內養(yǎng)生劑在高速公路橋面鋪裝混凝土中的應用

謝政專，陶小磊，唐 俊，阮保富

(1.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；3.廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007；4.云南宏程卓越建設工程技術有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

山區(qū)地區(qū)交通行業(yè)快速發(fā)展，水泥混凝土是目前最重要的工程材料之一，但許多混凝土結構物在服役期就出現(xiàn)不同程度耐久性病害[1-3]。目前傳統(tǒng)的改善措施有添加外加劑、粉煤灰、覆蓋保濕等[4-5]，雖然可以起到一定的效果，但仍然存在減縮不及時、僅對表面進行養(yǎng)護、增加成本等問題。為了從根本上解決以上問題，國內外學者提出了在混凝土中引入高吸水樹脂，并驗證了引入高吸水樹脂進行內養(yǎng)護改善了混凝土的收縮、抗?jié)B和抗凍等性能[6-9]。因此，文章提出在山區(qū)高速公路橋面鋪裝混凝土添加內養(yǎng)生劑，從而達到減少混凝土收縮裂縫、簡化養(yǎng)護步驟、減少養(yǎng)護用水量、提高混凝土耐久性的目的，為實體工程推廣使用提供依據。

1 內養(yǎng)生水泥混凝土技術研究

1.1 內養(yǎng)生劑

本工程應用的內養(yǎng)生劑為白色粉末狀，為廣西交科集團有限公司自有產品，系一種能吸收數(shù)百倍于自身質量的水的高分子聚合物，具有吸水、保水及釋水的特性，摻入水泥基材料中能起到內養(yǎng)護促進水泥水化和減少收縮作用。

1.2 內養(yǎng)生水泥混凝土技術原理

傳統(tǒng)養(yǎng)護和內養(yǎng)護分別如圖1和圖2所示。從圖中可知，傳統(tǒng)的養(yǎng)護只能停留在對混凝土表面進行養(yǎng)護上，而內養(yǎng)生水泥混凝土技術即向混凝土中引入內養(yǎng)生劑，其具有吸水、保水及釋水的特性。內養(yǎng)生劑在混凝土拌和中預吸收自由水分，預吸收自由水分在混凝土后期膠凝材料水化環(huán)境中逐漸釋放出來，以有效保障膠凝材料的充分水化和膠凝產物的形成，補償蒸發(fā)水量，同時維持局部毛細空隙濕度飽和度，對混凝土內部進行全方位的養(yǎng)護，降低混凝土發(fā)生自收縮損傷，提高了抗塑性開裂性能；內養(yǎng)生劑的摻入，有效鎖住自由水分蒸發(fā)量，均勻分布于混凝土內部充當“蓄水池”，并在后期養(yǎng)護逐漸釋放水分使混凝土實現(xiàn)“自我內部逐步養(yǎng)生”。

圖1 傳統(tǒng)養(yǎng)護示意圖

圖2 內養(yǎng)護示意圖

1.3 內養(yǎng)生水泥混凝土制備工藝

按規(guī)定稱好原材料，往攪拌機內順序加入粗集料、細集料、水泥和內養(yǎng)生劑，開啟攪拌機，采用干拌方式將材料拌和均勻，相比普通混凝土，內養(yǎng)生水泥混凝土干拌時間延長約5 s，在拌和過程中徐徐加入水和外加劑，拌和均勻即可制備得到內養(yǎng)生水泥混凝土。具體投料順序如圖3所示。

圖3 內養(yǎng)生混凝土投料順序圖

2 工程應用

2.1 工程概況

保瀘高速公路起于云南省保山市隆陽區(qū)瓦窯鎮(zhèn)老營村，止于怒江州瀘水市六庫鎮(zhèn)北小沙壩，路線全長85.174 km，按雙向4車道標準建設，整體式路基寬度為25.5 m，分離式路基寬度為2×12.75 m，設計時速為80 km/h。根據設計文件要求，橋面鋪裝焊網采用冷軋帶肋鋼筋焊網，焊網鋼筋公稱直徑為10 mm，間距為10 cm×10 cm，鋼筋焊網采用扣接法固定，橋面混凝土澆筑前預先測定各孔各片裸梁縱橫向的控制點標高，以確定是否需要調整其鋪裝厚度。如需調整，應注意調整后現(xiàn)澆混凝土層跨中附近的最小厚度宜≥5 cm，支點附近最大厚度宜≤15 cm。

2.2 原材料

水泥為普通硅酸鹽水泥P.O52.5；機制砂取自保山羊支茂采石場I類中砂，細度模數(shù)為2.97，河砂取自保山會東采砂場Ⅱ類中砂，細度模數(shù)為2.61；碎石來源于保山羊支茂采石場，為一檔料，粒徑范圍為4.75～19 m；水為市政生活用水；外加材料為北京橋智恒信科技有限公司的LZ-RI(標準型)；內養(yǎng)生劑系廣西交科集團有限公司自主研發(fā)產品。本工程應用細集料采用機制砂與河砂對摻，機制砂與河砂對摻質量比為6∶4。內養(yǎng)生水泥混凝土配合比如表1所示。

