李兴民（甘肃长达路业有限公司，甘肃 兰州 730030）

随着混凝土技术的发展，道路混凝土的抗压强度、抗弯拉强度等强度指标很容易达到。但是，混凝土路面运营过程中拉毛甚至刻槽等表面纹理极容易被往复的车辆磨蚀掉，造成抗滑性降低、噪声增加等表面功能逐渐衰减。因此，在道路混凝土配合比设计时必须将混凝土的耐磨性作为一个非常重要的因素来考虑。

由于掺加粉煤灰、矿渣和硅灰等矿物外掺料的混凝土不仅有高的耐久性、高的工作性,而且还有绿色环保的特点，国内外的道路工程师和研究人员对矿物外掺料改善路用混凝土的耐磨性能进行了大量的相关研究。Ukita 等人[1]研究了混凝土中低钙粉煤灰体积掺量对混凝土的耐磨性的影响，Ghafoori 和Diawara[2]针对硅灰替代细集料的混凝土耐磨性进行了相关试验。曾阳春等[3]对掺粉煤灰和矿渣的混凝土耐磨性进行了试验。长安大学研究生袁春毅[4]研究用高掺量磨细矿渣制备高性能路面混凝土，考察了磨细矿渣对道路混凝土耐磨性的影响。其中，粉煤灰具有价格低廉的优势，在众多工程中广泛被应用。

纵观国内外研究成果，粉煤灰混凝土耐磨性在工程界研究还处于探讨阶段，此外，粉煤灰混凝土的耐磨性能则还与粉煤灰的品种及品质。粉煤灰取代水泥量的多少等因素有关[5]。本文通过研究掺加不同品质的粉煤灰混凝土的强度、耐磨性能随其掺量用量的变化规律，考察粉煤灰对混凝土耐磨性的影响，为进一步推广粉煤灰混凝土在路面工程中的应用提供技术支持。

1 原材料

（1）水泥

本研究选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，各项技术指标见表1。

表1 水泥技术指标

（2）粗集料

粗集料为4.75～31.5mm 连续级配的玄武岩，其技术指标见表2。

表2 粗集料技术指标

（3）细集料

细集料采用天然河砂，细度模数为2.83，为中砂，级配符合II区级配要求。其技术指标见表3。

表3 细集料技术性能指标

（4）粉煤灰

分别对选用的I 级粉煤灰和II 级粉煤灰进行了测试，其主要技术指标见4。

表4 粉煤灰主要技术指标

2 方案设计

按照路用混凝土进行基准混凝土配合比设计的基础上，选择了5%、15% 和25% 三种掺量的I 级粉煤灰等量取代部分水泥，得到普通基准混凝土(JZ)、掺加I 级粉煤灰(UFA)和普通粉煤灰(FA)混凝土，其配合比见表5。

由于路面混凝土不同于普通混凝土，它既要求混凝土抗折强度高，又要求具有较好的耐磨性能。本文依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)中的水泥混凝土耐磨性试验方法对基准混凝土和掺粉煤灰的混凝土进行试验，分别研究了I 级和II 级粉煤灰对道路混凝土强度及其耐磨性的影响。

表5 掺粉煤灰的混凝土配合比/(kg/m3)

3 粉煤灰对混凝土力学性能的影响

a) I 级粉煤灰对混凝土力学性能的影响

对不同掺量的I 级粉煤灰混凝土分别进行7d、14d 和28d 抗压强度及抗折强度试验，结果如图1。

图1 掺I 级粉煤灰混凝土力学强度

可以看出，掺I 级粉煤灰的混凝土7d 抗压强度随着掺量增加而降低；当养护龄期到14d 时，掺I 级粉煤灰混凝土的抗压强度已经和普通混凝土持平；掺I 级粉煤灰的混凝土28d 抗压强度均高于普通混凝土。这主要是因为混凝土水化硬化过程早期主要是水泥的水化反应，I 级粉煤灰参与反应较慢，7d 以后粉煤灰的活性成分开始大量与水泥水化产物反应，生成胶凝物质。

掺I 级粉煤灰的混凝土抗折强度高于普通混凝土，其火山灰反应生成的胶凝材料增强了集料和砂浆界面处的粘结，提高了抗折强度；掺I 级粉煤灰混凝土的抗折强度在28d龄期时有所降低，这与其抗压强度增大，混凝土脆性增加有关，这也可以从各混凝土的压折比结果得到验证。随着I级粉煤灰掺量增加，混凝土压折比下降，说明混凝土的抗弯拉变形能力得到了增强。此外，还可以发现I 级粉煤灰掺量在15%时，混凝土的抗压和抗折强度最高。

b）II 级粉煤灰对混凝土力学性能的影响

对不同掺量的II 级粉煤灰混凝土分别进行7d、14d 和28d 抗压强度及抗折强度试验，结果见图2。

图2 掺II 级粉煤灰混凝土的力学强度

可以看出，混凝土抗压强度随II 级粉煤灰的掺量增加呈降低趋势。掺II 级粉煤灰的混凝土7d和14d 强度均低于不掺粉煤灰的普通混凝土，而其28d 强度和普通混凝土相差不多，这说明粉煤灰的活性效应在混凝土养护后期才发挥了作用。

