[发明专利]一种提高路用水泥混凝土抗弯拉强度和耐久性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种提高路用水泥混凝土抗弯拉强度和耐久性的方法。

背景技术

随着我国国民经济和公路交通运输事业的高速发展，公路运输出现了“重载、大流量和渠化交通”的特点，重型货车及超载车辆急剧上升，引起实际累计标准轴次的急剧增加，导致路面过早破坏，因而对公路路面的结构强度和使用性能提出了更高的要求。水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、稳定性好、耐久性好、使用寿命长及养护费用少等优点。且随着交通事业的发展，国产优质重交通路用沥青逐渐变得短缺，价格不断上涨。相较沥青路面而言，水泥混凝土路面在承载力和造价方面优势明显。

值得注意的是，许多地区运输车辆的轴重远远大于国家规定的单轴100KN、双轴180KN的限载标准，大型货车和汽车超载形成了重载交通。重载交通已不单单是某个地方、某个省的特有现象，而是全国性的、普遍性的。根据河北、河南、山西等一些重要矿区的调查，10吨以上重型货车的超载比例在40％以上，某些路段达到80％，最大超载率达300％。如此严重的重载交通，使水泥混凝土路面产生的过早损坏变得越来越明显，许多地区的路面达不到设计使用年限，在使用初期即出现断裂、唧泥、脱空、错台等损坏，有些路段面板甚至完全碎裂，使路面使用寿命大大缩短，路面使用性能衰减加快，养护费用不断攀升，给社会及运输部门造成较大的经济损失。如晋煤外运的主要通道之一，郑(州)常(平)公路焦作境内路段，1991年建成通车，设计寿命30年，但开放交通不到三年已是满目疮痍，特别是从山西方向来车的半幅路面，断板、下沉、坑沟尤甚，车辆行进已相当困难。几年来，有关部门投入该路段维修费用达4000多万，超过建设投资的近一半。

尽管水泥混凝土路面具有较强的抗重载能力，但由于车辆轴载吨位的绝对增大，实际累计标准轴载远远大于设计轴载，使水泥混凝土路面产生疲劳损坏。有些情况下大吨位重载很可能造成水泥混凝土路面的一次性极限破坏。重载交通已成为水泥混凝土路面大范围早期损坏的最关键的外部因素。水泥混凝土路面疲劳损坏的直接后果是路面通行能力降低，维修量急剧增长，且维修困难、维修费用高。

同时，随着国家进一步加强新农村建设，公路路网建设和农村公路建设进入到了蓬勃发展的新时期。水泥混凝土路面具有承载能力高，抗灾能力强，造价低，养护简便，可充分利用当地砂石材料等优点，在我国普通公路特别是县乡村公路建设中越来越被广泛运用。2005年以来，滁州市新改建和大修工程中共完成水泥混凝土路面超过154公里，农村公路1380多公里基本都采用水泥混凝土路面。因此，研究开发高抗抗弯拉强度且高性能的路面混凝土以满足水泥混凝土路面发展的要求就显得极为迫切并具有重要的现实意义。

我国在水泥混凝土强度方面的研究以抗压强度为主，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30-2003)中，仍以国家科委025项目取得的科研成果为基础，025项目提出了以抗弯拉强度为指标的普通道路混凝土配合比设计的经验公式法、正交试验法，并提出了抗弯拉与抗压强度的关系，该方法主要基于宏观力学性能进行控制，简单易行，但是设计指标单一，配合比设计采用逐级填充理论，骨料为连续级配，参数与路用性能联系不够紧密。加之过去十几年中路面水泥混凝土类型、施工工艺已经发生的变化，重载、超载交通对水泥混凝土路面的路用性能提出了严峻的挑战。因此，现行的道路水泥混凝土配合比设计方法距离按使用性能设计仍然存在相当大的差距。

水泥混凝土抗压强度影响相为骨料和砂胶，界面过渡区(指集料界面外有一层大约5-10微米早期形成的高孔隙层)对混凝土抗压强度影响较小。而混凝土抗弯拉强度影响相为骨料、砂胶和界面过渡区。由于界面过渡区的存在，直接影响砂胶对石料的握裹力，在混凝土受到拉应力作用时，砂胶和石料很容易在界面过渡区产生剥离，造成石料参与抗弯拉强度的“贡献率”不高。由此可见，水泥混凝土抗弯拉强度在界面过渡区产生“短板效应”。如何减少界面过渡区，提高石料和砂胶的握裹力，让更多的石料参与强度贡献是提高混凝土抗弯拉强度和耐久性的关键点。