引氣劑在混凝土路面滑模施工中的應(yīng)用

　　摘　要:結(jié)合水泥混凝土路面滑模施工工程,討論引氣劑在水泥混凝土路面工程中的作用,分析道路混凝土使用引氣劑的經(jīng)濟(jì)效益,提出道路引氣量的施工控制技術(shù),工程實(shí)例證明引氣混凝土是技術(shù)上可行且經(jīng)濟(jì)上合理的路面結(jié)構(gòu)體。

　　關(guān)鍵詞:引氣劑;水泥混凝土;路面工程;滑模施工

　　1　引氣劑在水泥混凝土路面工程中的作用機(jī)理

　　1.1　改善道路混凝土工作性和流變性
　　由于引氣劑具有減水作用,在混凝土中產(chǎn)生大量直徑在微米量級(jí)的微氣泡具有潤(rùn)滑作用,使引氣混凝土塌落度增加。試驗(yàn)證明,隨著混凝土含氣量的增加,坍落度線性增大。引氣劑改善了新拌混凝土的靜態(tài)流動(dòng)性和可塑性,具有較好的易密性?；炷林屑尤胍龤鈩?隨著含氣量的增加,新拌混凝土內(nèi)部表面張力增加,拌和物粘聚性增加,振動(dòng)粘度系數(shù)增加,有利于防止混凝土在運(yùn)輸、卸料、攤鋪過(guò)程中發(fā)生離析和泌水現(xiàn)象。工程實(shí)踐證明:

　?、俸瑲饬砍^(guò)3%時(shí),混凝土內(nèi)部表面張力仍在上升,而氣泡的特殊效益的作用更大,導(dǎo)致振動(dòng)粘度系數(shù)下降;

　?、谖⒅樽饔糜欣谛掳杌炷凛^快地被振搗密實(shí),易密性提高,有利于防止滑?；炷谅访娉霈F(xiàn)麻面現(xiàn)象。引氣混凝土的可滑性、穩(wěn)定性、易密性和振動(dòng)流變性能大大改善;

　?、垡龤鈩┗炷恋拿谒碗x析減少,表明其具有較大的內(nèi)聚性,混合料的穩(wěn)定性大大增加,施工得到的混凝土勻質(zhì)性將更好,有助于改善硬化后的混凝土力學(xué)性能、路面板的抗破壞能力及耐久性。從工程實(shí)踐可知,道路混凝土往往要求在低流動(dòng)性和小坍落度條件下施工,其密實(shí)度受工作性?xún)?yōu)劣的影響比其他大流動(dòng)性混凝土要大得多,由此說(shuō)明提出道路混凝土廣泛使用引氣劑是很有必要的。

　　1.2　降低道路混凝土抗折彈性模量

　　從實(shí)驗(yàn)得知,混凝土加入引氣劑,隨著含氣量的增加,混凝土的抗折彈性模量下降較快。由此可以看出,對(duì)道路混凝土的剛性路面來(lái)說(shuō),在不降低抗折強(qiáng)度的條件下,降低材料的剛性和增加其柔韌性,解決剛性與強(qiáng)度之間的矛盾,只有摻加引氣劑才能夠?qū)崿F(xiàn)。降低混凝土路面抗折彈性模量的優(yōu)點(diǎn):①當(dāng)荷載、干濕、溫度等引起的翹曲變形一定時(shí),混凝土路面板內(nèi)產(chǎn)生的彎曲疲勞應(yīng)力水平低,翹曲循環(huán)破壞的幾率小,有利于保持各種因素作用的路面完好率;②當(dāng)荷載應(yīng)力一定時(shí),抗折彈性模量小,彎拉應(yīng)變大,路面的柔韌性好,有利于降低材料脆性、混凝土路面剛度,提高道路的行車(chē)舒適性。

　　1.3　減少道路混凝土干縮變形

　　道路混凝土的干縮變形一般占溫度和濕度應(yīng)變的大部分,因此混凝土的變形性質(zhì)僅指其干濕變形。在控制混凝土的水泥用量和坍落度的條件下,從實(shí)驗(yàn)可知,由于引氣劑的減水作用,使單位用水量減少,混凝土28 d的干縮存在一個(gè)低谷,大約在含氣量2%~4%時(shí),干縮變形現(xiàn)象明顯減小,6%的含氣量與非引氣劑混凝土干縮變形相同,符合國(guó)內(nèi)外的一般實(shí)驗(yàn)規(guī)律。分析其試驗(yàn)現(xiàn)象可知:①含氣量在4%以?xún)?nèi),混凝土的干縮變形取決于單位用水量和水灰比。在50%的相對(duì)濕度條件下,硬化混凝土干縮產(chǎn)生的原因是由于水分從水泥漿中毛細(xì)孔散失,毛細(xì)孔水分的表面張力對(duì)孔壁所產(chǎn)生的拉力所致。單位用水量大,保留在毛細(xì)孔中的水分多,可供散失的水分多,則干縮大,反之干縮變形小;②含氣量超過(guò)6%時(shí),毛細(xì)孔水分散失的速度不取決于單位用水量,而是逐漸決定于氣泡的間隔厚度,即氣泡間距大大減小,水分散失速度加快,干縮變形因含氣量太大而增加;③在6%含氣量范圍內(nèi),干縮變形均不會(huì)比非引氣混凝土大;④干縮變形最小的含氣量為2%~4%,與抗折強(qiáng)度峰值基本一致,兩者均具有一個(gè)最佳含氣量,有利于控制兩者同時(shí)達(dá)到。

