掺引气减水剂道面混凝土试验研究.pdf

25 0 四川建筑科 学研究 Si c h ua n Bu i l d i n g S ci e n c e 第4 0卷第 4期 2 0 1 4年 8月 掺引气减水剂道面混凝土试验研究 何付成 ， 蒋政 ( 中国航 空港建设第二工程总队 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 5 ) 摘要： 针对我国北方寒冷地区环境条件恶劣， 采用传统的普通道面混凝土施工质量难以控制， 道面表面品质和使 用寿命难以保证 ， 通过掺加引气剂和减水剂配制适应于寒冷地区的高性能道面混凝土， 并在北方地区修建的多个 机场道面工程中进行了推广应用。室内试验研究和现场应用结果表明， 与普通道面混凝土相比较， 掺引气减水剂 的高性能道面混凝土工作性良好， 强度和耐久性能均有显著提高。 关键词： 道面混凝土； 引气剂； 减水剂 ； 试验研究 中图分类号： T U 5 2 8 3 7 文献标志码： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4) 0 4 2 5 0 0 3 U 刖 吾 机场道面在使用条件下不仅要承受飞机机轮的 冲击震动作用 ， 还要承受风吹雨淋 、 太 阳曝晒 、 冰冻 盐冻 、 侵蚀介质等各种 自然因素的复合作用 ， 环境条 件非常恶劣。道面 昆凝土大面积露天铺筑 ， 由于施 工周期 和养护的需要 ， 一般选择在夏季热 天气候条 件下施工 。传统的普通道 面混凝土 由于保 水性较 差 ， 铺筑时易产生泌水离析现象 ， 泌水则在混凝土内 部产生毛细管通道， 表层产生浮浆， 使混凝土出现早 期塑性收缩 、 龟裂裂纹等常见质量通病 。尤其是 我国北方寒冷地 区气温低 、 温差大 、 大风多 ， 环境条 件非常恶劣 ， 在这些地区修建 的机场混凝 土道面不 同程度存在着道 面表面品质和耐久性不 良现象 ， 有 些机场道面达不到设计使用年限即产生龟裂裂纹 、 冻胀 脱 皮 、 开 裂 断板 、 表面 磨 损 等耐 久性 破 坏现 象 ， 不得不进行频繁 的修补和翻修 ， 势必花费 巨 额维修和重建费用， 造成了能源和资源的极大浪费。 因此 ， 寒冷地区修建 的机场道面工程 ， 在普通混凝土 中掺加引气剂和减水剂等外掺剂来配制铺筑和易性 好 、 强度高、 寿命长的高性能混凝土道面成为必然趋 势 。 1 引气减水剂 的作 用机理 减水剂 的作用机理主要有 吸附分散 、 润滑润湿 作用。水泥加水后 ， 由于水化产物所带不同电荷 的 相吸作用 、 溶剂化水膜产生缔合作用和水泥质点运 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 6 - 0 8 作者简介： 何付成( 1 9 7 8一) ， 男， 江苏邳州人， 工程师， 主要从事机场 建筑工程施工 与管理。 Ema i l ： h f c j s p z 1 6 3 c o in 动碰撞吸引， 形成絮凝网状结构 ， 截 留、 包围水分 ， 使 混凝土的流动性 降低 。加入减水剂后 ， 减 水剂 的憎 水基定 向吸附于水泥颗粒表面 ， 形成单分 子或多分 子膜层 ， 溶剂化水膜膜层增厚 ， 水 泥质点润滑流动 ； 由于减水剂分子的定 向吸附 ， 使水泥颗粒 表面带有 同性电荷 ， 彼此间产生静 电斥力 ， 使水泥的絮凝 网状 结构解体 ， 释放水分 ， 使新拌混凝 土的流动性提高。 减水剂 的加入还可 以降低水灰 比， 减少混凝土的孔 隙率和有害孔 ， 使混凝土的结构更为致密 ， 混凝土的 强度提高 ， 耐磨性能也显著提高。 