掺AJF-6型高效引气减水剂机场混凝土的抗冻性能试验研究.pdf

第 3 8卷 ， 第 1 期 2 0 1 3年 2 月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 8，No 1 F e b， 2 0 1 3 掺 A J F - 6型高效引气减水剂机场混凝土的 抗冻性能试验研 究 梁 峰 ， 孙晓波 ， 李永毅 ， 潘志峰 ， 李 勇 ( 1 中国航空 港建设第八工程总 队，辽宁 沈阳1 1 0 0 2 1 ； 2 空军勤务学院 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 0 ) 摘要】结合大兴安岭某机场建设工程 ， 采用快速冻融试验方法 ， 对掺人不 同比例 A J F 一 6高效 引气减水剂 的 混凝土分别进行 0 、 5 0 、 1 0 0 、 1 5 0 、 2 0 0 、 2 5 0 、 3 0 0次冻融循环试验 ， 测量试件 的含气量 、 质量 、 相对 动弹性模 量 ， 并 对 比 研究 A J F - 6高效 引气 减水 剂对混凝 土抗 冻性 能的影响 。试验结果表明 A J F一6高效引气减水剂掺量 与混凝土含气 量关 系近似为抛物线关系 。为控制混凝土含气量符合要 求 ， 其掺量应控制在 2 3 3 O 之 间， 施工过程 中 A J F 一 6高效引气减水 剂掺量 宜比设计值增 加 3 0 。 关键 词A J F - 6高效引气减水剂 ； 混凝土 ； 冻融循环 ；抗冻性能 中图分类号】U 4 1 6 2 1 6 文献标识码】A 文章编号 】1 6 7 4 - 0 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 8 4 - 0 3 S t u d y o n F r o s t Re s i s t a n c e o f Ai r p o r t Co n c r e t e Mi x i n g AJ F- 6 Effi c i e n c y Ai r - e n t r a i n i n g W a t e r - r e d u c i n g Ag e n t LI ANG F e n g ，S UN Xi a o b o ，LI Yo n g y i ，P AN Zh i f e n g 。 ， LI Yo ng ( 1 T h e E i g h t h En g i n e e r i n g C o r p s o f C h i n a Ai r p o r t C o n s t r u c t i o n，S h e n y a n g ，L i a o n i n g 1 1 0 0 2 1 ， C h i n a ； 2 A i r F o r c e S e r v i c e C o l l e g e ， X u z h o u ， J i a n g s u 2 2 1 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t C o mb i n i n g a n a i r p o r t c o n s t r u c t i o n p r o j e c t i n D a x i n g a n l i n g ，d o 0 ，5 0 ，1 0 0 ，1 5 0 ， 2 0 0，2 5 0，3 0 0 fre e z e t h a w c y c l e s t e s t o n c o n c r e t e mi x i n g d i f f e r e n t p r o p o rt i o n s A J F - 6 e f fi c i e n c y a i r e n t r a i n i n g wa t e r r e du c i n g a g e n t wi t h f a s t fre e z e t h a w t e s t me t h o d Me a s u r e a n d c o mpa r e c o n c r e t e s p e c i - me n sr e l a t i v e d y na mi c e l a s t i c mo du l u s wi t h t h e DT- 1 2 d y n a mi c e l a s t i c mo du l u s i ns t r u me nt t o r e s e a r c h i n f l u e n c e o f A J F 6 e f f i c i e n c y a i r - e n t r a i n i n g w a t e r - r