□□ 章 偉

(杭州交通投資建設(shè)管理集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000)

引言

干濕交替作為一種自然現(xiàn)象，存在于道路工程建設(shè)的全階段。路用泡沫混凝土作為一種較新的混凝土制品，在道路工程建設(shè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而干濕交替對(duì)路用泡沫混凝土性能的影響也逐漸引起人們的重視。已有研究表明，干濕交替可極大地加速侵蝕性離子對(duì)混凝土制品的侵入，加速混凝土制品的損傷劣化[1-3]。自然暴露試驗(yàn)法和室內(nèi)快速試驗(yàn)法是兩種研究干濕交替環(huán)境下路用泡沫混凝土性能的主要手段[4]，但自然暴露試驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)，往往無(wú)法滿足工程的進(jìn)度要求，因此，現(xiàn)有研究基本采用室內(nèi)試驗(yàn)快速法。

GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》中對(duì)加氣混凝土干濕循環(huán)試驗(yàn)做了具體規(guī)定，其中特別強(qiáng)調(diào)在干濕交替循環(huán)過(guò)程中應(yīng)將試塊取出后冷卻20 min。而近年來(lái)華東地區(qū)夏季最高溫度頻頻破紀(jì)錄，路面溫度最高時(shí)可達(dá)70 ℃左右，夏季雷陣雨又較多，往往來(lái)勢(shì)迅猛，使得路面經(jīng)常在被曬得高溫之時(shí)遭遇一場(chǎng)大雨，而雨水的溫度在20 ℃左右，因此，這是一種存在大溫差的干濕交替現(xiàn)象。盡管目前針對(duì)泡沫混凝土在干濕循環(huán)條件下的強(qiáng)度變化規(guī)律已開展了部分研究，但考慮大溫差干濕交替影響的研究相對(duì)較少。

因此，本文針對(duì)大溫差干濕循環(huán)作用下路用泡沫混凝土強(qiáng)度特性問(wèn)題開展試驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)路用泡沫混凝土的干濕循環(huán)試驗(yàn)，分析得出路用泡沫混凝土在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度變化規(guī)律。

1 干濕循環(huán)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的路用泡沫混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為：28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≮0.8 MPa，設(shè)計(jì)濕容重為6.0 kN/m3；水泥采用P·O 42.5，發(fā)泡劑采用F60B，水采用自來(lái)水，具體配合比見表1。

表1 路用泡沫混凝土配合比

試驗(yàn)采用試塊為100 mm×100 mm×100 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，制作試塊的路用泡沫混凝土取自現(xiàn)場(chǎng)澆筑出料口，保證了試驗(yàn)試塊原料與工程應(yīng)用的一致性。制作試塊時(shí)，先將試模清理潔凈，之后涂刷脫模劑，底部脫模孔用紙片覆蓋防漏；向試模中澆筑路用泡沫混凝土?xí)r，邊澆筑邊輕輕敲擊試模，確保試塊內(nèi)部無(wú)大氣泡滯留；同時(shí)，為防止路用泡沫混凝土干縮，制模時(shí)路用泡沫混凝土澆筑高度應(yīng)高于?？?，待終凝脫模前用刀刮平。試塊澆筑完成30 h后脫模，再于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28 d。

1.2 試驗(yàn)方案

干濕循環(huán)條件下的試驗(yàn)過(guò)程為：先將養(yǎng)護(hù)28 d的試件放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在(60±5)℃下烘至恒重，之后將試塊(每組3塊)在溫度為(20±5)℃的室內(nèi)冷卻20 min，然后放入水溫為(20±5)℃恒溫水箱內(nèi)，水高出試件上表面30 mm，浸漬5 min后取出，置于室內(nèi)晾干，晾干時(shí)長(zhǎng)為30 min。最后再放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在(60±5)℃下烘7 h，此為一個(gè)干濕循環(huán)。為達(dá)到模擬大溫差干濕交替的效果，試驗(yàn)中舍去了“室內(nèi)冷卻”這一步驟，即將試塊從烘箱中取出之后，直接放入恒溫水箱中進(jìn)行濕循環(huán)，且為了加速試驗(yàn)進(jìn)程，適當(dāng)延長(zhǎng)了試塊的烘干時(shí)間，烘干時(shí)間取8 h和16 h交替進(jìn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)期干濕交替次數(shù)時(shí)，為保證試塊徹底烘干，將試壓試塊烘干24 h以上，即以每5次干濕交替為一個(gè)大循環(huán)，烘干時(shí)間分別為8 h、16 h、8 h、16 h、24 h，具體試驗(yàn)方案如圖1所示。

