青藏高原地區(qū)摻引氣減水劑道面混凝土應用研究

雷旭華

摘 要：針對青藏高原地區(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路線，配制出了維勃稠度15～30S、28d抗折強度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，分析了含氣量對道面混凝土工作性、抗折強度、抗凍性能及耐磨性能的影響規(guī)律，并在青藏高原地區(qū)的多個軍用、民用機場道面工程中進行了推廣應用。

關鍵詞：道面混凝土；外加劑；應用研究

Study and application of pavement concrete with air-entraining on the Qinghai-Tibet Plateau

Lei Xu-hua

（ The NO. 93882 Unit of PLA， Baoji Shaanxi 721006， China ）

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，氣溫低、溫差大、大風多，自然環(huán)境條件非常嚴酷惡劣。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度滿足設計要求，但強度儲備少，不能適應新機型的發(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，有些機場道面達不到設計使用年限即產(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，嚴重影響道面的使用功能，危機飛行安全，不得不進行頻繁的修補和翻修，勢必花費巨額維修和重建費用，造成了能源和資源的極大浪費，不符合可持續(xù)發(fā)展的要求[1]。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）強調(diào)提高路面公程的綜合耐久性，實現(xiàn)“長壽命、低維護”，降低全壽命成本，最主要的技術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，會不可避免地造成混凝土強度損失，因此，不少人對在道面混凝土中使用引氣劑還認識不足，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道面混凝土各方面性能的影響，在此基礎上配制并推廣應用適合于寒冷地區(qū)的高性能道面混凝土。

2.試驗概況

2.1 試驗用原材料

（1）水泥：42.5R普通硅酸鹽水泥，密度3.15g/cm3。

（2）細骨料：河砂，細度模數(shù)為2.8，Ⅱ區(qū)，級配合格，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兩級配，級配比例為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 試驗設計目標

（1）工作性：半干硬性道面混凝土，維勃稠度15～30S；

（2）強度：設計抗折強度等級5.0MPa，配制強度應大于5.8MPa（均方差按0.5MPa計算）；

（3）耐久性：混凝土道面設計基準期25～30年，抗凍等級F200以上。

2.3 試驗配合比

試驗選取道面混凝土常用的水灰比0.44～0.46，依據(jù)GJB 1112A—2004《軍用機場場道工程施工及驗收規(guī)范》要求的每m3混凝土最少水泥用量280kg～300Kg，石子級配和砂率通過優(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，試拌成型標準試件并在標準條件下養(yǎng)護28d后，依據(jù)GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》、GB∕T50082—2009《普通混凝土長期性能與耐久性能試驗方法標準》、GB/T 16925—1997《混凝土及其制品耐磨性試驗方法》進行含氣量、工作性能、抗折強度、耐磨性能試驗，結果見表1。

3.試驗結果分析

3.1 含氣量對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，隨著含氣量的增加，維勃稠度均明顯減小，尤其當含氣量為3～5%時，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，混凝土流動性大大提高，且氣泡堵塞毛細管通道，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。但試驗研究表明，道面混凝土水泥用量小于280Kg/m3時，即使混凝土含氣量達到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低于280 Kg/m3。

3.2 含氣量對道面混凝土抗折強度的影響

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%，抗折強度降低3.3%～8.6%（取決于引氣劑種類與質(zhì)量）。當含氣量大于5%時，抗折強度遠低于5.8MPa，不能滿足設計要求。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)強度與孔隙率普遍的反比關系，由于孔隙率的增加導致了抗折強度的降低。但是，由于減水劑的減水增強作用，可以在一定程度上彌補因使用引氣劑而造成的強度損失，可以保證道面混凝土強度滿足設計要求。

3.3 含氣量對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。當含氣量大于5%時，磨槽深度均在2mm以上，達不到美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）提出的高性能混凝土最低抗磨耗等級標準（2.0mm>磨槽深度≥1.0mm）[4]，同時，磨槽深度超過2.0mm，道面將過早產(chǎn)生露砂、露石現(xiàn)象，嚴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 含氣量對道面混凝土抗凍性能的影響

對上述滿足道面混凝土工作性與抗折強度要求的配合比（共20組，編號同表1），采用快凍法進行抗凍性能試驗研究，結果如表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，抗凍等級僅達到F100～F150，不滿足設計要求；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，并已成功應用于工程實踐；但含氣量低于3%時，抗凍等級達不到F200，不能滿足設計要求。因此，寒冷地區(qū)道面混凝土的最大水灰比應不大于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，強度越高，抗凍性越好；但不同含氣量下，強度高，抗凍性未必好，混凝土引氣后，即使在較低強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，強度對混凝土抗凍性有重要影響，但其影響程度遠不如含氣量[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，同時引入的大量微小獨立氣泡，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)場應用

近年來筆者參加的青藏高原嚴酷地區(qū)的多個軍用、民用機場道面工程中，推廣應用了摻引氣減水劑的高性能混凝土。混凝土配制時水灰比控制在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；從攪拌站后臺運送至前臺道倉時不離析，不泌水，容易攤鋪；用多棒式振搗器很容易振搗密實，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。竣工后實測道面表面粗糙度、平整度、鄰板差等項目，檢驗合格率達100%，完全滿足道面表面使用功能要求。實測現(xiàn)場道面混凝土預留試件的抗折強度達到5.8～6.5MPa，預留試件的抗凍性、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，保證了道面的設計使用功能，預期可有效延長道面使用壽命。

參考文獻

[1] 劉慶濤、王碩太、孔祥海等.機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.混凝土微觀結構、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

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