外加劑在水泥混凝土路面的應(yīng)用分析

王宇先

摘要：我國公路交通運(yùn)輸事業(yè)的規(guī)模正在不斷加大，其中公路水泥混凝土的工程規(guī)模占比極大，目前公路水泥混凝土路面工程的質(zhì)量水準(zhǔn)還不高，存在難以解決的路面修補(bǔ)難題，由于車輛重載狀況較為嚴(yán)重，公路水泥混凝土路面工程中的外加劑運(yùn)用是關(guān)鍵性技術(shù)之一。文章對(duì)外加劑在水泥混凝土路面的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土；路面施工；外加劑；公路建設(shè)；交通運(yùn)輸 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U414 文章編號(hào)：1009-2374（2016）30-0109-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.053

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國的公路建設(shè)技術(shù)也在不斷發(fā)展，對(duì)于公路水泥混凝土路面的要求也不斷提升。傳統(tǒng)的混凝土配合比設(shè)計(jì)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代運(yùn)輸?shù)男枨?。外加劑因其自身特點(diǎn)而備受關(guān)注，外加劑技術(shù)可以改善水泥混凝土的性能，引發(fā)了研究人員的高度關(guān)注。然而水泥混凝土路面外加劑的正確運(yùn)用是關(guān)鍵性技術(shù)，如果外加劑使用不當(dāng)，也極易引起水泥混凝土路面的質(zhì)量事故，影響到公路整體工程的建設(shè)質(zhì)量。

1 水泥混凝土路面的材料早期收縮開裂現(xiàn)狀及化學(xué)外加劑研究

1.1 水泥混凝土路面的早期收縮開裂

水泥混凝土的水泥早期收縮開裂的機(jī)理較為復(fù)雜，由于膠凝材料劇烈的水化反應(yīng)，混凝土的體積會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，通常來說，混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變較低，早期的約束變形應(yīng)力對(duì)混凝土的影響極大，混凝土在這種應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體性。

1.2 外加劑的研究

1.2.1 外加流變劑。它是用于改善水泥混凝土性能的外加劑，有不同的形式，如塑化劑、流化劑和減水劑等，其中減水劑是常用的典型外加劑，它們可以使水泥混凝土的單位用水量減少，改善水泥混凝土的和易性，增強(qiáng)水泥混凝土的強(qiáng)度，對(duì)于水泥混凝土的抗凍、抗磨、收縮等物理性能也有重要的影響。在這種表面活性材料的作用之下，水泥顆粒會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散反應(yīng)，將游離水加以釋放，從而明顯降低水泥混凝土的水灰比，它的主要品種有木質(zhì)素系、糖蜜類等。減水劑的添加可以使水泥混凝土的減水率由原先的10%～20%提升到25%～30%。

1.2.2 調(diào)凝劑。它是用于調(diào)節(jié)水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的外加劑，主要有以下種類：

第一，促凝劑。在促凝劑與水泥混凝土的作用之下，可以生成穩(wěn)定、難溶的化合物，它可以縮短水泥漿由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固體狀態(tài)所需的時(shí)間，加速水泥漿的凝結(jié)。通常在水泥混凝土工程中使用的促凝劑有水玻璃、鋁酸鈉、碳酸鈉、氟化鈉等。

第二，緩凝劑。它主要是延緩水泥凝結(jié)的時(shí)間，可以在水泥混凝土的水化物表面上產(chǎn)生吸附作用或者可以與水泥產(chǎn)生反應(yīng)，生成不溶層，以達(dá)到延緩水泥凝結(jié)的效應(yīng)。

第三，早強(qiáng)劑。它可以加速水泥的早期強(qiáng)度發(fā)展，對(duì)于水泥混凝土中的硅酸三鈣和硅酸二鈣等礦物的水化，產(chǎn)生催化作用，促使水泥快速硬化，常用的早強(qiáng)劑種類有氧化鈣和三乙醇胺。

第四，速凝劑。它可以使水泥混凝土快速凝結(jié)和硬化，尤其適用于寒冷的冬季施工，它可以使水泥中的石膏喪失緩凝作用，使水泥中的鋁酸三鈣快速水化并析出水化物，以達(dá)到快速凝結(jié)的目的。