e d u c i n g a g e n t o n c o n c r e t e S fro s t r e s i s t a n c e T h e r e s u i t s i n d i c a t e t h a t AJ F 6 e ff i c i e n c y a i r - -e n t r a i n i n g w a t e r r e d u c i n g a g e n t c a n i mp r o v e fro s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e a n d t h a t t h e r e l a t i o n s hi p b e t we e n i t s c o n t e n t a n d a i r c o n t e n t i n c o n c r e t e s e e ms t o be a p a r a b o l a Fo r e n s u r i ng a i r c o nt e n t i n c o n c r e t e me e t i n g c r i t e r i o ni t s c o n t e n t s h o u l d b e b e t we e n 2 3a n d 3 0 a n d i t s p r a c t i c a l c o n t e n t s h o u l d b e 3 0mo r e t h a n t h e de s i g n v a l u e a t t h e c o n s t r u c t i o n fie l d Ke y w o r d s A J F - 6 e f f i c i e n c y a i r e n t r a i n i n g w a t e r r e d u c i n g a g e n t ；c o n c r e t e ；fr e e z e t h a w c y c l e ； fro s t r e s ； s t a n c e 0 引言 我 国东北 地 区机场 道面绝 大 多数采用 水 泥混凝 土， 在环境因素作用下容易出现冻融破坏 ， 主要表现 为水泥混凝土道面表面剥落、 边角酥碎等现象 ， 降低了道面的使用品质 ， 缩短了道面使用寿命 ， 严重 影响了飞行安全。如何提高混凝土道面的抗冻性是 在高寒地区修建机场时工程技术人员首要关注的问 题 。 国内外一些学者通过在混凝土中掺加引气减水 剂来提高混凝土的强度 ， 减少和减 小混凝土的连通 孔隙 ， 以达到提高混凝土抗冻性 的 目的。薛庆分析 了引气剂的作用机理 ， 提出引气剂是今后发展高性 能混凝土的必备外加剂 。梁浩楣， 杨东杰等人提 出木质素系高性 能引气减水剂 G C L 1 一 D起 泡能力 强 ， 减水率达 到 1 8 1 ， 能够通过改善硬化砂 浆或 混凝土的孔结构而提高其力学 和耐久性能 。杭 美 艳等 人研 究 了 G L - B 4型高 效 引气 减水 剂 对 混凝 收稿 日期2 0 1 2 0 5 2 7 【 作者简 介】梁峰 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 河南郑州人 ， 工程 师， 从事机场道面研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 梁峰 ， 等 ： 掺 A J F一 6型高效引气减水剂机场混凝土 的抗 冻性 能试验研究 1 8 5 土抗冻性能的影响 ， 提 出其不适用于水胶 比 0 6以 上的混凝 土 。刘加平、 尚燕等人提出“ 先消后引” 的引气方式对混凝 土的含气 量损失最小。 。 。朱仁 兴等人初步探讨了引气减水剂在机场道面混凝土中 的应用 ， 提出在普通道面混凝土中掺加引气减水剂 来配制高性能的道面混凝 土， 具有较好 的社会效益 和经济效 益 。本 文结 合大兴安岭某 机场建设 工 程 ， 采用快速冻融法对掺入不 同比例 A J F - 6高效引 气减水剂的混凝土的抗冻融性能进行 了探讨。 1 试验方案 1 1混 凝 土 配 合 比 试验中水泥采用蒙西 “日当山” 牌普通硅酸盐 4 2 5级( 低碱) 水泥。细骨料为海拉尔产河砂， 各项 检测指标如表 1所示 。粗骨料为海拉尔当地北山碎 石 ， 5 4 0 mm粒径连续级配 ， 碎石的各项检测指标 如表 2所示。A J F - 6高效引气减水剂为北京安建世 纪 科技发展有限公 司研发的混凝 土外加剂 ， 其 中萘 表 1砂检测指标 Ta b l e 1 mm v Me a s ur e me n t i nd i c a t o r s o f s a n d 系高效减水剂质量 占3 0 O ， 松香引气剂 占 1 7 ， 糖类缓凝 剂 占 2 0 。