圖1 大溫差干濕交替循環(huán)示意圖

試驗(yàn)共分為7組，每組有3個(gè)試塊，為防止試驗(yàn)中試塊意外損壞，共準(zhǔn)備25個(gè)試塊。試驗(yàn)過(guò)程中，首先將試塊烘干至恒重，測(cè)得試塊的干容重，再按設(shè)定的大溫差干濕交替機(jī)制進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)進(jìn)行了7次大循環(huán)，共計(jì)35次大溫差干濕交替試驗(yàn)，分別于每次大循環(huán)之后測(cè)定試塊的吸水量(5 min)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，取每組3個(gè)試樣的平均值；試塊表面裂縫情況做到每次大溫差干濕交替均有記錄，裂縫觀察以肉眼觀察為主。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 吸水量試驗(yàn)及孔隙率分析

路用泡沫混凝土的吸水量及吸水速率如圖2所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知，試塊5 min吸水量可達(dá)飽和吸水量的50%以上，而試塊的飽和容重，甚至超過(guò)了其制備完成時(shí)的濕容重，為干容重的1.75倍左右，飽和吸水量可達(dá)300 g左右。這與崔曉桐等[5]研究成果中的吸水量增加約25%有較大的差距，分析其主要原因，由于崔曉桐等[5]吸水試驗(yàn)前未將試塊徹底烘干，而該試驗(yàn)中先將試塊徹底烘干后再進(jìn)行吸水量試驗(yàn)，在對(duì)試塊徹底烘干的過(guò)程中泡沫混凝土中原本封閉完好的氣泡結(jié)構(gòu)被破壞，且產(chǎn)生了微裂縫，導(dǎo)致試塊吸水量增加。由于在烘干過(guò)程中路用泡沫混凝土在熱脹作用下會(huì)出現(xiàn)一定的開裂現(xiàn)象，雖未出現(xiàn)肉眼可見的裂縫，但從試驗(yàn)結(jié)果可知，路用泡沫混凝土內(nèi)部已發(fā)展出裂縫導(dǎo)致其吸水量增加。吸水量的增加將嚴(yán)重影響路用泡沫混凝土的輕質(zhì)性，也影響到了設(shè)計(jì)時(shí)其自重的取值。

圖2 試塊吸水量與浸水時(shí)間的關(guān)系

整個(gè)大溫差干濕交替試驗(yàn)過(guò)程中試塊吸水量的變化趨勢(shì)如圖3所示，可以看出，隨著干濕交替次數(shù)的增加，在相同的浸水時(shí)間(5 min)內(nèi)試塊吸水量有明顯的上升趨勢(shì)。從最初50%的吸水量(飽和吸水量按300 g計(jì)算)，當(dāng)大溫差干濕交替進(jìn)行了一個(gè)大循環(huán)(即5次大溫差干濕交替)后，試塊吸水量上升到了63%左右，之后吸水量雖有所增加，但增加速率明顯變緩。這主要是因?yàn)樵噳K的裂縫發(fā)展集中發(fā)生在第一個(gè)大循環(huán)期間，之后雖然會(huì)有裂縫繼續(xù)發(fā)展，但由于第一個(gè)大循環(huán)期間產(chǎn)生的裂縫對(duì)大溫差作用下的試塊變形有一定的緩沖作用，因而使得后續(xù)裂縫發(fā)展減緩。

圖3 試塊吸水量與大溫差干濕交替次數(shù)的關(guān)系

路用泡沫混凝土作為一種多孔材料，內(nèi)部的孔隙率及孔徑分布對(duì)其各項(xiàng)性能均有顯著的影響?；炷林械目紫吨饕譃槟z孔、毛細(xì)孔、宏觀大孔及氣泡。對(duì)于路用泡沫混凝土而言，影響其耐久性的主要孔隙為毛細(xì)孔和氣泡。由于其以水泥作為主要原料，路用泡沫混凝土孔隙率可由賀彬等[6]推導(dǎo)的公式進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)中路用泡沫混凝土設(shè)計(jì)容重為600 g/dm3，水灰比為0.6，水化程度參考相關(guān)文獻(xiàn)取80%，計(jì)算可得路用泡沫混凝土孔隙率為72.5%，其中毛細(xì)孔隙率為14.1%，宏觀大孔體積率為58.4%。根據(jù)圖2可知，路用泡沫混凝土單個(gè)試塊(尺寸為100 mm×100 mm×100 mm)飽和吸水量達(dá)到了300 g(由圖2，未浸水時(shí)試樣質(zhì)量為413.37 g，浸水時(shí)間2 160 min時(shí)，試樣質(zhì)量是716.28 g，此時(shí)認(rèn)為試樣飽和，試樣質(zhì)量的增加為吸水量，兩個(gè)時(shí)間段的差值為303 g)，折合成體積，大約為300 cm3，約占試塊體積的30%。這說(shuō)明在路用泡沫混凝土吸水過(guò)程中，除了毛細(xì)孔吸水外，部分宏觀大孔也有儲(chǔ)水。