掺II 级粉煤灰混凝土在各掺量下的7d 和14d 抗折强度均低于普通混凝土，而28d 抗折强度高于普通混凝土。这说明II 级粉煤灰在早期参与反应很少，到14d 后才发生反应。因此，为了使粉煤灰的作用得到发挥，就要求粉煤灰混凝土的养护时间较长。

4 粉煤灰对混凝土耐磨性的影响

掺加不同品质粉煤灰的混凝土单位面积磨损量随其掺量的变化曲线，见图3。

图3 掺粉煤灰混凝土的耐磨性随掺量的变化

从图3 可以看出，掺I 级粉煤灰的混凝土比掺II 级粉煤灰的混凝土耐磨性好，这是因为粉煤灰经过机械磨细后，其未破碎的颗粒水化更充分，水化产物更加坚硬耐磨。

在7d 龄期时，掺粉煤灰的混凝土磨耗损失量较高。其中，掺II 级粉煤灰的混凝土磨耗量随着粉煤灰掺量增加有较大的增大幅度；在粉煤灰掺量为5%和15%时，掺I 级粉煤灰混凝土的磨耗损失量与基准混凝土相当，当掺量增大到25%时，其磨耗损失大于基准混凝土。这主要是因为粉煤灰颗粒与骨料的结合较弱，在磨损作用下粉煤灰颗粒容易脱离骨料，因此即使是掺粉煤灰的混凝土，其早期绝对磨耗值较基准混凝土的高。

在28d 龄期时，掺粉煤灰混凝土的磨耗损失量明显降低。由于粉煤灰与水泥水化产物发生反应，提高了混凝土强度，同时，混凝土内部结构也更加致密，因此混凝土磨耗损失减小，耐磨性提高。其中，掺I 级粉煤灰的混凝土在粉煤灰掺量为15%时表现出最低的磨损量，混凝土耐磨性较基准混凝土提高了约20%，而高于这个掺量后混凝土的耐磨性改善效果不明显；掺II 级粉煤灰的混凝土的磨耗损失较基准混凝土低，说明与普通混凝土相比，其耐磨性也得到一定程度的改善。

粉煤灰混凝土耐磨性改善主要是由于粉煤灰的火山灰反应，可在混凝土中与水泥水化产物反应生成胶凝材料，起到增强作用；粉煤灰中含有大量玻璃微珠，“滚珠”作用能起到减水效果，混凝土拌和流动性和粘聚性增强，内部容易达到均匀密实，气泡、裂纹等原生缺陷少。此外，粉煤灰中的玻璃微珠表面结构特别致密，抗压强度和弹性模量很高，研究表明[6]，厚壁空心微珠的抗压强度达到700MPa 以上，弹性模量可达到34.3GPa，这种特性也有助于混凝土抵抗磨耗作用。

5 结论

（1）混凝土强度与耐磨性之间没有直接关系，并非强度越高其耐磨性越好。

（2）粉煤灰的品质对其抗压强度和抗折强度的影响差异较为明显。掺I 级粉煤灰的混凝土抗折强度高于普通混凝土，而早期抗压强度随着掺量增加而降低，后期抗压强度均高于普通混凝土；混凝土抗压和抗折强度随II 级粉煤灰的掺量增加呈降低趋势。

（3）掺I 级粉煤灰的混凝土比掺II 级粉煤灰的混凝土耐磨性好。

（4）在7d 龄期时，掺粉煤灰的混凝土磨耗损失量较高。其中，掺II 级粉煤灰的混凝土磨耗量随着粉煤灰掺量增加有较大的增大幅度；在粉煤灰掺量为5%和15%时，掺I 级粉煤灰混凝土的磨耗损失量与基准混凝土相当，当掺量增大到25%时，其磨耗损失大于基准混凝土。

（5）在28d 龄期时，掺粉煤灰混凝土的磨耗损失量明显降低。其中，掺I 级粉煤灰的混凝土在粉煤灰掺量为15%时表现出最低的磨损量，混凝土耐磨性较基准混凝土提高了约20%，而高于这个掺量后混凝土的耐磨性改善效果不明显；掺II 级粉煤灰的混凝土的磨耗损失较基准混凝土低，与普通混凝土相比，其耐磨性也得到改善。

[1]Ukita K.，Shigematsu S.，Ishic M..Improvements in the Properties of Concrete Utilizing Classified Fly Ash[A].Proceedings of the CANMET/ACI Third International Conference on the Use of Fly Ash,Silica Fume,Slag,and Natural Pozzolans in Concrete[C].Trondheim∶ 1989∶ 219-240

[2]Ghafoori N.，Diawara H..Abrasion Resistance of Fine Aggregate-Replaced Silica Fume Concrete[J].ACI Materials Journal，1999，96(5)∶559-567

[3]曾阳春，郑克仁，李益进.矿物掺合料对道路混凝土耐磨性的影响及机理[J].铁道科学与工程学报，2007，4(2)∶ 59-62