试 验用水 为海 拉尔 市饮用 水 。 试验用道面混凝土的配合比如表 3所示 。 表 3 混凝 土配 合比材料 用量 Ta b l e 3 Ma t e r i a l c o n s u mp t i o n o f c o nc r e t e ( k g m ) 材料名称 材料用量 材料名称 材料用量 水灰 比0 4 碎石 5 4 O mm 1 3 7 2 水泥 3 2 5 水 1 3 0 砂 子 6 5 5 注 ：水 用 量 包 括 调 配 外 加 剂 所 用 水 的 质 量 o 1 2试验 分 组 根据 A J F - 6高效引气减水剂掺量 的不同 ， 试验 试 块 分 成 0 0 1 、 0 0 2 、 0 0 3 、 0 0 4四组 ， 外 加 剂 掺 量 分 别 为水 泥质 量 的 0 0 、 1 5 、 2 0 、 2 5 ， 每 组 各 做 3个 1 0 0 X 1 0 0 X 4 0 0 m m 棱柱 体试 块 。 2 试验过 程 试验 采 用 快 冻 法， 试 件 在 标 准 条 件 下 养 护 2 4 d ， 然后放在( 2 02) 饱 和石灰水中浸 泡 4 d ， 每次冻融循环应在 2 4 h内完成 ， 试块 中心温度分 别 控制 在 1 8 2和 5土 2 o C 。 将适量的 A J F - 6高效引气减水剂溶于水 ， 按照 设计配合 比搅拌混凝 土， 使用改 良法混凝土含气量 测定仪测定含气量 ， 制做试 件， 在标 准条件下 养护 2 4 d 。然 后在 饱 和的石 灰 水 中浸泡 4 d ， 取 出试 件 并 编号 ， 如 0 0 1 1 、 0 0 1 2 、 0 0 1 3 、 0 0 2 1 、 0 0 2 2 、 0 0 2 3 等 ， 称 量 初始 质 量 和横 向基 频初 始值 ， 然后 放人 T D R F 一 2型混凝 土快速冻 融试 验机进行冻融循环。 当冻 融循 环 次数 为 5 0 、 1 0 0 、 1 5 0 、 2 0 0 、 2 5 0 、 3 0 0时 ， 取 出试件 ， 清洗干净试件表面浮渣并擦干表面水分 ， 检 查外部损伤并用电子天平称量试件质量。用 D T - 1 2 型动弹仪测量其横 向基 频， 根据式( 1 ) 计 算每个试 件相对动弹性模量 ， 根据式 ( 2 ) 计算 一组试件的相 对动弹性模量。每个试件横向基频测定后迅速将试 件调头重新装入试件盒内并加入清水 ， 继续试验。 旁 式 中： P i 为经 次冻融循环后第 i 个试件的相对动 弹性模量 ， ； 精确至 0 1 ； 厂 n 为经 J 、 r 次冻融循环后 第 f 个试件的横 向基频 ， Hz ； f o f 为冻融循环试验前 第 个混凝土试件横向基频初始值后试件的横向共 振频 率 ， Hz 。 1 3 P= P ， J i= l ( 2 ) 式中：P为经 次冻融循环后一组混凝 土试件的相 对 动弹性 模 量 ， ， 精 确 至 0 1 。 3试验数 据分析 3 1 含 气量 分析 按 照 设 计 配合 比搅 拌 混 凝 土 ， 测得 含 气 量如 表 4和图 l所示 。 图 1的结果 表 明 ：混凝 土 的含气 量 Y与外加 剂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 8 6 公路工程 3 8卷 表 4 不同外加剂掺量的混凝土含气量 Ta b l e 4 Ai r c o n t e n t o f c o n c r e t e wi t h di f lf e r e nt a d mi x t u r e 外加剂 混凝土含气量 Y 外加剂 混凝土含 气量 Y 掺量 1 2 平 均值 掺量 1 2 平均值 2 5 3 9 3 3 3 6 1 5 1 8 1 4 1 6 2 O 2 6 2 2 2 4 O O O O 0 2 O 1 图 1 混凝土含气量与外加剂掺量的关 系 Fi g ur e 1 Th e r e l a t i o ns h i p o f a i r c o n t e nt a n d a d mi x t u r e c o n t e n t 掺量 的关系大致 为抛物线关系 ， 利用 O r i g i n中非 线性最 小平方 拟合 方法 ， 得 出两者 的关 系为 Y= 0 1 0 4 1 4+0 3 41 44 x +0 41 8 1 8 x ， R =0 9 9 7 1 2， 拟合结果较好。参 照文献 ， 机场道面混凝土含气量 控制在 3 一5 之 间 ， 则 A J F 一 6高效 引气减水 剂掺 量应控 制在 2 3 一 3 0 之 间 。