引气剂 的作用机理主要是 ： 混凝土在搅拌过程 中不可避免的会 引入一部分空气 ， 而引气剂大部分 是阴离子表面活性剂 ， 在水一 空气界面上 ， 憎水基定 向吸附空气 ， 在水泥一 水界面上 ， 水泥或者其水化粒 子与亲水基相吸附， 憎水基背离水泥及其水化粒子 ， 形成憎水化吸附层 ， 并力 图靠近空气表面 ， 由于这种 粒子向空气表面靠近和引气剂分子在空气一 水界面 上的吸附作用 ， 显著降低 了水 的表面张力 ， 使混凝土 在拌和过程中产生大量 的微小气泡， 这些 气泡带有 相同电荷的定向吸附层 ， 所 以相互排斥并能均匀分 布 ； 另一方面 ， 许多阴离子引气剂在含钙量高的水泥 水溶液中有钙盐沉淀 ， 吸附在气泡膜上， 能有效地防 止气泡破灭 ， 引入的细小均匀 的气泡能在一定时间 内稳定存在 ， 均匀 固化在水泥石中。当冬季混凝 土 受冻时 ， 这些微小匀质的独立气泡， 缓解了冻融过程 中水结冰产生的冰胀压力和毛细孔水 的渗 透压力 ， 使得混凝土的抗冻性、 抗渗性均得以提高 j 。 引气减水剂兼具引气剂和减水剂的功能。引气 剂在提高混凝土的耐久性的同时也不可避免地降低 了混凝土的强度 ， 混凝土含气量每增加 1 ， 强度降 低 3 5 ， 这使得引气剂 的推广使用受到 了一定 2 0 1 4 N o 4 何付成， 等 ： 掺引气减水剂道面混凝土试验研究 2 5 1 程度的制约 。因此 ， 在兼顾强度和耐久性 的高性能 混凝土迅猛发展 的当今 ， 混凝土中单独掺加引气剂 是不多见的， 引气剂通常与减水剂复合使用 ， 减水剂 的高减水率可以从一定程度上弥补混凝土因使用引 气剂而造成 的强度损失 J 。 值得注意的是 ， 不同品种的引气剂对混凝土 的 引气作用是不同的。引气剂对混凝土性能的影响不 能单纯用含气量大小来评定其优劣 。在相同含气量 时， 气泡的分布情况 ， 包括气孔 的大小 、 气泡的数量、 气泡的稳定性对混凝土的和易性 、 强度 、 耐久性的影 响明显不同。优质引气剂能在混凝土中引入直径微 小 、 分布均匀 、 密闭独立的空气泡， 并在混凝 土施工 过程中有较好的稳定性 ， 在混凝土凝结硬 化后就 留 下了许多细小 、 均匀 、 独立的气孔 ， 将影响混凝 土的 一 系列性能 o 。 2 掺 引气减水剂道面 混凝 土试验 2 1 试验用原材料 1 ) 水泥 ： 4 2 5 R普通硅酸盐水 泥 ， 2 8 d抗折强 度 8 9 MP a ， 抗压强度 4 8 5 MP a 。 2 ) 细 骨料 ： 河砂 ， 区级配 合格 ， 细度模 数 为 2 8 ， 密度 2 6 5 g e m ， 堆积密度 1 5 0 0 k g m ， 含泥量 1 0 。 3 ) 粗骨料 ： 石灰岩碎石 ， 52 0 m m、 2 04 0 m m 两级配 ， 密度 2 7 3 g e m ， 堆积密度 1 6 8 0 k g m ， 含 泥量 0 2 ， 针片状含量 3 5 。 4 ) 外加剂 ： 北京 、 西北 、 西南等厂家生产 的萘系 高效引气减水剂。 2 2 外加剂与水泥的适应性试验 为了比较应用 ， 同时进行了北京 、 西北 、 西南等 地区不同厂家生产 的引气剂 、 减水剂与水泥 的适应 性试验 ， 试验结果见表 1 。 表 1 外加剂与水泥的适应性试验 结果 外加剂种类 甲 乙 丙 检测项 目 ( 北京某厂 ) ( 西北某厂)( 西南 某厂) 0 ml r l 发泡高度 3 0 m i n mm 1 h 3 h 净浆流动度 30 0 m m i i n n m m 1 h 2 8 0 2 8 0 2 75 2 7 5 l 9 9 1 3 9 1 2 9 1 7 0 1 5 O l 5 0 1 4 0 1 1 7 9 5 8 4 1 4 0 l 1 0 l 1 O 1 0 o 2 7 2 1 4 2 l o o 从表 1发泡高度可以看出， 丙产品引入气泡少 ， 发泡高度低 ， 而且气泡损失较快 ， 3 0 m i n发泡高度降 低 2 1 ； 甲产 品引入气泡多， 气泡数量增加 6 5 ， 且 稳定 ， 3 0 mi n气泡基本不丧失 ； 乙产品介于上述二者 之间。 