2 粗集料對路面抗沖擊、疲勞性能的影響

　　粗集料對混凝土路面耐用性的影響之大，可從下面的例子中看出來：

　　1988年，美國對45個州的水泥混凝土道路進(jìn)行了使用壽命的調(diào)查，結(jié)果表明：其平均壽命僅為20.5年。文章認(rèn)為[1]：使用壽命完全可以加倍延長，關(guān)鍵在于改變現(xiàn)行材料試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(即astm)中關(guān)于粗集料級配的規(guī)定，象其他工業(yè)國一樣，在路用混凝土中采用三級配粗集料。增加中間一級顆粒，稱之為“橋梁”，即把大小粗集料顆粒聯(lián)系起來。文章對比了美國達(dá)拉斯市兩條相鄰的街道：一條是已運(yùn)行66年的老路，仍基本完好；另一條剛運(yùn)行5年，已有不少地方損壞，需要修補(bǔ)了。兩條路相差如此懸殊，原因在后者的混凝土中盡是大顆粒粗集料，而前者粒形與級配良好，“橋梁”作用明顯。例子很典型，實際情況要復(fù)雜一些，但從中可以得到重要的啟示：混凝土材料已經(jīng)使用了一個多世紀(jì)，在各方面條件發(fā)生很大變化的今天（指工程結(jié)構(gòu)物的使用條件、混凝土原材料與施工工藝等等），有必要重新認(rèn)識有關(guān)粗集料的一些問題，以利更好地發(fā)展水泥混凝土公路建設(shè)。

　　為什么現(xiàn)今水泥混凝土路面的使用壽命，受粗集料最大粒徑和中間顆粒的影響如此之大呢？這要從現(xiàn)代交通的發(fā)展來進(jìn)行分析，由于近些年來大型、重載車輛，包括集裝箱車輛的出現(xiàn)與頻繁運(yùn)行，這些重型車輛對道路的破壞，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輕型汽車，反映在對路面板混凝土的抗沖擊與疲勞的強(qiáng)度需要大大提高，因此如上所述，靠提高室內(nèi)靜力試驗的抗折強(qiáng)度指標(biāo)就達(dá)不到預(yù)期效果，甚至無濟(jì)于事。根據(jù)國外大量研究和應(yīng)用的結(jié)果證明：混凝土粗集料的最大粒徑越小，其抗沖擊與疲勞的強(qiáng)度就越好。但是粗集料的粒徑減?。▏庖话愣家?0mm為最大粒徑），會使包裹它們的砂漿需要量增大，也有不利之處，就要通過增加中間顆粒部分來補(bǔ)償。國內(nèi)雖然采用最大粒徑大（通常為40mm，且超徑顆粒很多）的粗集料，但因為缺少中間顆粒，粗集料的堆積不夠密實，水泥砂漿的需要量仍然不小。結(jié)果水泥用量增加，提高了材料費(fèi)用，還對路面的使用壽命產(chǎn)生不利的影響。除了抗沖擊與疲勞的性能以外，就路面用水泥混凝土的耐久性而言，占首位的就屬耐磨耗性能了，當(dāng)然凍害與化學(xué)侵蝕等也是一些必須注意的問題，分別敘述如下。

　　3 粗集料對路面耐磨耗性能的影響

　　耐磨耗性能是談到水泥混凝土路面耐久性時首先涉及的另一個問題，無論國內(nèi)外已有大量的研究工作都證實：總體上水泥混凝土路面的耐磨耗性能直接與混凝土強(qiáng)度相關(guān)，即強(qiáng)度越高，路面就越耐磨耗。

　　粗集料本身的耐磨性能，雖然和路面耐磨耗性能有關(guān)，但除特殊情況外(如特別脆弱的燧石、容易磨光的石灰石細(xì)粒)，關(guān)系并不很大；而另一方面，粗集料的顆粒分布與級配，對路面板的耐磨耗性能，乃至整個路面的壽命卻有很大的關(guān)系。上述那篇美國雜志的文章表明：使混凝土路面壽命加倍延長，也就是40～50年的壽命是完全可能的。分析認(rèn)為：現(xiàn)在粗集料的顆粒分布不好，是路面損壞的主要原因之一，而通常進(jìn)行設(shè)計時只考慮荷載，不考慮耐久性的現(xiàn)狀，使這個問題復(fù)雜化。經(jīng)過對粗集料的顆粒分布進(jìn)行廣泛的試驗研究，發(fā)現(xiàn)在主要工業(yè)國家中，只有美國一些州的現(xiàn)行規(guī)范是用二級配粗集料拌和混凝土，其他發(fā)達(dá)國家和美國的部分地區(qū)至少采用三級配粗集料，這樣顆粒分布就好多了，中間顆粒在大、小顆粒間形成橋梁，填充空隙并增加大混凝土的密實度。

　　在沒有或很少中間顆粒的時侯，混凝土含有過多而且不易密實的砂漿，而砂漿越多，表面就越容易被磨損；這還會形成許多通道，使侵蝕性的介質(zhì)得以進(jìn)入。施工中抹面時，混凝土面層應(yīng)該有一定的易修整性，如果粗集料非常粗澀，就要有更多砂漿供抹面需要。路面混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)很明確，攪拌站供應(yīng)的混凝土一定要滿足強(qiáng)度要求，但是怎樣才能滿足易修整性呢？粗集料的顆粒形狀在這里起一定的作用，它影響拌和物的易修整性和可壓實性能，尖棱角與片針狀顆粒阻礙拌和物流動，它們互相嵌鎖，使混凝土難以密實。采用這類粗集料顆粒的混凝土，用攤鋪機(jī)攤鋪時速度減慢、抹面困難、行車顛簸。所以用用圓角粗集料，包括豆石可以延長混凝土路面的壽命。兩種同水灰比的拌和物，砂漿含量可在48%～60%之間波動，取決粗集料的顆粒分布。顆粒分布好的粗集料只需48%的砂漿，就可生產(chǎn)粘聚的、工作性能好的拌和物?；炷谅访嬖O(shè)計的一個問題是設(shè)計應(yīng)該針對確定的環(huán)境進(jìn)行，這樣才能確保路面的質(zhì)量。

作者：覃維祖