此 外 ， 当外 加 剂掺量一定时， 混凝土含气量也有一定的浮动 ， 而且 随着外加剂掺量 的变大， 其浮动 的幅度变大。因此 施工时为保证含气量达到设计要求 ， 要严格控制外 加剂的掺量， 建议外加剂实际掺量宜 比设计值增加 3 0 。 3 2质量 分析 4组混凝土试件质量 m随冻融循环次数 变 化情 况如表 5和 图 2所示 。 从 图 2可 以看 出 ：随着 冻 融 循 环 次 数 的增 加 ， 混凝土试件质量变化均呈上升趋势 ， 没掺 t q J n 剂 的 试件质量变化幅度较大 ， 随着外加剂掺量增大， 试件 质量变化幅度减小。各试件在冻融循环初期 ， 质量 变化较小， 外加剂掺量为 0 0 、 1 5 、 2 0 的混 凝土试件分别在冻融循环 5 0 、 1 0 0 、 1 5 0次后 ， 质量较 快增加 ， 最后 质 量 又趋 于稳 定 。这是 因 为混 凝 土试 件表 面在冻 融循 环初 期 比较 密 实 ， 只有 少 量 的 水进 入到试件内部， 试件质量稍有增长 ； 随着冻融次数的 增加 ， 进入试件内部的水分结 冰， 体积膨胀 ， 将未冻 结的部分水封闭并沿毛细孔通道压 向内部 ， 使内部 水压力增高， 当水压力增高 到超过混凝 土的抗拉强 度 时 ， 毛细 孔胀 破 ， 产生 微裂 纹 ， 更 多 的水 分进 入 到 表 5 不 同冻融循环次数的试件平均质量和相对动 弹性模量 Ta bl e 5 Av e r a g e qu a l i t y a n d r e l a t i v e dy na mi c mo du l u s o f s p e c i me n s a f t e r d i f f e r e n te e z e t ha w c y c l e s 注 ： 外加剂掺量为 O 、 1 5 、 2 O 的试件分别在冻融循环 1 5 0次、 2 0 0次、 2 5 0次时 ， 动弹模量降 至 6 0 以下 ， 按 照文献 8 ， 停止 这 3组的试验 。 图 2 混凝土质量与冻融循环次数的关系 Fi g u r e 2 Th e r e l a t i o ns hi p o f c o n c r e t e q u a l i t y a n d f r e e z e t h a w c y c l e 试件内部 ， 质量较快增长。经过一定的冻融循环次 数后 ， 混凝土中的裂纹会相互贯通 ， 其强度也逐渐降 低， 甚至完全丧失， 使混凝 土结构 由表及里遭受破 坏 ， 部分脱落 ， 质量趋于稳定 ， 稍有增加。而高效 引气减水剂能释放水泥颗粒间多余 的水分 ， 提高了 混凝土的密实度和表观密度 ， 减少和减小混凝土的 连通孑 L 隙 ， 有效阻止水分沿毛细孔道深 入混凝土内 部 ， 所以外加剂掺量为 2 5 的试件质量变化不 大。 而没掺 入外 加剂 或外 加 剂 掺 量较 少 的 试 件 ， 在 冻 融 循环作 用下 ， 水分 沿毛细 孔道 不断 深人混 凝 土 ， 造成 试件的破坏。因此混凝土施工时为满足其抗冻融的 ( 下转 第 2 0 7页 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 赵丽华， 等： 矿物纤维对沥青混合料路用性能影响及机理分析 2 0 7 沥青用量节约了成本 。 2 3 4 5 参考文献】 张家 兵沥青类型对沥青混 合料车 辙的影响 J 中南公路工 程 ， 2 0 0 5 ， 3 0 ( 4 ) ： 2 1 o一 2 1 3 杨朋 ， 张 肖宁 矿物纤维沥青混合 料路 用性能研究 J 中外 公路 ， 2 O o 9， l 2 ( 6 ) ： 1 4 11 4 5 吴少鹏 叶群山 ， 刘 至飞 矿 物纤维 改善 沥青混 合料 高温稳 定 性研究 J 公路交通 科技 2 0 0 8， 1 1 ( 1 1 )： 2 O一2 3 武贤慧 ， 张登 良 纤维 增强 沥青混 合料 低温性 能研究 公路 交 通科技 J 2 0 0 5 ， ( 2 ) 汤寄予 ， 高丹盈 ， 韩菊 红 玄武 岩纤 维对沥 青混合 料水 稳定性 c 6 】 【 7 8 9 1 O 影响 的研究 J 公路 ， 2 0 0 8 ， ( 1 ) ： 1 4 21 5 8 徐刚 ， 赵丽华 ， 赵 晶 玄武 岩矿物纤维 改善沥青 混 合料性 能 研究 J 公路 ， 2 0 1 l ， ( 6 ) ： 1 6 71 7 1 J T T 5 3 3 2 0 0 4 ， 沥青路面用木质素纤维 s J T G F 4 0 2 0 0 4 ， 公路沥青路面施工技术规范 S 封基 良 纤维沥 青混合 料增强 机理及其 性能研究 D 南京 ： 东南 大学 ， 2 0 0 6 左建平 温度拉 应力共 同作用下 砂岩破 坏的断 口形貌 J 岩 石力学 与工程 学报 ， 2 0 0 7， 1 2： 2 4 4 4 2 4 5 7 杨 明， 熊文林 ， 马运朝 隧道路面矿物纤维鉴定方法及扫瞄 电 镜下特征 研究 J 隧道建设 ， 2 0 1 l ， 4： 1 8 61 9 t ( 上接 第 1 8 6页 ) 设计要求 ， 应控制好引气剂的掺量 ， 不能太低 。 