含氣量對(duì)道面混凝土性能的影響

易永臻，楊大志，葉 勇

（空軍第一空防工程處，北京 100089）

含氣量對(duì)道面混凝土性能的影響

易永臻，楊大志，葉 勇

（空軍第一空防工程處，北京 100089）

針對(duì)我國(guó)北方寒冷地區(qū)機(jī)場(chǎng)道面混凝土存在耐久性不良的現(xiàn)象，通過(guò)摻加引氣減水劑配制高性能道面混凝土，研究了含氣量對(duì)道面混凝土和易性、抗折強(qiáng)度、抗凍性能及耐磨性能的影響，提出了寒冷地區(qū)道面混凝土最大水灰比為 0.45、最小水泥用量為280 kg/m3、含氣量范圍為3%～5%。

道面混凝土；最大水灰比；最小水泥用量；含氣量；性能

我國(guó)北方寒冷地區(qū)機(jī)場(chǎng)道面混凝土不同程度存在著耐久性不良現(xiàn)象，如表層脫皮、凍脹、開(kāi)裂、局部剝落等。［1］眾所周知，引氣劑可以顯著提高混凝土的抗凍性能，從而有效提高混凝土的耐久性。但引氣劑的摻入，會(huì)不可避免地造成混凝土強(qiáng)度損失。引氣劑對(duì)混凝土性能的影響是多方面而又復(fù)雜的，目前有關(guān)引氣劑對(duì)道面混凝土性能影響的研究還較少，引氣劑在道面混凝土中的作用還未得到足夠重視，不少人對(duì)在道面混凝土中使用引氣劑還持懷疑態(tài)度。因此，有必要深入研究含氣量對(duì)道面混凝土各方面性能的影響，并在此基礎(chǔ)上確定寒冷地區(qū)道面混凝土的最大水灰比、最小水泥用量和含氣量范圍，為機(jī)場(chǎng)道面設(shè)計(jì)和施工提供參考，這對(duì)發(fā)展“長(zhǎng)壽命、低維護(hù)”道面混凝土具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）抗折強(qiáng)度等級(jí)：按5.0 MPa設(shè)計(jì)，混凝土均方差按0.5 MPa計(jì)算，配制強(qiáng)度應(yīng)大于5.8 MPa。

（2）和易性指標(biāo)：按機(jī)場(chǎng)道面工程常用的干硬性混凝土鋪筑施工，維勃稠度要求15～30 s。

（3）耐久性要求：按混凝土道面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期25～30 a，抗凍等級(jí) F250 以上。［2］

1.2 試驗(yàn)用原材料

（1）水泥：42.5R普通硅酸鹽水泥，密度3.10 g/cm3。

（2）細(xì)骨料：河沙，中砂，級(jí)配合格，密度2.63 g/cm3，堆積密度1 500 kg/m3，含泥量1.2%。

（3）粗骨料：石灰?guī)r碎石，5～20 mm，20～40 mm二級(jí)配，級(jí)配比例為40∶60，密度2.70 g/cm3，堆積密度1 620 kg/m3，含泥量0.5%。

（4）外加劑：十二烷基硫酸鈉鹽引氣劑，摻量1%oo～3%oo；ADD－NS高效減水劑，摻量0.5%～1.5%。

1.3 試驗(yàn)配合比及結(jié)果

試驗(yàn)選取機(jī)場(chǎng)道面混凝土常用的水灰比0.44～0.46，和有關(guān)規(guī)范要求的每立方米混凝土最少水泥用量280～300 kg。石子級(jí)配和砂率通過(guò)優(yōu)選法確定，根據(jù)不同的水灰比和水泥用量，摻加不同劑量的引氣劑和減水劑，確定了 27組配合比。依據(jù) GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GBJ 82－85《普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性試驗(yàn)方法》、GB/T 16925－1997《混凝土及其制品耐磨性試驗(yàn)方法》進(jìn)行含氣量、和易性、強(qiáng)度和耐磨性能試驗(yàn)，配合比及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

2 含氣量對(duì)道面混凝土性能的影響

2.1 含氣量對(duì)道面混凝土和易性的影響

由表1可知，隨著含氣量的增加，維勃稠度明顯減小，道面混凝土流動(dòng)性大大提高，尤其當(dāng)含氣量為 3%～5%時(shí)，漿體表觀更為柔和，工作性更佳。這主要是由于引氣減水劑的摻入，在道面混凝土中引入了大量微小獨(dú)立氣泡，起到滾珠軸承的作用，使骨料顆粒間摩擦力減小，同時(shí)相對(duì)增加了水泥漿體積，從而提高道面混凝土的流動(dòng)性，且混凝土表觀很柔和、不泌水，和易性得到顯著改善。但試驗(yàn)研究表明，［3］道面混凝土水泥用量小于280 kg/m3時(shí)，即使混凝土含氣量達(dá)到3%以上，混凝土和易性也不能滿(mǎn)足施工要求，因此，道面混凝土最小水泥用量不應(yīng)低于280 kg/m3。