　　1.4　減少混凝土熱擴(kuò)散系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)

　　混凝土的溫度變形比干縮變形小一個(gè)數(shù)量級(jí)。從國(guó)外的研究可知,若含氣量增加,則混凝土的熱擴(kuò)散系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)減小。研究成果表明,對(duì)于暴露在日照下的水泥路面結(jié)構(gòu),采取減少混凝土溫升應(yīng)力和溫度翹曲變形是有利的。我國(guó)現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,確定路面厚度時(shí)78中國(guó)農(nóng)村水利水電•2005年第8期必須考慮由于溫度翹曲應(yīng)力疲勞對(duì)路面使用性能的影響。因此,在水泥混凝土滑模攤鋪過(guò)程中,摻入引氣劑,勢(shì)必使路面混凝土的熱擴(kuò)散系數(shù)及熱傳導(dǎo)系數(shù)變小。結(jié)果,在強(qiáng)烈日照條件下,將高熱量阻隔在路面結(jié)構(gòu)以外,無(wú)疑將減少溫度翹曲變形和計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力值,改善了路面結(jié)構(gòu)的耐熱性,對(duì)延長(zhǎng)水泥混凝土路面的使用壽命是有益的。

　　1.5　引氣混凝土可滿足設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度和施工抗折強(qiáng)度保證率要求從工程實(shí)驗(yàn)可知:①引氣礫石混凝土抗折強(qiáng)度與含氣量之間表現(xiàn)為二次方關(guān)系;②抗折強(qiáng)度較高時(shí)的含氣量大約為3%~6%;③引氣與不引氣的礫石混凝土抗折強(qiáng)度相比,抗折強(qiáng)度可提高15%~20%。工程實(shí)踐證明,上述試驗(yàn)結(jié)果在一般的混凝土強(qiáng)度范圍內(nèi)具有普遍性,是引氣混凝土材料的基本規(guī)律。特別是礫石混凝土提高抗折強(qiáng)度極為困難的條件下,引氣混凝土抗折強(qiáng)度可提高15%~20%,使道路混凝土不僅滿足設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度的要求,而且滿足一定的施工強(qiáng)度保證率,提供了一種經(jīng)濟(jì)合理且簡(jiǎn)易可行的方法。引氣混凝土的抗折強(qiáng)度為什么可以有較大的提高?其理由是:①混凝土的抗折破壞主要是受彎拉應(yīng)力控制,而彎拉應(yīng)力對(duì)混凝土界面結(jié)構(gòu)和勻質(zhì)性更敏感;②含氣量在3%~5%時(shí),由于水泥漿總體積增大,工作性改善,離析和泌水減少,引氣混凝土均勻性高,抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都受弱截面的材料控制。很顯然,引氣混凝土均勻性提高,其抗折強(qiáng)度離散性就小,則抗折強(qiáng)度提高;③適宜的含氣量范圍,生成氣泡占用或奪取本來(lái)聚集在界面區(qū)的水分,使界面結(jié)構(gòu)改善,增強(qiáng)了界面的抗拉能力,提高了抗折強(qiáng)度。

　　在混凝土中加入引氣劑,引氣混凝土除了具有上述作用機(jī)理之外,還有對(duì)混凝土抗磨性影響并不大,有利于提高混凝土抗?jié)B性,緩解硫酸鹽侵蝕和堿集料反應(yīng)化學(xué)膨脹性破壞的作用。

　　2　引氣劑的使用經(jīng)濟(jì)效益

　　在混凝土加入引氣劑的用量很小,費(fèi)用很低,而引氣混凝土具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。例如,將混凝土含氣量控制在4%,將使混凝土總量節(jié)省4%,引氣劑的費(fèi)用大約僅占節(jié)省混凝土費(fèi)用的1/4~1/3。因此,道路混凝土采用引氣劑,不僅技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上也具有相當(dāng)顯著的效益。

　　3　道路混凝土含氣量的施工控制技術(shù)