2.2 強(qiáng)度特性分析

當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到第4次干濕交替時(shí)，有2個(gè)試塊因出現(xiàn)貫穿裂縫而裂為兩瓣；進(jìn)行到第6次干濕交替時(shí)，同樣又有1個(gè)試塊因出現(xiàn)貫穿裂縫而裂為兩瓣。為研究試塊裂開后強(qiáng)度的變化，將裂開試塊烘至恒重后進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。測(cè)試時(shí)，分為兩種受壓狀態(tài)：一是裂縫平行于受壓面；二是裂縫垂直于受壓面。試驗(yàn)結(jié)果表明，試塊強(qiáng)度未受到裂縫的影響。這主要是由于試塊雖裂為兩瓣，但每一部分仍較大，具有較好的整體性，因此仍可以抗壓。但在工程中，路用泡沫混凝土一旦發(fā)展為貫穿裂縫，應(yīng)視為完全失效，雖然其在整體抗壓方面仍具有一定的強(qiáng)度，但在偏心受壓情況下將完全失效。

分析路用泡沫混凝土試塊出現(xiàn)貫穿裂縫的原因，主要是由于泡沫混凝土屬于純水泥制品，抗熱脹冷縮能力較差，在大溫差干濕循環(huán)的作用下，極易產(chǎn)生裂縫，而一旦裂縫相互連接，只需在較小的外力作用下，如試驗(yàn)過(guò)程中的試塊搬動(dòng)，就會(huì)使試塊裂為兩瓣。由此也可以看出，在大溫差干濕循環(huán)作用下，路用泡沫混凝土試塊的裂縫深度較大，由于只有兩個(gè)試塊出現(xiàn)貫穿裂縫，而剩余的25個(gè)試塊均未出現(xiàn)貫穿裂縫，但表面有寬為1 mm左右的裂縫出現(xiàn)，由此可推斷出其裂縫開展深度應(yīng)普遍<5 mm，若其裂縫開展深度>5 mm，則路用泡沫混凝土?xí)毡槌霈F(xiàn)貫穿裂縫。

試驗(yàn)過(guò)程中路用泡沫混凝土經(jīng)歷每一個(gè)大干濕循環(huán)之后均測(cè)定其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果中取每組3個(gè)試塊的平均強(qiáng)度值，試驗(yàn)結(jié)果見表2。由試驗(yàn)結(jié)果可知，大溫差干濕交替并沒(méi)有明顯影響路用泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，相對(duì)于其28 d強(qiáng)度(即0次大溫差干濕循環(huán)試驗(yàn)所得強(qiáng)度)來(lái)講，在整個(gè)35次大溫差干濕循環(huán)試驗(yàn)之中，路用泡沫混凝土強(qiáng)度上下浮動(dòng)在10%以內(nèi)，因此可以認(rèn)為：在排除由于試塊制作過(guò)程中路用泡沫混凝土試塊強(qiáng)度的正常浮動(dòng)帶來(lái)影響的情況下，可認(rèn)為路用泡沫混凝土強(qiáng)度未有降低。

表2 大溫差干濕循環(huán)試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

3 結(jié)論

3.1 在大溫差干濕交替作用下，路用泡沫混凝土極易產(chǎn)生裂縫，甚至發(fā)展成貫穿裂縫，導(dǎo)致路用泡沫混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

3.2 大溫差干濕交替對(duì)路用泡沫混凝土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響不明顯，即在35次大溫差干濕交替后，路用泡沫混凝土強(qiáng)度未出現(xiàn)明顯的變化。

3.3 路用泡沫混凝土裂縫的出現(xiàn)導(dǎo)致其吸水速率增加，5 min吸水量有明顯上升，但對(duì)其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度沒(méi)有明顯的影響；而吸水量的增加將使得路用泡沫混凝土設(shè)計(jì)時(shí)的自重荷載取值增大，影響后期沉降計(jì)算。