王瑞濤

（遼寧省交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

引氣抗凍耐久性混凝土在寒冷地區(qū)的應(yīng)用研究

王瑞濤

（遼寧省交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

基于對(duì)寒冷地區(qū)混凝土破壞機(jī)理的充分認(rèn)識(shí)，遼寧省在高速公路建設(shè)過(guò)程中大力推廣和應(yīng)用了引氣抗凍耐久性混凝土。通過(guò)對(duì)引氣抗凍耐久性混凝土原材料選擇階段技術(shù)指標(biāo)的控制、配合比設(shè)計(jì)階段抗凍耐久性指標(biāo)的細(xì)化、施工階段混凝土攪拌、運(yùn)輸和作業(yè)的工藝合理化，達(dá)到了混凝土抗凍耐久性能的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)引氣抗凍耐久性混凝土在寒冷地區(qū)的應(yīng)用研究，為引氣抗凍耐久性混凝土的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，提供一定的技術(shù)支持和工程經(jīng)驗(yàn)。

混凝土；引氣；抗凍；耐久性

1 前言

在北方寒冷地區(qū)，橋涵工程中防撞墻、伸縮縫、護(hù)欄底座、墩柱和梁板等部位的混凝土遭受冬季除冰鹽及春秋季節(jié)環(huán)境凍融循環(huán)的腐蝕破壞，這大大降低了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，也提高了后期使用維護(hù)的成本。公路建設(shè)和設(shè)計(jì)部門(mén)也逐步認(rèn)識(shí)到了該問(wèn)題的嚴(yán)重性。為進(jìn)一步提高公路建設(shè)水平，降低水泥混凝土鹽腐蝕及凍害破壞，遼寧省已在省內(nèi)多個(gè)在建高速公路項(xiàng)目中推廣應(yīng)用了引氣抗凍耐久性混凝土。從混凝土原材料選擇，配合比設(shè)計(jì)和施工階段的質(zhì)量控制等方面形成了一套完善的質(zhì)量控制體系，并且已經(jīng)取得了良好的工程應(yīng)用效果。

2 混凝土原材料質(zhì)量控制

原材料質(zhì)量是整個(gè)引氣抗凍耐久性混凝土能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的首要條件。引氣抗凍耐久性混凝土在遼寧省推廣應(yīng)用的過(guò)程中，所有的原材料在滿足規(guī)范要求的前提下，建設(shè)的管理者和技術(shù)咨詢組，結(jié)合項(xiàng)目的具體情況，對(duì)原材料提出了具有針對(duì)性的指標(biāo)要求。

2.1 粗集料的質(zhì)量控制

粗集料在選擇時(shí)要求必須符合 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》 （JTG/T F50-2011）中Ⅱ類(lèi)及以上粗集料技術(shù)要求。宜優(yōu)先選用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級(jí)配合理、粒形良好、吸水率小的優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r碎石。強(qiáng)度指標(biāo)選擇壓碎值和巖石飽水抗壓強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行控制。碎石壓碎值指標(biāo)應(yīng)小于20%，試驗(yàn)采用 《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》 （JTG E42-2005/T0316-2005）的方法進(jìn)行。巖石飽水抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到所配置水泥混凝土強(qiáng)度等級(jí)的1.5倍以上。將粗集料含泥量作為一項(xiàng)嚴(yán)格控制的指標(biāo)，其值不應(yīng)超過(guò)1%，超出時(shí)必須進(jìn)行水洗處理。

2.2 細(xì)集料的質(zhì)量控制

細(xì)集料需采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈且粒徑小于4.75mm的河砂，符合 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》 （JTG/T F50-2011）中Ⅱ類(lèi)細(xì)集料技術(shù)要求。由于砂的粗細(xì)程度影響混凝土含氣量質(zhì)量，所以要求0.3mm以下累計(jì)篩余應(yīng)不小于15%，砂細(xì)度模數(shù)控制在2.6～3.2；含泥量控制不大于2.0%、泥塊含量不大于0.5%；由于云母含量過(guò)高影響混凝土和易性、強(qiáng)度和耐久性、引起混凝土的膨脹裂痕等，所以云母含量控制不大于0.5%；由于輕物質(zhì)含量過(guò)高影響混凝土強(qiáng)度，降低混凝土耐久性，所以控制輕物質(zhì)含量不大于0.5%；由于硫化物及硫酸鹽對(duì)混凝土有腐蝕作用，所以控制硫化物及硫酸鹽含量不大于0.5%。

