混凝土內養護劑在干旱風沙地區高速鐵路中的應用

摘要：混凝土內養護劑是一種新型養護材料，在混凝土拌制時直接摻入混凝土中使用，能提高混凝土內部濕度，促進膠凝材料水化反應，提高混凝土抗裂性，是傳統養護劑的補充產品。通過其在蘭新鐵路無砟軌道道床板混凝土施工中的應用，驗證內養護劑能夠改善高性能混凝土的收縮性能，提高混凝土強度，增強混凝土耐久性。

關鍵詞：干旱風沙地區 混凝土收縮開裂 內養護劑

1 工程概況

新建蘭新鐵路第二雙線LXS-15標段位于甘肅省酒泉市境內，沿線穿越安西極旱荒漠國家自然保護區，地理形式為戈壁與荒灘。該地區自然條件惡劣：溫差大、風沙大、日照強、干旱缺水。年均氣溫9.8℃，極端最高氣溫42.8℃，極端最低氣溫-29.3℃；10m高度年平均大風日33.9天，年平均風速3.39m/s；全年日照總時數約3360h，大于等于10℃的積溫3661.5℃；年均降水量52.2mm，年蒸發量2567.3mm。這樣的自然環境給混凝土施工及養護帶來極大的難度。為了確保極旱荒漠地區高性能混凝土實體質量，控制好混凝土的收縮開裂成為至關重要的一個環節。

2 內養護劑應用的必要性及其性能

2.1 內養護劑應用的必要性 高性能混凝土其低水膠比和高膠凝材料用量，易產生收縮開裂現象，二次水化反應需要的水分多，加劇混凝土早期和后期自收縮；高性能混凝土結構密實，外界水分難以擴散到混凝土內部，外部養護不能有效緩解其自干燥。因此，其存在著比普通混凝土更嚴重的收縮開裂問題。尤其在干旱缺水的戈壁灘地區施工，容易使混凝土在強度增長期內造成水分不夠而引起內部收縮。混凝土內養護技術在一定程度上能夠解決高性能混凝土收縮開裂問題，能夠減少混凝土表面的微裂縫。

2.2 內養護劑的性能 內養護劑是一種具有吸水性的組分，能夠均勻地分散在混凝土中，起到內部蓄水池的作用。當混凝土水化過程中出現水分不足時，養護劑中的水分便補給水化所需水分，以保證混凝土水化反應繼續進行。

內養護劑的性能如表1所示：

3 原材料與試驗方法

3.1 原材料 水泥：“祁連山”P.O42.5水泥；粉煤灰：青島海諾C50以上粉煤灰；外加劑：山西凱迪聚羧酸高性能減水劑，固含量為28%；內養護劑：北京鐵道建筑研究所研發的內養護劑；砂子：甘肅酒泉橋灣水洗砂，細度模數為2.9；石子：甘肅酒泉橋灣高鐵碎石廠5-20mm碎石；引氣劑：山西凱迪引氣劑。

3.2 試驗方法 參照表2配合比拌制混凝土，膠凝材料與砂石一起加入攪拌機，干攪30秒后將外加劑、水和內養護劑，再攪拌2分鐘，混凝土的狀態控制在坍落度為140mm～180mm之間，控制外加劑用量，用水量保持定量。混凝土抗壓強度的測定方法按照GBT50081-2002規定的方法測定。混凝土收縮測定方法按照《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》（GB/T50082-2009）規定的方法測定。分別制作二組試件，具體尺寸形式為100mm×100mm×515mm棱柱體試件，每組為3個試件，恒溫恒濕環境中進行，室溫應保持在（20±2）℃，相對濕度應保持在（60±5）%。在不同齡期對其內部相對濕度進行檢測，并且將其強度和收縮率進行比較。

4 內養護劑對高性能混凝土性能的影響

4.1 保證混凝土內部相對濕度 在標準養護的條件下，摻入內養護劑的混凝土試件內部的相對濕度高于未摻內養護劑的混凝土試件，加入的內養護劑對高性能混凝土內部的相對濕度的補償作用較好。如圖1所示，加入的內養護劑在7d齡期之前可將混凝土內部的相對濕度維持在飽和狀態，能夠促進膠凝材料后期的水化反應。

4.2 減小混凝土內部的自收縮 內養護劑具有高效吸水率和高保水能力的特點，加入內養護劑的水泥漿體內毛細空隙被內養護劑引入的水所補償，減少了毛細孔拉力和自干燥變形。能夠有效的減小高性能混凝土內部的自收縮和干燥收縮，使混凝土的抗開裂性能有所提高。相關數據見圖2，摻入內養護劑的混凝土的收縮率明顯小于普通混凝土的收縮率。

4.3 增強混凝土強度 通過圖2數據可知，摻入內養護劑的高性能混凝土早期水化充分，早期強度比普通高性能混凝土強度增長的快。養護前期摻入內養護劑的混凝土強度高于普通混凝土強度10%；養護后期的強度也會隨之有所增加，增加的幅度有所減少。現場實際施工時，由于工程所在地區屬于極寒荒漠地區，日照時間長，水資源不足，容易造成水分流失的快，摻入內養護劑的混凝土實體工程在56d齡期的強度明顯較之前沒有使用的混凝土實體工程的強度增長的快。同時配合使用外噴養護劑，養護期到期后的實體工程混凝土表面微裂縫明顯減少，養護效果好于普通高性能混凝土。

4.4 增加混凝土的耐久性 經試驗證明，除抗滲與抗裂試驗區別不顯示以外，摻入內養護劑的高性能混凝土其他耐久性指標均提高于普通高性能混凝土，具體數據見表3：

5 結束語

新建蘭新鐵路第二雙線LXS-15標段在高性能混凝土內加入內養護劑經過了反復試驗，并通過現場試驗段的施工，配合適合當地氣候情況的養護工藝，證實內養護劑加入高性能混凝土中能夠明顯提高早期混凝土內部的相對濕度，減少混凝土內部的自收縮變形，增強混凝土強度，增加混凝土的耐久性。這一新材料的引進成功解決了在我國西北干旱地區建設高速鐵路過程中產生的混凝土收縮開裂，養護期內混凝土強度增長緩慢的難題，確保了工程質量和使用壽命。

參考文獻：

[1]鐵道科學研究院.TZ210-2005 鐵路混凝土工程施工技術指

南.北京：中國鐵道出版社，2009：9-61.

[2]周宇飛.高強混凝土內養護機制與控制技術研究[D].武漢：武漢理工大學.2008.

[3]2010GO19-A.干旱風沙地區混凝土和無砟軌道施工質量控

制措施研究.

[4]蘭新鐵路第二雙線無砟軌道施工作業指南.