內(nèi)養(yǎng)生劑在高速公路橋面鋪裝混凝土中的應(yīng)用

謝政專，陶小磊，唐 俊，阮保富

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；3.廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007；4.云南宏程卓越建設(shè)工程技術(shù)有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

山區(qū)地區(qū)交通行業(yè)快速發(fā)展，水泥混凝土是目前最重要的工程材料之一，但許多混凝土結(jié)構(gòu)物在服役期就出現(xiàn)不同程度耐久性病害[1-3]。目前傳統(tǒng)的改善措施有添加外加劑、粉煤灰、覆蓋保濕等[4-5]，雖然可以起到一定的效果，但仍然存在減縮不及時(shí)、僅對(duì)表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、增加成本等問(wèn)題。為了從根本上解決以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了在混凝土中引入高吸水樹脂，并驗(yàn)證了引入高吸水樹脂進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)改善了混凝土的收縮、抗?jié)B和抗凍等性能[6-9]。因此，文章提出在山區(qū)高速公路橋面鋪裝混凝土添加內(nèi)養(yǎng)生劑，從而達(dá)到減少混凝土收縮裂縫、簡(jiǎn)化養(yǎng)護(hù)步驟、減少養(yǎng)護(hù)用水量、提高混凝土耐久性的目的，為實(shí)體工程推廣使用提供依據(jù)。

1 內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土技術(shù)研究

1.1 內(nèi)養(yǎng)生劑

本工程應(yīng)用的內(nèi)養(yǎng)生劑為白色粉末狀，為廣西交科集團(tuán)有限公司自有產(chǎn)品，系一種能吸收數(shù)百倍于自身質(zhì)量的水的高分子聚合物，具有吸水、保水及釋水的特性，摻入水泥基材料中能起到內(nèi)養(yǎng)護(hù)促進(jìn)水泥水化和減少收縮作用。

1.2 內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土技術(shù)原理

傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)和內(nèi)養(yǎng)護(hù)分別如圖1和圖2所示。從圖中可知，傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)只能停留在對(duì)混凝土表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)上，而內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土技術(shù)即向混凝土中引入內(nèi)養(yǎng)生劑，其具有吸水、保水及釋水的特性。內(nèi)養(yǎng)生劑在混凝土拌和中預(yù)吸收自由水分，預(yù)吸收自由水分在混凝土后期膠凝材料水化環(huán)境中逐漸釋放出來(lái)，以有效保障膠凝材料的充分水化和膠凝產(chǎn)物的形成，補(bǔ)償蒸發(fā)水量，同時(shí)維持局部毛細(xì)空隙濕度飽和度，對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行全方位的養(yǎng)護(hù)，降低混凝土發(fā)生自收縮損傷，提高了抗塑性開裂性能；內(nèi)養(yǎng)生劑的摻入，有效鎖住自由水分蒸發(fā)量，均勻分布于混凝土內(nèi)部充當(dāng)“蓄水池”，并在后期養(yǎng)護(hù)逐漸釋放水分使混凝土實(shí)現(xiàn)“自我內(nèi)部逐步養(yǎng)生”。

圖1 傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)示意圖

圖2 內(nèi)養(yǎng)護(hù)示意圖

1.3 內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土制備工藝

按規(guī)定稱好原材料，往攪拌機(jī)內(nèi)順序加入粗集料、細(xì)集料、水泥和內(nèi)養(yǎng)生劑，開啟攪拌機(jī)，采用干拌方式將材料拌和均勻，相比普通混凝土，內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土干拌時(shí)間延長(zhǎng)約5 s，在拌和過(guò)程中徐徐加入水和外加劑，拌和均勻即可制備得到內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土。具體投料順序如圖3所示。

圖3 內(nèi)養(yǎng)生混凝土投料順序圖

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

保瀘高速公路起于云南省保山市隆陽(yáng)區(qū)瓦窯鎮(zhèn)老營(yíng)村，止于怒江州瀘水市六庫(kù)鎮(zhèn)北小沙壩，路線全長(zhǎng)85.174 km，按雙向4車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，整體式路基寬度為25.5 m，分離式路基寬度為2×12.75 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，橋面鋪裝焊網(wǎng)采用冷軋帶肋鋼筋焊網(wǎng)，焊網(wǎng)鋼筋公稱直徑為10 mm，間距為10 cm×10 cm，鋼筋焊網(wǎng)采用扣接法固定，橋面混凝土澆筑前預(yù)先測(cè)定各孔各片裸梁縱橫向的控制點(diǎn)標(biāo)高，以確定是否需要調(diào)整其鋪裝厚度。如需調(diào)整，應(yīng)注意調(diào)整后現(xiàn)澆混凝土層跨中附近的最小厚度宜≥5 cm，支點(diǎn)附近最大厚度宜≤15 cm。

2.2 原材料

水泥為普通硅酸鹽水泥P.O52.5；機(jī)制砂取自保山羊支茂采石場(chǎng)I類中砂，細(xì)度模數(shù)為2.97，河砂取自保山會(huì)東采砂場(chǎng)Ⅱ類中砂，細(xì)度模數(shù)為2.61；碎石來(lái)源于保山羊支茂采石場(chǎng)，為一檔料，粒徑范圍為4.75～19 m；水為市政生活用水；外加材料為北京橋智恒信科技有限公司的LZ-RI(標(biāo)準(zhǔn)型)；內(nèi)養(yǎng)生劑系廣西交科集團(tuán)有限公司自主研發(fā)產(chǎn)品。本工程應(yīng)用細(xì)集料采用機(jī)制砂與河砂對(duì)摻，機(jī)制砂與河砂對(duì)摻質(zhì)量比為6∶4。內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土配合比如表1所示。

表1 項(xiàng)目混凝土配合比表(kg/m3)

