽试块由于表面粗构造，更容易受到啃切破坏而散失，相较于未喷涂密封剂的空白组，其磨耗深度最大。
关键词：水泥混凝土路面;抗滑衰减;磨耗性能
中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）05-0125-03
Abstract： The improved TMS-240 cement mortar wear tester was used to simulate the slip resistance attenuation of cement concrete， and two kinds of concrete sealants were set up to compare. The results show that with the increase of wear rings， the test pieces sprayed with sealant are more wear-resistant than those without sealant， but the quality loss of the test pieces is almost the same when the wear rings exceed the action area of sealant. The grooved test pieces are more vulnerable to gnawing and cutting damage due to rough surface structure， and their wear depth is the largest compared with the blank group without sealant.
Keywords： cement concrete pavement;anti-sliding attenuation;wear performance
水泥混凝土路面由于承載力强、造价低、耐水性和耐高温性强、使用寿命长等优点，被广泛应用于高等级公路及高标准的现代化企业中[1-4]。但目前，部分工人为了赶工或基于施工的便捷性，频繁洒水收面，导致混凝土面板局部水胶比扩大，成型后的水泥混凝土面层水泥砂浆耐磨耗性能大幅下降。在实际使用过程中，由于水泥路面本身不耐磨耗，开放交通半年，路面抗滑性能快速衰减，部分路段表面被快速磨损。随着道路工程技术研究的逐渐深入，水泥混凝土路面的磨耗指标越来越受到人们的关注和重视。资料表明，高速公路隧道事故率是普通路段事故率的1.34～8倍，其中，有81%的事故与路面抗滑能力不足导致车辆制动时发生侧滑有关。基于此，本文通过相关试验，改善水泥混凝土路面磨耗性能。
1 试验研究方案
1.1 原材料选择
1.1.1 水泥。采用河北唐山产的冀东牌散装P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其性能指标见表1所示。
1.1.2 其他材料。外加剂：采用萘系高效缓凝减水剂;碎石：其性能满足规范要求;河砂：物理性质如表2所示。
1.2 混凝土配合比
混凝土配合比见表3。混凝土水灰比为0.41，砂率为34%，减水剂为4.2kg。水∶水泥∶砂∶4.75～9.5mm档碎石∶9.5～16mm档碎石=156∶380∶634∶369∶861。
1.3 路面耐磨试验方案
国内外针对水泥混凝土磨耗试验的研究方法有多种，其中最为接近实际效果的试验为大型直道试验，可以真实模拟路面在车辆荷载作用下被逐渐磨损的过程。但是，大型直道试验难以在普通实验室完成。据此，笔者根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）中，采用改进后的TMS-240型水泥胶砂耐磨试验机进行水泥混凝土磨耗性能测试试验。试验设备见图1。
1.4 试验方法
众多研究文献表明，密封剂能大幅提高水泥混凝土表面的耐磨耗性能。为了探究提高水泥路面耐磨耗性能的方法，分别购得2种不同类型的混凝土密封剂进行对比试验，试件分为四组：不刷涂密封剂的空白组、刷涂密封剂一组、刷涂密封剂二组和模拟刻槽路面。相同环境下，按照密封剂使用说明进行二次养生。到达养生周期后，进行混凝土磨耗试验。
为了探究不同方法处理后的水泥混凝土耐磨耗性能规律，使用同一水泥混凝土配合比，根据规程试验方法要求制备多组150mm×150mm×150mm的方形试块，标准养护28d后取出烘干。
2 磨耗质量损失研究
2.1 不同磨耗圈数外观变化
不同磨耗圈数试块外观变化见图2。
从图2可以看到，随着磨耗圈数的增加，不管是否喷涂密封剂，试块表面均会被磨损，随着磨耗试验的进行，逐渐形成一个磨耗圆环。对比普通胶砂磨耗和喷涂密封剂后的试件，喷洒密封剂后的试块都更加耐磨。分析原因：喷洒密封剂后，混凝土内部孔隙被密封剂形成的结晶填充，使得整个混凝土试件表面形成一个致密、封闭的整体，在经受磨耗时，这些结晶能抵消钢花刀轮的切削力，从而减小试件磨耗质量，使试件的耐磨耗特性大大增强。刻槽试块因为破损的胶砂表面，在受到钢花刀轮磨耗时，表面沟槽形成的粗观纹理更容易受到啃切破坏而散失，相较于未喷涂密封剂的空白组，其磨耗深度最大。
综上所述，喷涂密封剂后，混凝土的耐磨耗性能得到一定程度的提升，更耐磨。
2.2 不同磨耗圈数质量变化
由于不同的试块成型时本身质量存在一定差异，因此，在进行数据统计和处理时，进行对比的数据不是直接使用试块的质量变化数据，而是将两次磨耗后试块质量损失数据进行对比，使试验结果更加清晰明白。对四组试件磨耗试验的相邻两次磨耗损失质量差和累计磨耗质量损失进行统计，绘制成对比图（见图3和图4）。
从图4可以看出，在磨耗90圈以后，试件质量损失差基本相同。这主要是因为密封剂作用深度范围有限，随着磨耗深度的增加，逐渐超出密封剂作用的范围，因此，90圈之后，除了模拟刻槽的试验面，三者的磨耗环境基本是相同的，反映在质量损失上也是相同的。
对比密封剂一和密封剂二试块发现，密封剂一具有更好的密封性能，相较于密封剂二，相同的磨耗圈数，试块质量损失较少。
3 结论
①随着磨耗圈数的增加，喷洒密封剂后的试块较未喷涂密封剂的试件更加耐磨;刻槽试块由于表面粗构造，更容易受到啃切破坏而散失，相较于未喷涂密封剂的空白组，其磨耗深度最大。
②由于密封剂的密封作用，混凝土试件表层微观孔隙被填充，使得试块更加耐磨。但在磨耗90圈超过密封剂作用区域后，试件质量损失差基本相同。
因此，为增强水泥混凝土路面的耐磨耗性能，施工期间严禁洒水，在路面成型后，可在表面喷洒密封剂，增强表面的耐磨耗性能。
参考文献：
[1]陈瑜.公路隧道高性能多孔水泥混凝土路面研究[D].长沙：中南大学，2007.
[2]石春香，杨群，郭忠印.公路隧道水泥混凝土路面设计方法[J].上海交通大学学报，2008（11）：1884-1887.
[3]王贺武，刘浩学，王生昌.公路隧道环境对车用柴油机排放影响的研究[J].中国公路学报，2003（4）：98-100.
[4]戴忧华，郭忠印，马艳，倪洪亮.高速公路隧道运行环境安全评价指标[J].同济大学学报（自然科学版），2010（8）：1171-1176.
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