外加剂在水泥混凝土路面中的应用_

外加剂在水泥混凝土路面中的应用
    刘捷
    （徐州市公路工程总公司，江苏徐州221000）
    摘要：外加剂的正确使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土关键技术之一。文章总结和研究了外加剂在水泥混凝土路面的应用，公路滑模摊铺水泥混凝土路面外加剂的性能要求和使用技术，在混凝土路面工程中针对所用水泥提出进行外加剂化学适应性和计量适应性检验等技术要求。
    关键词：外加剂；水泥混凝土路面；应用
    中图分类号：U414文献标识码：B
    我国公路水泥混凝土工程建设规模很大，水泥混凝土路面修补一直难以很好地解决。目前我国公路水泥混凝土路面工程总体质量不高，车辆重载状况日趋严重，由于受到集料等原材料的制约，传统混凝土配合比设计很难达到设计要求，在水泥混合料中掺入外加剂提高路面强度是重要措施之一。外加剂使用广泛，加入外加剂能改善水泥混凝土性能，同时由于外加剂的使用不当而导致水泥混凝土路面及桥涵结构的质量事故屡有发生，影响了公路工程建设质量。
    1外加剂应用及施工技术
    作为水泥混凝土中的第五组分———水泥混凝土外加剂主要有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等几种常用的外加剂；减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂在公路水泥混凝土工程中较适用。普通减水剂、高效减水剂在施工应用之前应检验pH值、密度(或细度)、减水率，符合要求后才可使用，最佳掺量确定须满足工程环境条件设计强度、工作性、耐久性及经济性等性能要求。外加剂沉淀有害作用与外加剂掺量超大相同，每天应清除溶液中未能溶解的固体沉淀物。根据工程需要普通减水剂和高效减水剂可与其他可混溶的外加剂复配使用。
    1.1减水剂有关特点与技术指标
    减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌和用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。根据其减水及增强能力，分为普通减水剂（又称塑化剂）及高效减水剂（又称超塑化剂），并又分别分为一等品、合格品。按组成材料分为：（1）水质素磺酸盐类；（2）多环芳香族盐类；（3）水溶性树脂磺酸盐类。普通减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土。高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土，并适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土以及蒸养混凝土。目前市场上常用的几种减水剂为：萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，氨基超速高性能减水剂，减水激发剂，普糖糖酸钠，木质素磺酸钠，木质素磺酸该，膨胀剂等。TH-928聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土超塑化剂(减水剂)。TH-928聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其他有效助剂的复配产品。经与国内外同类产品性能比较表明，TH-928聚羧酸系高性能减水剂在技术性能指标、性价比方面都达到了当今国际先进水平。性能特点是掺量低、减水率高，减水率可高达45%；坍落度轻时损失小，预拌混凝土坍落度损失率1h小于5%，2h小于10%；增强效果显著，混凝土3天抗压强度提高50％～110％，28天抗压强度提高40～80％，90天抗压强度提高30％～60％；混凝土和易性优良，无离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。用于配制高标号混凝土时，混凝土粘聚性好且易于搅拌；含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻耐久性好；能降低水泥早期水化热，有利于大体积混凝土和夏季施工；适应性优良，水泥、掺和料相容性好，温度适应性好，与不同品种水泥和掺和料具有很好的相容性，解决了采用其他类减水剂与胶凝材料相容性差的问题；低收缩，可明显降低混凝土收缩，抗冻融能力和抗碳化能力明显优于普通混凝土；显著提高混凝土体积稳定性和长期耐久性；碱含量极低，碱含量≤0.2%，可有效地防止碱骨料反应的发生，长期储存无分层、沉淀现象发生，低温时无结晶析出；产品绿色环保，不含甲醛，为环境友好型产品。