青藏高原地區(qū)摻引氣減水劑道面混凝土應(yīng)用研究

雷旭華

摘 要：針對(duì)青藏高原地區(qū)鋪筑傳統(tǒng)的普通道面混凝土普遍存在的耐久性不良現(xiàn)象，采用摻加引氣減水劑的技術(shù)路線，配制出了維勃稠度15～30S、28d抗折強(qiáng)度5.8MPa以上、抗凍性及耐磨性等耐久性優(yōu)良的高性能道面混凝土，分析了含氣量對(duì)道面混凝土工作性、抗折強(qiáng)度、抗凍性能及耐磨性能的影響規(guī)律，并在青藏高原地區(qū)的多個(gè)軍用、民用機(jī)場道面工程中進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：道面混凝土；外加劑；應(yīng)用研究

【文章編號(hào)】1627-6868（2016）01-0015-03

Abstract： It aimed at the bad durability phenomenon of ordinary pavement concrete on the Qinghai-Tibet Plateau， the pavement concrete was mixed with air-entraining and water-reducing admixture，the VB of which is 15～30S， 28d flexural strength is above 5.8MPa，and the freeze resistance and abrasion resistance were excellent. It studies on the influences of air-content on workability， flexural strength， freeze resistance and abrasion resistance. Then the high performance pavement concrete was mixed with air-entraining and water-reducing was used in numbers of military and civil airfields on the Qinghai-Tibet Plateau.

Key words： pavement concrete；admixture；study and application

1.引言

我國青藏高原地區(qū)海拔大多在3000m以上，空氣稀薄，太陽紫外線輻射強(qiáng)，氣溫低、溫差大、大風(fēng)多，自然環(huán)境條件非常嚴(yán)酷惡劣。以往在這些地區(qū)采用傳統(tǒng)的普通道面混凝土修建鋪筑機(jī)場道面，存在施工和易性不易控制、易離析泌水、勻質(zhì)性稍差、極易出現(xiàn)塑性收縮裂紋現(xiàn)象，施工難度很大。混凝土硬化后雖然抗折強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，但強(qiáng)度儲(chǔ)備少，不能適應(yīng)新機(jī)型的發(fā)展需要。更重要的是不同程度存在著道面表面品質(zhì)和耐久性不良現(xiàn)象，有些機(jī)場道面達(dá)不到設(shè)計(jì)使用年限即產(chǎn)生龜裂裂紋、凍脹脫皮、局部剝落、開裂斷板、表面磨損等耐久性破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響道面的使用功能，危機(jī)飛行安全，不得不進(jìn)行頻繁的修補(bǔ)和翻修，勢必花費(fèi)巨額維修和重建費(fèi)用，造成了能源和資源的極大浪費(fèi)，不符合可持續(xù)發(fā)展的要求[1]。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）強(qiáng)調(diào)提高路面公程的綜合耐久性，實(shí)現(xiàn)“長壽命、低維護(hù)”，降低全壽命成本，最主要的技術(shù)手段便是使用高性能混凝土[2]。高性能混凝土的重要特征之一就是優(yōu)良的耐久性，其中凍融破壞是混凝土耐久性中最重要的問題之一。眾所周知，引氣劑和減水劑可以顯著提高混凝土的抗凍性能，從而有效提高混凝土的耐久性。但引氣劑的摻入，會(huì)不可避免地造成混凝土強(qiáng)度損失，因此，不少人對(duì)在道面混凝土中使用引氣劑還認(rèn)識(shí)不足，引氣劑在道面混凝土中的作用還未得到足夠重視。因此，有必要深入研究含氣量對(duì)道面混凝土各方面性能的影響，在此基礎(chǔ)上配制并推廣應(yīng)用適合于寒冷地區(qū)的高性能道面混凝土。

2.試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)用原材料

（1）水泥：42.5R普通硅酸鹽水泥，密度3.15g/cm3。

（2）細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8，Ⅱ區(qū)，級(jí)配合格，密度2.65 g/cm3，堆積密度1500kg/m3，含泥量1.5%。

（3）粗骨料：石灰?guī)r碎石，5～20mm，20～40mm兩級(jí)配，級(jí)配比例為40：60，密度2.72g/cm3，堆積密度1650kg/m3，含泥量0.2%。