由于Cl-對(duì)鋼筋具有腐蝕作用，所以控制集料中Cl-含量，明確要求水溶性氯化物折合氯離子含量不得超過(guò)集料重的0.02%。

2.3 水泥的質(zhì)量控制

水泥應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范 《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）的規(guī)定，為了降低堿集料反應(yīng)保證混凝土質(zhì)量，宜采用含堿量不大于0.6%的低堿水泥；由于水泥比表面積過(guò)大，早期強(qiáng)度會(huì)高，需水量大，混凝土開(kāi)裂的機(jī)率就大，所以水泥比表面積控制在300～350m2/kg；由于游離CaO含量過(guò)高會(huì)使水泥混凝土硬化后產(chǎn)生龜裂，所以本項(xiàng)目控制游離CaO含量不大于1.0%；由于熟料中的C3A含量過(guò)高會(huì)造成水泥水化熱大、需水量大、水泥和外加劑相容性差，坍損過(guò)快，容易造成假凝，影響混凝土耐久性，所以控制熟料中的C3A含量不大于8%。

2.4 礦物摻合料的質(zhì)量控制

為了提高混凝土的耐久性，本項(xiàng)目要求混凝土拌和物中摻加粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料，粉煤灰符合現(xiàn)行規(guī)范 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 （GB/T 1596-2005）F類(lèi)Ⅰ級(jí)的技術(shù)要求，礦渣粉符合現(xiàn)行規(guī)范 《用于水泥和水泥混凝土中的?；郀t礦渣粉》 （GB/T 18046-2008）S95的技術(shù)要求，由于MgO含量影響混凝土的安定性，所以控制礦渣粉中的MgO含量不大于14.0%。

2.5 外加劑的質(zhì)量控制

水泥混凝土施工應(yīng)使用聚羧酸類(lèi)高性能減水劑，減水劑組分中應(yīng)含有適量消泡成分，聚羧酸高性能減水劑與引氣劑單獨(dú)摻配、獨(dú)立計(jì)量時(shí)，引氣量應(yīng)在3%以內(nèi)。如果混凝土用聚羧酸高性能減水劑與引氣劑摻配使用時(shí)，這種復(fù)合型外加劑的抗壓強(qiáng)度比按項(xiàng)目頒發(fā)文件執(zhí)行。除抗壓強(qiáng)度比外，其它指標(biāo)均應(yīng)符合 《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）聚羧酸高性能減水劑的相關(guān)技術(shù)要求。

混凝土中氣泡的穩(wěn)定程度、氣泡尺寸大小，氣泡的遠(yuǎn)近間距直接影響著混凝土的抗凍耐久性?；炷林械臍庵饕梢龤鈩﹣?lái)引入，因此，引氣劑的優(yōu)劣直接決定著抗凍耐久性混凝土質(zhì)量的好壞。引氣抗凍耐久性混凝土必須使用優(yōu)質(zhì)引氣劑以保證引入氣泡的尺寸、結(jié)構(gòu)合理。引氣劑產(chǎn)品性能應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，混凝土中引入的氣泡應(yīng)微小、均勻、穩(wěn)定。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制

引氣抗凍混凝土耐久性 （抗凍性、鹽凍、腐蝕、鋼筋銹蝕）的好壞主要在于混凝土硬化后內(nèi)部氣泡的大小、均勻程度及氣泡的間距。引氣是提高混凝土多種耐久性的最有效措施。其優(yōu)點(diǎn)是能大幅度提高抗冰凍、抗鹽凍性，并可提高抗硫酸鹽侵蝕性和鹽結(jié)晶侵蝕，抑制堿集料反應(yīng)，提高抗Cl-滲透及抗水滲透性，提高拌和物工作性、減水、可泵性，提高混凝土的拉壓比和韌性。本項(xiàng)目對(duì)引氣抗凍耐久性混凝土的一些關(guān)鍵指標(biāo)有著明確的要求，具體控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