3 3动 弹性模 量分析 按 照前 述试 验 方 法 ， 测 得 了 4组 混 凝 土试 件 在 不同冻融循环 次数 J7 、 r 下 的相对 动弹性模量。试件 相对动弹性模量 P随冻融循环 次数 的变化情况 如 表 5和 图 3所示 。 水 、 删 翻 i 教 幅 靛 图 3冻 融 循 环 次 数 与 耐 久性 系 数 的 关 系 曲线 F i g u r e 3 Th e r e l a t i o n s h i p o f du r a bi l i t y f a c t o r a n d f r e e z e t h a w c y c l e 从 图 3可 以看 出 ：随 着 冻 融 循 环 次数 的增 加 ， 混凝土试件的相对 动弹性模量都有所下降 ， 外加剂 掺量为 0 0 、 1 5 、 2 0 的混凝土试件分别在冻 融循环 1 5 0 、 2 0 0、 2 5 0次时 ， 动 弹模 量降 至 6 0 以 下 ， 按照文献 8 停止了这 3组的试验。试验 中， 混 凝土试件的相对动弹模量 降至 8 0 左右后 ， 急剧减 小直至试验结束 ， 这是因为此时混凝 土内部在水分 的结 晶膨胀 ， 结构疏松， 更多的水分进人混凝 土试件 内部 、 结 晶 ， 混凝 土相 对 动弹模 量 急剧 减小 。 而外加 剂掺量为 2 5 的混凝土试件在冻融循环 3 0 0次时 相对动弹模量仍达到 8 7 6 ， 抗冻性能较好。 4 结 论 对不同高效引气减水剂掺量的道面混凝土做冻 融循环 耐久性 试 验研究 ， 主要得 出 以下结论 ： A J F - 6高效 引气减水剂能提高混凝土 的含 气量， 其掺量与混凝土含气量的关系式可大致表达 为 y= 0 1 0 4 1 4+ 0 3 4 1 4 4 x+ 0 4 1 8 1 8 x 。 A J F - 6高效 引气减水剂不能严格控制混凝 土不受冻融循环的破坏， 只能减缓此种破坏。 此试验中， 混凝土试件动弹模量降为 8 0 左 右后 ， 试 件破 坏急 剧加 速 。 A J F - 6高效引气减水剂掺量应控制在 2 3 一 3 0 之间 ， 同时在施工 中， 实际掺量宜比设计值 增 加 3 0 。 2 3 4 参考文献】 刘庆涛 ， 王硕太 ， 孔祥海 ， 等 机场道面混凝 土耐久性研究 【 J 混凝土 。 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 31 5 刘树华 ， 张忠伟 道路混 凝土路 面裂缝 问题 综述 J 路基 工 程 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 2 02 2 薛庆 引气剂 与混凝土 高性 能化 J 混凝 土 ， 2 0 0 5( 0 4 )： 2 2 2 5 梁浩 楣 ， 杨 东 杰， 庞 煤 霞 ， 等 木 质素 系高 性 能 引气 减 水 剂 G C L ID的性 能和作 用机理研 究 ( J 混 凝 ， 2 0 0 7 ( 0 2 )： 4 8 51 杭美艳 ， 张锦霞 ， 张凤霞 掺 G LB 4型高效引气减 水荆在混 凝土中的抗 冻性 能试验研究 J 混凝土 ， 2 0 1 0( 0 6 )： 8 99 0 刘加平 ， 尚燕 ， 缪昌文 ， 等 聚羧酸系减水剂引气 方式对混凝土 性 能的影 响 J 建筑 材料学报 ， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 04 ) ： 5 2 8 5 3 1 朱仁兴 ， 易永臻 。 叶勇， 等 掺引气 减水剂道面混凝 土技术研 究 J 路基工程 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 5 7 5 8 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 标准 S J T G F 3 0 2 0 0 3 ， 公路水泥混凝土路 面施 工技术 规范 S 陈永钧 ， 史丽华 ， 丁吉 臣， 等 掺加 引气剂 提高混 凝 土抗冻融 性能的实践 J 商 品混凝土 ， 2 0 0 9 ( 0 7 ) 】 O =J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m