（4）外加劑：十二烷基硫酸鈉鹽引氣劑，摻量1%00～3%00；ADD—NS高效減水劑，摻量0.5%～1.5%。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）工作性：半干硬性道面混凝土，維勃稠度15～30S；

（2）強(qiáng)度：設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度等級(jí)5.0MPa，配制強(qiáng)度應(yīng)大于5.8MPa（均方差按0.5MPa計(jì)算）；

（3）耐久性：混凝土道面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期25～30年，抗凍等級(jí)F200以上。

2.3 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)選取道面混凝土常用的水灰比0.44～0.46，依據(jù)GJB 1112A—2004《軍用機(jī)場場道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求的每m3混凝土最少水泥用量280kg～300Kg，石子級(jí)配和砂率通過優(yōu)選法確定，根據(jù)不同的水灰比和水泥用量，摻加不同劑量的引氣劑和減水劑，確定了27組配合比，見表1。同時(shí)，試拌成型標(biāo)準(zhǔn)試件并在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d后，依據(jù)GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB∕T50082—2009《普通混凝土長期性能與耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 16925—1997《混凝土及其制品耐磨性試驗(yàn)方法》進(jìn)行含氣量、工作性能、抗折強(qiáng)度、耐磨性能試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 含氣量對(duì)道面混凝土工作性的影響

由表1可知，不同水灰比、不同水泥用量時(shí)，隨著含氣量的增加，維勃稠度均明顯減小，尤其當(dāng)含氣量為3～5%時(shí)，漿體表觀更為柔和，工作性更佳。這主要是由于引氣減水劑在混凝土中引入了大量微小獨(dú)立氣泡，起到了滾珠作用，使骨料顆粒間摩擦力減小，充分發(fā)揮了水泥漿的潤滑作用，混凝土流動(dòng)性大大提高，且氣泡堵塞毛細(xì)管通道，使混凝土不泌水，粘聚性、保水性增加，表觀很柔和，和易性得到顯著改善。但試驗(yàn)研究表明，道面混凝土水泥用量小于280Kg/m3時(shí)，即使混凝土含氣量達(dá)到3%以上，混凝土和易性也不能滿足施工要求，因此，道面混凝土最小水泥用量不應(yīng)低于280 Kg/m3。

3.2 含氣量對(duì)道面混凝土抗折強(qiáng)度的影響

由表1可知，隨著含氣量的增加，道面混凝土抗折強(qiáng)度明顯呈下降趨勢，在同水灰比、同水泥用量條件下，混凝土含氣量每增加1%，抗折強(qiáng)度降低3.3%～8.6%（取決于引氣劑種類與質(zhì)量）。當(dāng)含氣量大于5%時(shí)，抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)低于5.8MPa，不能滿足設(shè)計(jì)要求。這主要是由于引氣劑引入的大量微小氣泡，增加了水泥漿基體的孔隙率[3]，根據(jù)強(qiáng)度與孔隙率普遍的反比關(guān)系，由于孔隙率的增加導(dǎo)致了抗折強(qiáng)度的降低。但是，由于減水劑的減水增強(qiáng)作用，可以在一定程度上彌補(bǔ)因使用引氣劑而造成的強(qiáng)度損失，可以保證道面混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 含氣量對(duì)道面混凝土耐磨性能的影響

從表1可以看出，隨著含氣量的增加，磨槽深度隨之增加，道面混凝土耐磨性能降低。當(dāng)含氣量大于5%時(shí)，磨槽深度均在2mm以上，達(dá)不到美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）提出的高性能混凝土最低抗磨耗等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（2.0mm>磨槽深度≥1.0mm）[4]，同時(shí)，磨槽深度超過2.0mm，道面將過早產(chǎn)生露砂、露石現(xiàn)象，嚴(yán)重影響道面的正常使用。這主要是由于引入的大量微小的氣泡，減小了道面混凝土受壓有效面積，從而降低了耐磨性能。