从表 1净浆流动度可 以看出， 甲产 品与水泥适 应性 最好 ， 初 始流 动性很好 ， 且 经 时损失较 小 ， 3 0 mi n后 流 动性 降低 约 3 0 ， 1 h后 流 动性 降低 约 3 5 ； 丙产品与水泥适应性较差 ， 虽然初始流动性很 大 ， 但有假凝现象 ， 经 时损失最大 ， 3 0 mi n后流动性 降低约 4 8 ， 1 h后流动性降低 了6 3 ； 乙产 品与水 泥适应性最差 ， 流动性 最小 ， 不 满足施工 和易性要 求 。综合效果 ， 甲产 品与水泥的适应性最好。后续 试验及工程应用 中均 采用北京某 厂生产 的 A D D 3 高效引气减水剂 。 2 3 混凝土配合比及试验结果 依据 G J B 1 I 1 2 A _2 0 0 4 军用 机场场道工程施 工及验收规范， 通过优选砂率 、 水灰 比、 外 加剂掺 量和石 子最佳 级配 ， 最终 确定 了普 通道 面 昆凝 土 ( P 1 、 P 2 、 P 3 ) 和掺引气减水剂道面混凝土( Y J 1 、 Y J 2 、 Y J 3 ) 两种类型 6个混凝土配合 比， 试拌调整合格后 每个配 比制作了尺寸为 1 5 0 m m1 5 0 mm5 5 0 m m 的抗折试件各 3组 ， 这些试件经过 2 8 d的标准养护 后 ， 根据 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能 试验方法标准 的规定对其进行了抗折强度和抗压 强度 ( 利用抗折试件断头) 检测 ， 配合 比与试验结果 见表 2 。 表 2 道面混凝土配合 比及试验 结果 编 k z N,N N p -g外加剂 维勃稠度 含气量 望 塑 ! 二： ： ： ： ! 堑 垦 P1 0 4 5 3 2 0 3 2 1 4 4 2 2 1 0 5 6 0 41 2 P 2 0 44 3 2 5 3 0 1 4 3 2 5 1 0 5 6 5 4 2 5 P 3 0 4 3 3 3 0 2 9 1 4 2 3 0 1 0 5 6 9 4 3 8 Y J 1 0 4 2 3 1 0 3 0 2 0 1 8 3 8 6 2 5 4 6 6 Y J 2 0 41 3 2 0 2 8 2 1 1 6 4 0 6 3 8 4 7 8 YJ 3 0 4 0 3 2 5 2 8 2 2 1 5 4 2 6 5 6 4 8 5 2 4混凝土耐久性试验结果 对上述两种类型 6个混凝土配合比进行耐久性 对 比试验 ； 抗 冻性试验 采用 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性能试验方法标准中 的快冻 法 进 行 ； 抗 渗 性 试 验 采 用 国家 标 准 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性能 试验方法标准中的静水压力法 和氯离 子渗透法 ， 静水压力试验 中最终压力为 4 0 MP a ； 耐磨性试验 根据国家标准 G B T 1 6 9 2 5 -1 9 9 7 混凝土及其制品 耐磨性试验方法 进行， 结果见表 3 。 表 3 道面混凝土耐久性能试验 结果 抗渗性试验 耐磨性试验 抗冻性试验 编号渗水高度 c 1 一 离子渗透 渗透性 磨槽深度 耐磨度 抗冻 m m 电量 ( 库仑) 评价 mm 等级 P 1 P 2 P 3 YJ 1 Y J 2 YJ 3 n n n 4 6 7 4 7 9 卯 O 8 7 5 4 3 L L 中中 中 胍 O 5 O j； 懈 6 m 2 5 2 四川建筑科学研究 第 4 0卷 2 5 试 验结 果分 析 1 ) 混凝土和易性和强度 ： 普通道面混凝 土( P 1 、 P 2 ) 施工流动性 尚可， 但有离析 、 泌水现象 ， 抗折强 度虽然满足设计要求 ， 但强度储备偏少； 掺引气减水 剂的道面混凝土 ( Y J 1 、 Y J 2 ) 拌和物柔和而不泌水 ， 施工流动性 比普通道面混凝土显著提高 ， 抗折强度 分别高达 6 1 5 MP a和 6 5 6 MP a ， 比普通道面混凝 土提高 1 0 以上 ， 这是 由于引气减 水剂 的分散 作 用 、 滚珠作用 ， 提高了混凝土的流动性及减水增强综 合作用的结果。 