掺量为胶凝材料总重量的0.4%～2.0%，常用掺量为0.4%～1.2%；使用前应进行混凝土试配试验，以求最佳掺量；不可与萘系高效减水剂复配使用，与其他外加剂复配使用时也应预先进行混凝土相容性实验；坍落度对用水量的敏感性较高，使用时必须严格控制用水量；注意混凝土表面养护。适用于强度等级为C15～C60及以上的泵送或常态混凝土工程。特别适用于配制高耐久、高流态、高保坍、高强以及对外观质量要求高的混凝土工程。对于配制高流动性混凝土、自密实混凝土、清水饰面混凝土极为有利。HSB（High Strence Bing）是高分子磺化合成的羰基焦醛。憎水基主链为脂肪族烃类，以下简称HSB，是在青岛研发的一种绿色高效减水剂。本产品不污染环境，不损害人体健康。对水泥适用性广，对混凝土增强效果明显，坍落度损失小，低温无硫酸钠结晶现象，广泛用于配制泵送剂、缓凝、早强、防冻、引气等各类个性化减水剂，也可以与萘系减水剂、氨基减水剂、聚羧酸减水剂复合使用。外观棕红色的液体；固体含量＞35%；比重1.15～1.2。性能特点是减水率高。掺量1％～2%，减水率可达15％～25%。在同等强度坍落度条件下，掺HSB可节约25％～30%的水泥用量；早强、增强效果明显。混凝土掺入HSB，3天可达到设计强度的60％～70%，7天可达到100%，28天比空白混凝土强度提高30％～40%；对水泥适用性广泛，和易性、粘聚性好。与其他各类外加剂配伍良好；显著提高混凝土的抗冻融，抗渗，抗硫酸盐侵蚀，并全面提高混凝土的其他物理性能；特别适用以下混凝土：流态塑化混凝土，自然养护、蒸养混凝土，抗渗防水混凝土，耐久性抗冻融混凝土，抗硫酸盐侵蚀海工混凝土，以及钢筋、预应力混凝土；HSB无毒，不燃，不腐蚀钢筋，冬季无硫酸钠结晶。
    1.2 CNF-3引气缓凝高效减水剂产品应用举例现以徐州104国道双向4车道（双沟至睢宁收费站）水泥路面为例，说明外加剂在水泥混凝土路面施工中的应用。徐州市超力建筑材料有限公司生产的CNF-3引气缓凝高效减水剂产品其适用范围是，在严寒和寒冷地区，有抗冰（盐）冻要求混凝土、钢筋混凝土结构和构件。公路水泥混凝土路面工程，尤其是有抗冰冻、抗盐冻、防渗、防泌水要求的混凝土、钢筋混凝土结构。也可用于有饰面要求的一般公路工程混凝土、贫混凝土、轻质混凝土、钢筋混凝土结构和构件。

CNF-3引气缓凝高效减水剂产品的主要用途有：保持相同水泥用量，掺入本品能减少用水量同时显著改善混凝土工作性，增大坍落度，减少泌水，提高混凝土匀质性，提供富浆平整的表面。提高弯拉强度，降低抗折弹性模量，改善荷载和温湿度变形性能。达到相同坍落度，掺入本品，可节约水泥18%以上。可与早强剂、防冻剂、膨胀剂及缓凝剂等配合使用，但应注意它们的可共溶性。提高抗渗性，抗冻性和耐候性，增强混凝土的耐久性。使用方法，可采用同掺法和后掺法，但混凝土搅拌时间最好延长30s。包装与贮存需要注意，一般粉剂采用袋装比较合适，每袋净重40±0.5kg,存储于干燥处，严格防潮；液体采用桶装，每桶净重250±1kg。其有效保质期一般为2年，过期后需经检验合格后方可使用。在高效减水剂中掺入与水泥相适应的缓凝剂、高温缓凝剂、保塑剂或缓凝型减水剂可减少热天坍落度损失，用搅拌车或罐车运输水泥混凝土时，在浇注现场可二次加入高效减水剂，经快速搅拌均匀后出料，不得多加水，并快速完成浇注、振捣、饰面等；掺缓凝型减水剂的水泥混凝土构件必须保证静停一段时间后，使水泥混凝土形成一定的结构强度才可蒸养。掺高效减水剂的水泥混凝土可用蒸养养护。引气剂应选用表面张力降低值大、水泥稀浆中起泡容量多而细密、泡沫稳定时间长、不溶残渣少的产品。新拌水泥混凝土的含气量，应在搅拌机口取样进行现场检测，并应考虑在运输和振捣过程中的损失。缓凝型外加剂的最佳掺量应根据施工要求的水泥混凝土凝结时间、气温、强度等通过试验确定。施工中，当气温变化、运距和运输时间变动时，可微调其掺量，应始终保持拌和物具备良好的施工可操作性，并能达到密实度及外观质量要求。早强剂是一种专门解决工程中需要尽快或尽早获得水泥混凝土强度问题的专用外加剂。早强剂、早强型减水剂和早强型高效减水剂适用于公路工程需要快速形成强度的快通水泥混凝土结构，蒸养水泥混凝土构件，最低温度不低于-5℃的低温环境中施工的有早强要求的水泥混凝土、钢筋混凝土及需要提前张拉和放张的预应力混凝土结构和构件。炎热环境条件下不宜使用早强型外加剂，也就是公路工程快通水泥混凝土结构的开放交通时间，应按与结构相同养生条件下，掺早强剂水泥混凝土试件达到设计强度的90%以上的试验确定。由于公路具有机动、灵活、直达、迅速、适应性强、服务面广的特点，在社会主义现代化建设中发挥着巨大作用，并且具有良好发展前景。
    2水泥混凝土路面板破坏原因与外加剂应用
    基础