3.4 含氣量對(duì)道面混凝土抗凍性能的影響

對(duì)上述滿足道面混凝土工作性與抗折強(qiáng)度要求的配合比（共20組，編號(hào)同表1），采用快凍法進(jìn)行抗凍性能試驗(yàn)研究，結(jié)果如表2。

由表2可知，水灰比為0.46的配合比，混凝土含氣量在2.2%～3.3%之間，抗凍等級(jí)僅達(dá)到F100～F150，不滿足設(shè)計(jì)要求；水灰比為0.45或0.44，含氣量為3%～5%的混凝土，其抗凍等級(jí)均在F200以上，滿足抗凍耐久性要求，適合于寒冷地區(qū)道面混凝土的鋪筑，并已成功應(yīng)用于工程實(shí)踐；但含氣量低于3%時(shí)，抗凍等級(jí)達(dá)不到F200，不能滿足設(shè)計(jì)要求。因此，寒冷地區(qū)道面混凝土的最大水灰比應(yīng)不大于0.45，含氣量范圍為3%～5%。

由表1、2可以看出，在相同含氣量下，強(qiáng)度越高，抗凍性越好；但不同含氣量下，強(qiáng)度高，抗凍性未必好，混凝土引氣后，即使在較低強(qiáng)度下也可以有較高的抗凍性。楊錢榮、黃士元也通過研究表明，強(qiáng)度對(duì)混凝土抗凍性有重要影響，但其影響程度遠(yuǎn)不如含氣量[5]。這主要是由于引氣減水劑的摻入，減少了道面混凝土中的游離水，同時(shí)引入的大量微小獨(dú)立氣泡，能有效緩沖凍融過程中產(chǎn)生的靜水壓力和滲透壓力，避免生成破壞壓力，減少和防止凍融的破壞作用，從而顯著提高道面混凝土的抗凍性能。

4.現(xiàn)場應(yīng)用

近年來筆者參加的青藏高原嚴(yán)酷地區(qū)的多個(gè)軍用、民用機(jī)場道面工程中，推廣應(yīng)用了摻引氣減水劑的高性能混凝土。混凝土配制時(shí)水灰比控制在0.42～0.44，水泥用量控制在300～320Kg，砂率28～32%，摻引氣減水劑0.5～1.0%，所拌制的混凝土拌和物表觀柔和，保水性、勻質(zhì)性好；從攪拌站后臺(tái)運(yùn)送至前臺(tái)道倉時(shí)不離析，不泌水，容易攤鋪；用多棒式振搗器很容易振搗密實(shí)，用條夯振搗整平后再用滾杠提漿很方便，做面、拉毛很容易，做面后表觀質(zhì)量均勻，平整度好。竣工后實(shí)測道面表面粗糙度、平整度、鄰板差等項(xiàng)目，檢驗(yàn)合格率達(dá)100%，完全滿足道面表面使用功能要求。實(shí)測現(xiàn)場道面混凝土預(yù)留試件的抗折強(qiáng)度達(dá)到5.8～6.5MPa，預(yù)留試件的抗凍性、抗?jié)B性、耐磨性都大大優(yōu)于普通道面混凝土。部分機(jī)場已使用6年以上，到目前為止，沒有發(fā)生凍脹脫皮、開裂斷板、表面磨損等破壞現(xiàn)象，保證了道面的設(shè)計(jì)使用功能，預(yù)期可有效延長道面使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉慶濤、王碩太、孔祥海等.機(jī)場道面混凝土耐久性研究[J].混凝土，2007（6）

[2] Hoerner、T.E、M.L.Darter.Guide to Developing Performance related specifications for HPC Pavement.Volume1： Pratical Guide，F(xiàn)inal Report and Appendix A. Pubilication No.FHWA-RD-98-155，F(xiàn)ebruary.1999

[3] P. Kuma Mehta.Paulo J.M. Monteiro著.覃維祖、王棟民、丁建彤譯.混凝土微觀結(jié)構(gòu)、性能和材料[M].北京：中國電力出版社，2008

[4] Henry G.Russell、H.Celik Ozyildirim.Revising High-performance Concrete Classification[J].Concrete International，V.28，NO.8，August.2006.

[5] 楊錢榮、黃士元.引氣混凝土的特性研究[J].混凝土，2008.5