2.3 內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土工作性評(píng)價(jià)

如下頁(yè)表2所示為水泥混凝土經(jīng)時(shí)坍落度情況，從表中可知內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土的初始坍落度比基準(zhǔn)混凝土降低5 mm，原因是摻加的內(nèi)養(yǎng)生劑在混凝土拌和期間預(yù)吸收了部分自由水分，使混凝土內(nèi)部自由水分含量降低，導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性下降。經(jīng)過(guò)2 h的混凝土攪拌車運(yùn)輸，基準(zhǔn)混凝土坍落度損失55 mm，摻加內(nèi)養(yǎng)生的混凝土經(jīng)時(shí)損失度優(yōu)于基準(zhǔn)混凝土，這歸功于內(nèi)養(yǎng)生劑具有吸水、保水及釋放的特性，內(nèi)養(yǎng)生劑預(yù)吸水后具有保水性，保障了內(nèi)養(yǎng)生混凝土在運(yùn)輸及澆筑過(guò)程中鎖住自由水分、抑制自由水分蒸發(fā)，同時(shí)預(yù)吸水的內(nèi)養(yǎng)生劑膨脹呈圓形狀，有效潤(rùn)滑了界面，降低了混凝土的黏度，保證了混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度，滿足混凝土施工要求。

表2 混凝土經(jīng)時(shí)坍落度表(mm)

2.4 內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)

混凝土立方體抗壓強(qiáng)度結(jié)果如圖4所示，可發(fā)現(xiàn)，基準(zhǔn)混凝土7 d齡期的強(qiáng)度為59.7 MPa，比內(nèi)養(yǎng)生混凝土同齡期強(qiáng)度提高了3.4 MPa，這主要的原因是內(nèi)養(yǎng)生劑在拌和中預(yù)吸收水拌和物中的自由水分，在0～7 d齡期時(shí)緩慢釋放水分以致混凝土內(nèi)部缺少自由水量，未能與水泥發(fā)生水化反應(yīng)形成密實(shí)的水化產(chǎn)物，同時(shí)吸水后的內(nèi)養(yǎng)生劑因膨脹使混凝土內(nèi)部存在較多的薄弱孔隙，因此，內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土7 d齡期強(qiáng)度較低。隨著齡期的增長(zhǎng)，內(nèi)養(yǎng)生混凝土內(nèi)部?jī)?nèi)養(yǎng)生劑預(yù)吸收的水分逐漸釋放以提供水泥水化需水，生成大量的水泥水化產(chǎn)物，且產(chǎn)物填充了引入內(nèi)養(yǎng)生劑釋水后的孔隙，使混凝土內(nèi)部更加密實(shí)。相比基準(zhǔn)混凝土，內(nèi)養(yǎng)生混凝土28 d齡期的強(qiáng)度提高了5.9%，因此，采用摻加內(nèi)養(yǎng)生材料能夠充當(dāng)“蓄水池”作用，能夠在細(xì)觀結(jié)構(gòu)局部為環(huán)境形成濕度養(yǎng)護(hù)效應(yīng)，保證水泥充分水化，有效降低混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)難導(dǎo)致強(qiáng)度不足的風(fēng)險(xiǎn)。見圖4。

圖4 混凝土抗壓強(qiáng)度圖

2.5 內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土外觀效果評(píng)價(jià)

在澆筑過(guò)程中，內(nèi)養(yǎng)生混凝土流動(dòng)度較好，有利于混凝土橋面鋪裝的施工，有效解決了混凝土經(jīng)時(shí)坍落度損失嚴(yán)重、泌水離析等技術(shù)問(wèn)題。內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土成型抹面后，覆蓋土工布，養(yǎng)護(hù)前7 d，每3 d進(jìn)行一次灑水養(yǎng)護(hù)，而基準(zhǔn)混凝土按照規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。經(jīng)28 d齡期，基準(zhǔn)混凝土橋面局部出現(xiàn)微裂縫，而內(nèi)養(yǎng)生混凝土橋面未出現(xiàn)肉眼可見的裂縫，這說(shuō)明基準(zhǔn)混凝土在澆筑過(guò)程中自由水分蒸發(fā)嚴(yán)重，且后期灑水養(yǎng)護(hù)，水分較難進(jìn)入混凝土內(nèi)部補(bǔ)償水泥水化需水，導(dǎo)致混凝土嚴(yán)重收縮開裂；內(nèi)養(yǎng)生混凝土內(nèi)部引入內(nèi)養(yǎng)生劑，內(nèi)養(yǎng)生劑預(yù)吸收水分，在混凝土澆筑過(guò)程中有效抑制了自由水分的蒸發(fā)，而且均勻分布于混凝土內(nèi)部進(jìn)行全方位的內(nèi)養(yǎng)護(hù)，抑制了混凝土的干燥收縮，顯著提升了混凝土的抗開裂性能。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)內(nèi)養(yǎng)生材料的摻入在混凝土拌和過(guò)程中吸收部分自由水分，輕微降低了混凝土的初始坍落度；但預(yù)吸水的內(nèi)養(yǎng)生劑膨脹呈圓形狀，有效潤(rùn)滑了界面，有利于保障混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度。

(2)內(nèi)養(yǎng)生水泥混凝土中內(nèi)養(yǎng)生材料能夠充當(dāng)“蓄水池”作用，能夠在細(xì)觀結(jié)構(gòu)局部為環(huán)境形成濕度養(yǎng)護(hù)效應(yīng)，保證水泥充分水化，有效保障混凝土的強(qiáng)度及有效抑制混凝土的干燥收縮，在減少養(yǎng)護(hù)用水量的同時(shí)，顯著提升了橋面鋪裝混凝土的抗塑性開裂性能，工程應(yīng)用價(jià)值顯著。