續(xù)表

由于氣泡間距系數(shù)在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法測(cè)定，故現(xiàn)場(chǎng)的控制指標(biāo)就是引氣混凝土的含氣量。表1中給出混凝土拌和物含氣量指入模前含氣量，對(duì)應(yīng)于粗集料最大粒徑為19～26.5mm時(shí)的數(shù)值。當(dāng)粗集料最大粒徑為9.5～16mm時(shí)，含氣量應(yīng)較表中數(shù)值增加0.5%；當(dāng)粗集料的最大粒徑為31.5mm時(shí)，含氣量可較表中數(shù)值減少0.5%。

當(dāng)混凝土處于直接與除冰鹽接觸的環(huán)境中時(shí)，除凍融循環(huán)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)的破壞外，由氯離子引發(fā)的鋼筋銹蝕也是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的重要原因。其他環(huán)境下，鋼筋銹蝕也是混凝土結(jié)構(gòu)破環(huán)的較重要原因。對(duì)混凝土提出28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)要求，具體要求見(jiàn)表2。表中DRCM值是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28d齡期混凝土試件的測(cè)試值，僅適用于氯鹽環(huán)境下建議采用的最大摻量礦物摻合料的混凝土。

表2 混凝土中的氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM（28d齡期，10-12m2/s）

4 混凝土施工階段質(zhì)量控制

4.1 混凝土的攪拌

聚羧酸高性能減水劑摻加優(yōu)質(zhì)引氣劑后，混凝土的攪拌時(shí)間一般應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)10～20s，具體時(shí)間以含氣量較大或達(dá)到穩(wěn)定即可。但至少要保證攪拌時(shí)間達(dá)到120s。攪拌時(shí)間過(guò)短，減水劑和引氣劑的作用不能充分發(fā)揮，混凝土拌合物工作性能及含氣量達(dá)不到要求。如果引氣劑與減水劑配制溶液產(chǎn)生沉淀與絮狀物，則應(yīng)將二者分別獨(dú)立加入攪拌機(jī)內(nèi)。卸料前應(yīng)進(jìn)行快速攪拌。攪拌后的混凝土應(yīng)盡快成型。

4.2 含氣量的檢測(cè)

含氣量的檢測(cè)應(yīng)在澆筑現(xiàn)場(chǎng)取即將入模的試樣 （卸料量在1/4～3/4間的料）進(jìn)行測(cè)定，取樣的頻率通常與混凝土坍落度的測(cè)定頻率相同。對(duì)經(jīng)受氯鹽作用的混凝土，可適當(dāng)增加檢驗(yàn)批次，混凝土含氣量應(yīng)100m3作為一個(gè)檢驗(yàn)批次。除檢測(cè)入模時(shí)混凝土拌和物的含氣量外還應(yīng)檢測(cè)出機(jī)口混凝土拌和物的含氣量，確定與入模處的含氣量差，以便于控制混凝土含氣量。

4.3 混凝土的澆筑

當(dāng)夏季天氣炎熱時(shí)，混凝土拌和物入模溫度不應(yīng)高于35℃，宜選擇傍晚或夜間澆筑混凝土；現(xiàn)場(chǎng)溫度高于35℃時(shí)，應(yīng)對(duì)金屬模板進(jìn)行澆水降溫處理。

澆筑時(shí)應(yīng)拖動(dòng)布料管 （料斗）布料，嚴(yán)禁借助振搗器振搗布料。澆筑時(shí)，每層澆筑厚度宜控制在300mm～350mm。對(duì)于不利于排氣的斜面部位，建議澆筑厚度控制在200mm。布料過(guò)厚不利于排氣，脫模后混凝土表面易產(chǎn)生蜂窩麻面。

4.4 混凝土的振搗

應(yīng)在混凝土澆筑過(guò)程中及時(shí)將入模的混凝土均勻振搗密實(shí)，不得隨意加密振點(diǎn)或漏振，每點(diǎn)的振搗時(shí)間以表面泛漿或不冒大氣泡為準(zhǔn)，插入式振搗棒一般為20～30s，避免過(guò)振。