1.2.3 引氣劑。它可以在水泥混凝土中生成細(xì)微的、均勻分布的空氣微泡，是一種憎水性表面活性物質(zhì)，在定向排列的結(jié)構(gòu)之下，可以生成單分子吸附膜，生成孔徑為0.01～2mm的氣泡，均勻而穩(wěn)定地排列于水泥混凝土之中，可以改變水泥混凝土的含氣量，使攤鋪的路面平滑而密實(shí)，具有平整度、外觀齊整的特點(diǎn)。

1.2.4 阻銹劑。它可以阻抗水泥混凝土中鋼筋產(chǎn)生銹蝕，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和效能。常用的阻銹劑有苯甲酸鹽、磷酸鹽、氯鋁酸鹽等。

2 外加劑在水泥混凝土路面的應(yīng)用研究

2.1 外加劑在水泥混凝土路面施工應(yīng)用中的注意要點(diǎn)

外加劑在水泥混凝土路面施工中的應(yīng)用，要依據(jù)工程的性質(zhì)和特點(diǎn)添加，要注重水泥品種的選取，由于外加劑材料對(duì)水泥的作用較大，水泥的品種不同，摻加外加劑會(huì)產(chǎn)生不同的減水或增強(qiáng)效果。同時(shí)也要注重外加劑的質(zhì)量，要在應(yīng)用不同外加劑之前，對(duì)外加劑進(jìn)行摻量和混凝土性能試驗(yàn)，就摻量而言，不同的外加劑有各自不同的摻量，要保持適宜、合理的摻量，避免摻量問題而導(dǎo)致質(zhì)量事故。就混凝土的配合比而言，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，重點(diǎn)對(duì)砂率、水泥用量和水灰比進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和配制。

2.2 不同外加劑使用的要求分析

2.2.1 減水劑的使用要求。對(duì)于普通或高效的減水劑要進(jìn)行質(zhì)量全面檢驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)pH值、密度、減水率進(jìn)行檢驗(yàn)，待檢驗(yàn)合格后方可使用。要確定好減水劑的最佳摻量，并根據(jù)工程需要，與其他外加劑進(jìn)行復(fù)配，對(duì)于兩種單獨(dú)可溶解的外加劑要進(jìn)行檢驗(yàn)，觀察有無絮凝、沉淀、揮發(fā)等現(xiàn)象。在炎熱的夏季施工時(shí)，要采用高效減水劑，避免水泥混凝土坍落度損失。同時(shí)對(duì)于摻減水劑的水泥混凝土要進(jìn)行養(yǎng)生，防止出現(xiàn)裂縫，它在不同的溫度下要把握不同的養(yǎng)生天數(shù)。具體養(yǎng)生天數(shù)要求如下：氣溫在0℃～10℃時(shí)養(yǎng)生28天；氣溫在10℃～15℃時(shí)養(yǎng)生21天；氣溫在15℃～20℃時(shí)養(yǎng)生14天；氣溫在20℃～25℃時(shí)養(yǎng)生10天；氣溫在25℃以上時(shí)養(yǎng)生7天。

2.2.2 緩凝劑的使用要求。為了控制水泥混凝土在高溫狀態(tài)下的坍落度損失，可以摻入緩凝劑，由于在高溫條件下，氣溫急劇上升時(shí)，水泥的水化反應(yīng)會(huì)增加一倍，因而要在水泥混凝土初凝時(shí)完成全部工序，否則就會(huì)影響公路路面的質(zhì)量，而摻加緩凝劑可以延緩水泥混凝土的初凝時(shí)間，有利于施工工序的順利完工。不同的緩凝劑對(duì)水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響表現(xiàn)為：緩凝劑為檸檬酸時(shí)，延緩初凝時(shí)間為8～9h；緩凝劑為氯化鋅時(shí)，延緩初凝時(shí)間為10～12h；緩凝劑為糖蜜時(shí)，延緩初凝時(shí)間為2～4h；緩凝劑為木鈣時(shí)，延緩初凝時(shí)間為2～3h。

緩凝劑要與溶液和水進(jìn)行同時(shí)拌和，要提前一個(gè)小時(shí)配制好粉劑，在充分溶解的前提下，攪拌均勻，對(duì)于固體沉淀物要加以清除，絕不能使用已經(jīng)分層或已經(jīng)沉淀的緩凝劑。對(duì)于難溶、不溶的緩凝劑可以采用干摻法，并且適當(dāng)?shù)匮娱L攪拌的時(shí)間。它還可以與其他外加劑復(fù)合使用，一旦在復(fù)配時(shí)產(chǎn)生絮凝或沉淀現(xiàn)象，則要分別配制和添加。