2.2 含氣量對(duì)道面混凝土抗折強(qiáng)度的影響

由表1可知，隨著含氣量的增加，道面混凝土抗折強(qiáng)度明顯呈下降趨勢(shì)，在同水灰比、同水泥用量條件下，混凝土含氣量每增加1%，抗折強(qiáng)度降低3.3%～8.6%（取決于引氣劑種類(lèi)與質(zhì)量）。當(dāng)含氣量大于5%時(shí)，抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)低于5.8 MPa，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。這主要是由于引氣劑引入的大量微小氣泡，增加了水泥漿基體的孔隙率，［4］根據(jù)強(qiáng)度與孔隙率普遍的反比關(guān)系，由于孔隙率的增加導(dǎo)致了抗折強(qiáng)度的降低。但是，由于減水劑的減水增強(qiáng)作用，可在一定程度上彌補(bǔ)因使用引氣劑而造成的強(qiáng)度損失，可保證道面混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.3 含氣量對(duì)道面混凝土耐磨性能的影響

從表1中可以看出，隨著含氣量的增加，磨槽深度隨之增加，道面混凝土耐磨性能降低。當(dāng)含氣量大于 5%時(shí)，磨槽深度均在2 mm以上，達(dá)不到美國(guó)聯(lián)邦公路管理局（FHWA）提出的高性能混凝土最低抗磨耗等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（2.0 mm＞磨槽深度≥1.0 mm），［5］同時(shí)，磨槽深度超過(guò)2.0 mm，道面將過(guò)早產(chǎn)生露砂、露石現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)場(chǎng)道面的正常使用。［3］這主要是由于引入的大量微小的氣泡，減小了道面混凝土受壓有效面積，從而降低了耐磨性能。

2.4 含氣量對(duì)道面混凝土抗凍性能的影響

對(duì)上述滿(mǎn)足道面混凝土和易性與強(qiáng)度要求的配合比（編號(hào)同表1），進(jìn)行抗凍性能試驗(yàn)研究，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 道面混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果

表2 含氣量對(duì)道面混凝土抗凍性能的影響

由表 2可知，水灰比為 0.46的配合比，混凝土含氣量在2.2%～3.3%之間，抗凍等級(jí)僅達(dá)到F100～F200，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；水灰比為0.45或0.44，含氣量為3%～5%的混凝土，其抗凍等級(jí)均在F250以上，滿(mǎn)足寒冷地區(qū)道面混凝土抗凍耐久性要求，但含氣量低于 3%時(shí)，抗凍等級(jí)達(dá)不到 F250，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因此，寒冷地區(qū)道面混凝土的最大水灰比應(yīng)不大于0.45，含氣量范圍為3%～5%。

由表1、2可以看出，在相同含氣量下，強(qiáng)度越高，抗凍性越好；但不同含氣量下，強(qiáng)度高，抗凍性未必好?；炷烈龤夂?，即使在較低強(qiáng)度下也可以有較高的抗凍性。楊錢(qián)榮、黃士元也通過(guò)研究表明，強(qiáng)度對(duì)混凝土抗凍性有重要影響，但其影響程度遠(yuǎn)不如含氣量。［6］這主要是由于引氣減水劑的摻入，減少了道面混凝土中的游離水，同時(shí)引入的大量微小獨(dú)立氣泡，能有效緩沖凍融過(guò)程中產(chǎn)生的靜水壓力和滲透壓力，避免生成破壞壓力，減少和防止凍融的破壞作用，［7］從而顯著提高道面混凝土的抗凍性能。

3 結(jié)論

含氣量是影響道面混凝土力學(xué)性能與耐久性能的重要因素，在道面混凝土中摻入一定量的引氣減水劑可以顯著提高其和易性、抗凍性，同時(shí)會(huì)不可避免地造成抗折強(qiáng)度損失和耐磨性能的降低。因此，必須將道面混凝土的含氣量控制在一個(gè)適宜范圍。

綜合道面混凝土的和易性、強(qiáng)度和耐久性能要求，建議寒冷地區(qū)道面混凝土最大水灰比為 0.45、最小水泥用量為280 kg/m3、含氣量范圍為3%～5%，這樣既能保證道面混凝土設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度與耐磨性，同時(shí)能明顯改善和易性與抗凍性能，使混凝土性能達(dá)到綜合平衡，從而配制出“長(zhǎng)壽命、低維護(hù)”的高性能道面混凝土。

1 劉慶濤、王碩太、孔祥海等.機(jī)場(chǎng)道面混凝土耐久性研究［J］.混凝土，2007（6）：13～15

2 軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面設(shè)計(jì)規(guī)范.GJB1278A－2009

3 康笑楠.機(jī)場(chǎng)道面混凝土耐久性指標(biāo)研究［D］.西安：空軍工程大學(xué)，2007：41～42

4 P.K.Mehta著.混凝土的結(jié)構(gòu)、性能與材料（祝永年、沈 威、陳志源譯）［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1991

5 Henry G.Russell, H.Celik Ozyildirim. Revising High－performance Concrete Classification［J］.Concrete International, V.28, NO.8,August, 2006：22～23

6 楊錢(qián)榮、黃士元.引氣混凝土的特性研究［J］.混凝土，2008（5）：3～5

7 薛 慶.引氣劑與混凝土高性能化［J］.混凝土，2005（4）：22～23

Influence of air－containing on the performance of pavement concrete

Yi Yongzhen, Yang Dazhi, Ye Yong

For the bad durability phenomenon of airport pavement concrete on north cold region, influence of air－containing on placeability,flexural strength, freeze resistence and abrasion resistance was studied base on high performance pavement mixed with super plasticizer and air－entraining agent. Put forward the maximum water－cement ratio is 0.45, the minimum cement quantity is 280 kg/m3, the appropriate air－containing is 3～5% for the cold region pavement concrete.

pavement concrete; maximum water－cement ratio; the minimum cement quantity; air－containing; performance

TU528.45

A

1000－8136（2010）33－0015－03

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