采用振搗棒時(shí)，宜采用垂直點(diǎn)振方式振搗。若需變換振搗棒在混凝土拌和物中的水平位置，應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后再將振搗棒移至新的位置。

不得將振搗棒放在拌和物內(nèi)平拖，也不得用插入式振搗棒平拖驅(qū)趕下料口處堆積的混凝土拌和物。振搗棒插入間距不應(yīng)大于振搗棒作用半徑的1.5倍，連續(xù)多層澆筑時(shí)，振搗棒應(yīng)插入下層拌和物約50～100mm，并距側(cè)模50～100mm進(jìn)行振搗。宜在初凝前進(jìn)行二次抹面。對(duì)于伸縮縫混凝土不宜進(jìn)行過(guò)多的抹面。

4.6 混凝土的養(yǎng)護(hù)

成型后的混凝土應(yīng)立即進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。對(duì)于大體積混凝土，養(yǎng)護(hù)過(guò)程應(yīng)進(jìn)行溫度控制，混凝土內(nèi)部和表面溫差不宜超過(guò)25℃，表面與外界溫差不宜大于 20℃。潮濕養(yǎng)護(hù)的期限應(yīng)不少于14d。

當(dāng)氣溫降低時(shí)，要適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的脫模時(shí)間。當(dāng)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，升溫速度和降溫速度均≤10℃/h，最高溫不超過(guò)60℃。混凝土澆筑后的24h內(nèi)將溫度維持在20℃即可。蒸汽噴嘴不要直接對(duì)著混凝土表面，容易造成溫度應(yīng)力及回彈時(shí)離散性大。

5 結(jié)論

抗凍耐久性混凝土的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了遼寧省高速公路建設(shè)質(zhì)量和水泥混凝土工程的抗凍耐久性，重點(diǎn)解決水泥混凝土凍害及鹽蝕破壞等病害，在沈平改擴(kuò)建項(xiàng)目、遼中環(huán)鐵嶺至本溪段、大東港疏港路項(xiàng)目得到了全面的推廣應(yīng)用。明確了原材料質(zhì)量、配合比設(shè)計(jì)、拌合站管理、施工控制及耐久性指標(biāo)驗(yàn)證等相關(guān)技術(shù)、質(zhì)量控制要點(diǎn)，形成從施工準(zhǔn)備、施工過(guò)程、過(guò)程檢查、檢測(cè)驗(yàn)證的全過(guò)程管理、控制體系，確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足了設(shè)計(jì)要求，全面提升了遼寧省混凝土工程的內(nèi)在質(zhì)量，打造出一個(gè)又一個(gè)的安全、耐久的品質(zhì)工程。

［1］中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范：JTG/ T F50-2011［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］中華人民共和國(guó)交通部.公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E 42-2005［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［3］全國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).通用硅酸鹽水泥：GB 175-2007［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［4］全國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).用于水泥和混凝土中的粉煤灰：GB/T 1596-2005［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［5］中國(guó)建筑材料工業(yè)協(xié)會(huì).用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉：GB/T 18046-2008［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［6］全國(guó)水泥制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).混凝土外加劑：GB 8076-2008［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［7］成秀珍，張德思.引氣粉煤灰混凝土抗凍融耐性的研究［J］.西北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），1999（4）：6-10.

Research on the Application of Durability and Frost Resistance Concrete with Air Entraining in Cold Region

WANG Rui-tao

Based on the fully understand of concrete failure mechanism in cold region,durability concrete with air entraining and frost resistance is applied and promoted in the process of highway construction in Liaoning Province.By means of strict limiting of technical specifications of durability and frost resistance concrete with air entraining in the stage of raw material selection,and refining of the freezing resisting durability index in the design stage of concrete mix proportion,and mixing of concrete in construction tage,as well as rationalization processing in transportation and operation,it is gained the frost resistance and durability of concrete.On the basis of application and research to durability concrete with air entraining and frost resistance in cold region,the technical support and engineering experience are provided for the urther popular application of frost resistance and durability concrete.

concrete,air entraining,frost resistance,durability

U444

B

1008-3812（2017）02-013-04

2017-02-28

王瑞濤 （1972— ），男，遼寧凌源人，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：道路橋梁。