    外加剂的使用对水泥混凝土路面板质量具有重要作用。在软土地段路基填筑前应首先探明地基承载力，然后采取合理的软基处理方案和施工工艺。软基处理方案一般有：混凝土回填土方、石方、或砂砾、袋装砂井，塑料排水板，土工布，土工格栅或以上两种方案组合等，但是施工时，往往由于采取软基处理方案或施工工艺不合理、施工时未认真按要求处理或处理不完善等给路基的稳定造成了隐患，形成路基的沉陷或滑移，最终影响路面混凝土板。公路路基施工规范规定，通常情况下不能被压实到规定的密实度和不能形成稳定填方的材料不能用于路基填筑。如：沼泽土、泥炭、含有树根、杂草和易腐朽物质等材料；液限指数大于50%，塑限指数大于25%的材料；有机质含量大于3%的材料；压实含水量和最佳含水量之差大于2%的材料等等。但是，由于施工单位在路基填筑材料方面控制不严，使用了不适宜材料从而造成路基下沉或塌方，以致影响路面直到路面混凝土板破坏。路堤在斜坡上或填挖交界处，或原有路堤上或路堤处在垂直路中线测得的坡度大于1∶5的坡地时，应把原地面挖成台阶，台阶宽度应不小于1m，用小型机具进行夯实，并向内侧倾斜2%，且台阶上不能有积水，然后再分层填筑压实，这样，才能保证路堤的稳定和达到规定的密实度。而施工单位在施工时，遇到以上情况，在路堤填筑时，根本未将施工地段挖成台阶后分层填筑压实，以致影响了路堤填筑的质量，形成隐患给混凝土路面板造成破坏。在施工过程中，路基填筑每层的填料未用平地机或其他平整机械进行整平或整平效果不好，使低凹地方达不到密实度要求且大量积水；路基填筑的有效宽度和超宽填筑不够，为达到路基有效宽度，施工单位往往没有按规范要求挖台阶分层填筑压实至路基要求宽度，而是将一些松散土倾倒在边坡上，用人工摊铺拍实，这样补上来的路基部分远未达到密实度要求，造成路基滑坡、层层冲刷；路基石方或土石混合料填筑时，石头块径过大，使填石路堤或填土石混合料路堤密实度达不到规范要求。由于以上施工方面的原因，对路基的稳定性造成一定影响，直到影响路面混凝土板。外加剂的正确使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土关键技术之一，加强其应用在一定程度上会可以减缓工程损害。
    3影响水泥混凝土路面平整度的因素及其控制
    外加剂的使用对路基质量非常关键。由于路面板遭到破坏后要对路基有质量问题的地段返工是不可能的，且水泥混凝土板难修补。新拌混凝土在一定温度条件下，毛细孔水、游离子水等不断蒸发，使毛细孔水在逐渐下降过程中，弯液面曲率逐渐增大；在表面张力作用下，产生收缩力致使混凝土收缩。上述收缩现象主要发生在浆体。如果这种收缩是均匀进行的，对路面平整度不会产生什么影响或影响甚微。若新拌混凝土水灰比值偏大、水泥浆体偏多，而水灰比或浆体在拌和料中分布不匀，或拌和料拌和不均，混凝土振捣密实度不均匀，收缩亦随之不均匀，将致使成型路面的不平整。混凝土在拌制过程中，水灰比控制不严，拌和料时稠时稀，摊铺不均匀。改进施工工艺，严格施工质量控制，是提高路面平整度的主要关键。一般300号混凝土最好采用425号普通水泥，因为火山灰水泥含很细的附加填充料，具有很强的吸水能力，影响脱水效果。摊铺高度要考虑振捣下沉值并尽量铺平。保证真空脱水后混凝土面不低于模顶，可用模顶临时敷设角钢的方法，以保证真空脱水前混凝土高出模顶之预留缩值。角钢平整光洁，振动梁及提浆棒（滚筒）在其上拖滚更为方便，真空脱水结束后即可拆除。影响路面设计的因素很多，道路等级、使用任务、路基支承条件、车流量及轴载、原材料供应等等。地基强度不均匀，路基填料混杂或压实度不好，产生不均匀沉降，或基层平整度差，导致混凝土路面厚度不均匀，在行车荷载及温度翘曲应力作用下，容易使路面应力集中。当压力超过混凝土极限抗拉强度时，就会在应力集中和厚度较薄处产生裂缝。有些已建成的城市道路因地下管线维修开挖后，回填料达不到要求，压实不够密实，在路面修复后的一段时间内发生自然沉降，导致裂缝的产生，严重时甚至塌陷。此类裂缝往往贯穿整个板块，而且宽度较大，危害也较严重。雨水的渗入还会引起地基软化，大大降低地基的承载力，因此在施工中必须引起足够的重视。
    4结语
    外加剂的正确使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土关键技术，本文通过对减水剂、引气剂、缓凝剂和早强剂在施工中的应用技术综述，总结了在施工过程中的相关技术要求，以及由于外加剂的使用失误而给公路工程带来损失，为在施工过程中正确施加外加剂指明了方向。
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文章来自：滑模机械网

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