2 ) 混凝土抗冻性 ： 普通道面混凝土抗冻等级较 低 ， 仅为 F 1 0 0 ， 不能满足严寒 和寒 冷地 区道 面混凝 土的抗 冻要求 J 。掺 引气 减水剂 的混 凝土 ( Y J 1 、 Y J 2 ) 抗冻等级比普通道面混凝土大大提高， 抗冻等 级达到 F 3 0 0以上 ， 可以满足严寒和寒冷地区道面混 凝土的抗冻要求 j 。这是 由于掺加 引气减水剂后 ， 在混凝土中引人了稳定微小匀质独立气孔 ， 缓解 了 冻融过程 中产 生的冰胀 压力和毛细孔水 的渗 透压 力 ， 大幅度提高了道面混凝土的抗冻性能。 3 ) 混凝土抗渗性 ： 普通道面混凝土的渗透性较 大， 达到中等水平； 掺引气减水剂的道面混凝土渗透 性很低 ， 抗渗性 明显提高。这是 由于混凝 土掺加引 气减水剂后 ， 水灰 比减小使混凝土更密实 ， 且引人 的 气泡堵塞毛细孔 ， 混凝土不泌 水 ， 不会产 生渗水通 道 ， 抗渗性能大大提高 。 4 ) 混凝土耐磨性 ： 普通道面混凝土磨耗深度较 大 ， 接近 2 0 0 m m， 耐磨性一般 ； 掺 引气减水剂 的道 面混凝土磨耗深度 比普通混凝土减小 2 0 左右 ， 耐 磨性明显提高。这是由于掺加引气减水剂 ， 使混凝 土水灰 比减小 ， 和易性好 ， 不会产生离析泌水现象 ， 骨料能均匀分布在混凝 土中而不发 生沉降 ， 受磨 的 混凝土表面组分均匀 ， 成型更密实 ， 表面更致密 ， 因 此耐磨性大大提高。 3 结 语 近年来 ， 作者单位已在我 国北 方寒冷地区的多 个军用 、 民用机场道面工程中， 铺筑了掺引气减水剂 的高性能混凝土。混凝土浇筑 时工作性 良好 ， 很容 易成型密实 ， 表观质量均匀， 表面平整度好 ， 实测现 场道面混凝土预留试件 的抗折强度达到 5 86 5 MP a ， 预留试件 的抗冻性 、 抗渗性 、 耐磨性都大大优 于普通道面混凝土。因此 ， 从确保工程质量 、 发展长 寿命低维护道面混凝 土等方面综 合考虑 ， 寒 冷地区 修建机场道面工程 ， 在普通混凝土 中掺加引气 减水 剂来配制铺筑高性能的混凝土道面 ， 提高表面使用 功能 ， 延长道面使用寿命 ， 具有重要的军事 、 经济和 社会效益 。 参 考 文 献： 1 刘 庆涛 ， 岑 国平 ， 王硕太 ， 等 水泥混凝 土道 面施工质量 通病预 防技术 J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 2) ： 1 2 5 - 1 2 7 2 K u m a Me h t a P， P a u l o J M Mo n t e i r o 混凝土微观结构 、 性 能与材 料 M 覃维祖 ， 王栋 民， 丁建彤 ， 译 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 o o 8 3 吴中伟 ， 廉 慧珍 高性能混凝 土 M 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 9 4 蒋政 ， 何付成 严寒地区高性能道面混凝土研究与应用 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 1 3， 3 9 ( 6 ) ： 2 5 0 - 2 5 2 5 王硕太， 刘庆涛， 康笑楠， 等 引气剂和减水剂复配在机场道面 混凝土工程 中的应用 研究 J 新 型建 筑材 料 ， 2 0 0 8( 7) ： 4 7 4 8 6 熊大玉 ， 王小 虹 混凝土外加 剂 M 北京 ： 化学 工业 出版社 ， 2 o 0 2 7 1 王硕太 ， 周朱仄 ， 张景生 ， 等 道 面水 泥混凝土耐久性 设计参数 试验研 究 J 建筑技术 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 2 2