表1 項目混凝土配合比表(kg/m3)

2.3 內養(yǎng)生水泥混凝土工作性評價

如下頁表2所示為水泥混凝土經時坍落度情況，從表中可知內養(yǎng)生水泥混凝土的初始坍落度比基準混凝土降低5 mm，原因是摻加的內養(yǎng)生劑在混凝土拌和期間預吸收了部分自由水分，使混凝土內部自由水分含量降低，導致混凝土流動性下降。經過2 h的混凝土攪拌車運輸，基準混凝土坍落度損失55 mm，摻加內養(yǎng)生的混凝土經時損失度優(yōu)于基準混凝土，這歸功于內養(yǎng)生劑具有吸水、保水及釋放的特性，內養(yǎng)生劑預吸水后具有保水性，保障了內養(yǎng)生混凝土在運輸及澆筑過程中鎖住自由水分、抑制自由水分蒸發(fā)，同時預吸水的內養(yǎng)生劑膨脹呈圓形狀，有效潤滑了界面，降低了混凝土的黏度，保證了混凝土的經時坍落度，滿足混凝土施工要求。

表2 混凝土經時坍落度表(mm)

2.4 內養(yǎng)生水泥混凝土抗壓強度評價

混凝土立方體抗壓強度結果如圖4所示，可發(fā)現(xiàn)，基準混凝土7 d齡期的強度為59.7 MPa，比內養(yǎng)生混凝土同齡期強度提高了3.4 MPa，這主要的原因是內養(yǎng)生劑在拌和中預吸收水拌和物中的自由水分，在0～7 d齡期時緩慢釋放水分以致混凝土內部缺少自由水量，未能與水泥發(fā)生水化反應形成密實的水化產物，同時吸水后的內養(yǎng)生劑因膨脹使混凝土內部存在較多的薄弱孔隙，因此，內養(yǎng)生水泥混凝土7 d齡期強度較低。隨著齡期的增長，內養(yǎng)生混凝土內部內養(yǎng)生劑預吸收的水分逐漸釋放以提供水泥水化需水，生成大量的水泥水化產物，且產物填充了引入內養(yǎng)生劑釋水后的孔隙，使混凝土內部更加密實。相比基準混凝土，內養(yǎng)生混凝土28 d齡期的強度提高了5.9%，因此，采用摻加內養(yǎng)生材料能夠充當“蓄水池”作用，能夠在細觀結構局部為環(huán)境形成濕度養(yǎng)護效應，保證水泥充分水化，有效降低混凝土構件養(yǎng)護難導致強度不足的風險。見圖4。

圖4 混凝土抗壓強度圖

2.5 內養(yǎng)生水泥混凝土外觀效果評價

在澆筑過程中，內養(yǎng)生混凝土流動度較好，有利于混凝土橋面鋪裝的施工，有效解決了混凝土經時坍落度損失嚴重、泌水離析等技術問題。內養(yǎng)生水泥混凝土成型抹面后，覆蓋土工布，養(yǎng)護前7 d，每3 d進行一次灑水養(yǎng)護，而基準混凝土按照規(guī)范要求進行養(yǎng)護。經28 d齡期，基準混凝土橋面局部出現(xiàn)微裂縫，而內養(yǎng)生混凝土橋面未出現(xiàn)肉眼可見的裂縫，這說明基準混凝土在澆筑過程中自由水分蒸發(fā)嚴重，且后期灑水養(yǎng)護，水分較難進入混凝土內部補償水泥水化需水，導致混凝土嚴重收縮開裂；內養(yǎng)生混凝土內部引入內養(yǎng)生劑，內養(yǎng)生劑預吸收水分，在混凝土澆筑過程中有效抑制了自由水分的蒸發(fā)，而且均勻分布于混凝土內部進行全方位的內養(yǎng)護，抑制了混凝土的干燥收縮，顯著提升了混凝土的抗開裂性能。

3 結語

(1)內養(yǎng)生材料的摻入在混凝土拌和過程中吸收部分自由水分，輕微降低了混凝土的初始坍落度；但預吸水的內養(yǎng)生劑膨脹呈圓形狀，有效潤滑了界面，有利于保障混凝土的經時坍落度。

(2)內養(yǎng)生水泥混凝土中內養(yǎng)生材料能夠充當“蓄水池”作用，能夠在細觀結構局部為環(huán)境形成濕度養(yǎng)護效應，保證水泥充分水化，有效保障混凝土的強度及有效抑制混凝土的干燥收縮，在減少養(yǎng)護用水量的同時，顯著提升了橋面鋪裝混凝土的抗塑性開裂性能，工程應用價值顯著。