在高溫條件下，摻加緩凝劑外加劑的水泥混凝土保持塑性狀態(tài)的時(shí)間較長，表面水分蒸發(fā)的時(shí)間也長，這就需要在水泥混凝土的澆筑振搗施工過程中，進(jìn)行多遍的碾壓，在表面硬化之前進(jìn)行澆水養(yǎng)生。

2.2.3 引氣劑的使用要求。加入引氣劑的混凝土的收縮和徐變較小，在水泥混凝土路面施工中，混凝土的含氣量允許誤差，要根據(jù)以下要求：在最大粒徑為16mm時(shí)，水泥路面無抗凍性含氣量允許誤差要求為5.0±1（%），水泥路面有抗凍性要求含氣量允許誤差為6.0±0.5（%），水泥路面有抗鹽動(dòng)性要求含氣量允許誤差為7.0±0.5（%）；在最大粒徑為19mm時(shí)，水泥路面無抗凍性要求含氣量允許誤差為4.5±1（%），水泥路面有抗凍性要求含氣量允許誤差為5.5±0.5（%），水泥路面有抗鹽動(dòng)性要求含氣量允許誤差為6.5±0.5（%）；最大粒徑為26.5mm時(shí)，水泥路面無抗凍性要求、水泥路面有抗凍性要求與路面有抗鹽動(dòng)性要求含氣量允許誤差分別為5.0±0.5（%）、4.0±1（%）、6.0±0.5（%）；在最大粒徑為31.5mm時(shí)含氣量允許誤差分別為3.5±1（%）、4.5±0.5（%）、5.5±0.5（%）。

另外，在進(jìn)行水泥混凝土路面的配合比計(jì)算時(shí)，要考慮含氣量對(duì)重度的影響因素，不得隨意減少水泥的用量。施工時(shí)，為了提高攪拌的速度、質(zhì)量和效果，必須采用機(jī)械拌和，機(jī)械攪拌時(shí)間要比普通混凝土延長10～20s，可以采用插入式振搗方式，并且振搗時(shí)間應(yīng)當(dāng)控制在20～30s之內(nèi)。對(duì)于含氣量的檢測，可以從拌和機(jī)出口取樣，實(shí)施現(xiàn)場檢測，對(duì)于使用引氣劑之后的水泥混凝土路面要進(jìn)行抗凍性評(píng)價(jià)。

3 在水泥混凝土路面中應(yīng)用外加劑的注意事項(xiàng)

3.1 要對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行摻加外加劑的適應(yīng)性檢驗(yàn)

由于外加劑較為復(fù)雜，可以采用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，進(jìn)行定性檢驗(yàn)。對(duì)于幾種外加劑的摻合運(yùn)用，要防止它們的共溶性，以免產(chǎn)生絮凝和沉淀現(xiàn)象。

3.2 要對(duì)外加劑進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)

需要檢驗(yàn)的內(nèi)容包括外加劑的主要化合物、物理性能、摻量范圍等，它們是水泥混凝土路面添加外加劑的前提和條件。

3.3 外加劑的計(jì)量精度要求

對(duì)于外加劑的摻量，通常采用膠凝材料總量的百分率表示，其計(jì)量精確度應(yīng)當(dāng)符合以下要求：混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于或等于C25，計(jì)量精確度每盤水泥為±2%、砂為±2%、粗集料為±3%，水為±2%、外加劑為±2%、摻合料為±2%；在混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于C25，計(jì)量精確度每盤水泥為±1%、砂為±2%、粗集料為±2%、水為±1%、外加劑為±1%、摻合料為±1%；累計(jì)計(jì)量或連續(xù)計(jì)量1車，微機(jī)控制攪拌每盤水泥為±1%、砂為±1%、粗集料為±2%、水為±1%、外加劑為±1%、摻合料為±1%。

4 結(jié)語

綜上所述，外加劑對(duì)于水泥混凝土路面具有重要的作用，在確定外加劑的質(zhì)量檢驗(yàn)和適應(yīng)性檢驗(yàn)條件下，可以合理地確定減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等外加劑的最佳摻量。在水泥混凝土路面施工環(huán)境下，增強(qiáng)水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性能，減少工程損害，避免因外加劑添加錯(cuò)誤而造成的損失，可以減少因使用外加劑而對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生的不良影響，可以推動(dòng)我國公路水泥混凝土路面全面、可持續(xù)性發(fā)展。

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