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        青藏高原地區(qū)摻引氣減水劑道面混凝土應(yīng)用研究

        2016-11-16 08:31:50雷旭華
        中國(guó)建筑科學(xué) 2016年3期
        關(guān)鍵詞: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(chǎng)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(guó)青藏高原地區(qū)海拔大多在3000m以上,空氣稀薄,太陽(yáng)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(chǎng)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(chǎng)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(shì)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(guó)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(zhǎng)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(chǎng)場(chǎng)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(zhǎng)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(rùn)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(shì),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(guó)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(chǎng)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(chǎng)道面工程中,推廣應(yīng)用了摻引氣減水劑的高性能混凝土?;炷僚渲茣r(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(cāng)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(cè)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(cè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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(guó)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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