　　3.1　確定含氣量與引氣劑摻量的關(guān)系

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知,碎石混凝土或礫石混凝土,采用某種引氣劑和特定的攪拌工藝,引氣劑摻量與含氣量之間的關(guān)系顯示正比線性。因此,控制水泥混凝土含氣量,必須根據(jù)水泥混凝土路面工程的實(shí)際和可能,按使用經(jīng)驗(yàn)技術(shù)要求選擇適宜的引氣劑種類(lèi),通過(guò)試驗(yàn)將適宜含氣量對(duì)應(yīng)的引氣劑劑量范圍確定。從工程實(shí)踐可知,當(dāng)水泥混凝土路面工程選定了原材料和配合比,并確定了采用某種引氣劑后,欲達(dá)到的含氣量均可以通過(guò)引氣劑使用劑量的調(diào)整加以實(shí)現(xiàn)。這是目前國(guó)內(nèi)外所采用的最重要的最便捷的含氣量調(diào)控手段。

　　3.2　道路混凝土配合比設(shè)計(jì)中考慮引氣劑的影響道路引氣水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),如采用體積法計(jì)算,應(yīng)計(jì)入含氣量的體積百分比。同時(shí),要修正普通混凝土配合比設(shè)計(jì)所得參數(shù),即根據(jù)氣候條件和路面性能對(duì)含氣量的要求,根據(jù)粗集料最大粒徑,選定和調(diào)整適宜于砂的細(xì)度模數(shù)、坍落度不同和不同含氣量的砂率和單位用水量。

　　3.3　及時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整原材料及配合比變化對(duì)含氣量的影響從實(shí)驗(yàn)可知,坍落度及坍落度損失值與新拌混凝土含氣量之間存在線性關(guān)系。坍落度變動(dòng)為-0.5~0.5 cm,一般屬正常測(cè)量誤差。若其變動(dòng)超過(guò)此正常范圍,不僅應(yīng)尋找波動(dòng)原因,而且應(yīng)同時(shí)測(cè)含氣量,看是否已發(fā)生了超過(guò)允許波動(dòng)范圍(0.5%~1.0%),并隨時(shí)及時(shí)調(diào)整。因此,在水泥混凝土路面施工過(guò)程中,由于工地條件的局限性,經(jīng)常檢測(cè)含氣量往往受到限制時(shí),作為一種輔助手段,可以將坍落度及其損失的變動(dòng)作為含氣量變化的參照信號(hào)。

　　3.4　規(guī)定混凝土路面施工各環(huán)節(jié)的操作規(guī)程和工藝制度

　　從工程實(shí)踐可知,水泥混凝土路面各施工環(huán)節(jié)對(duì)含氣量有一定程度的影響,并具有一定的規(guī)律性。因此,為了控制施工過(guò)程中各個(gè)影響因素對(duì)混凝土含氣量的不利作用,只有嚴(yán)格規(guī)定混凝土攪拌制度,確定運(yùn)輸、攤鋪、振搗、抹面各工藝環(huán)節(jié)的操作規(guī)程和注意事項(xiàng)。在此條件下,尤其注意到:①施工過(guò)程中的含氣量損失,通過(guò)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)與攪拌機(jī)出口的含氣量對(duì)比測(cè)量,確定含氣量損失數(shù)量,適當(dāng)加大引氣劑的摻量,使施工過(guò)程中的有限含氣量損失得以補(bǔ)償,滿足施工后路面混凝土預(yù)期含氣量數(shù)值;②固定施工工藝制度和操作規(guī)程,可使含氣量的施工變異最小。

　　4　工程實(shí)例

　　廣東省梅汕公路兩車(chē)道單邊寬2×4 m攤鋪水泥混凝土路面。路面工程設(shè)計(jì)要求:水泥混凝土采用集中攪拌,自卸汽車(chē)運(yùn)輸,滑模攤鋪機(jī)攤鋪的現(xiàn)代施工方法。為了減少混凝土水灰比和增加混凝土工作和易性,在混凝土配合比設(shè)計(jì)中采用了2.66%的FDN-200高效減水劑,并在試驗(yàn)室取得了較好的效果,同時(shí)在公路K11+000~K10+800左幅200 m實(shí)施路面混凝土攤鋪試驗(yàn)路段。試驗(yàn)路施工發(fā)現(xiàn):
　　①成品混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中已產(chǎn)生較嚴(yán)重的泌水離析現(xiàn)象;②攤鋪機(jī)攤鋪100 m后,從表觀上已顯示水泥混凝土路面的不均勻狀態(tài);③部分區(qū)域出現(xiàn)麻面和塌邊現(xiàn)象;④從試驗(yàn)路段混凝土抗折試驗(yàn)和抽芯劈裂試驗(yàn)結(jié)果可知,如表1所示,混凝土的抗折強(qiáng)度呈不均勻分布,未能達(dá)到規(guī)范要求。根據(jù)試驗(yàn)路段出現(xiàn)的情況,分析其原因,認(rèn)為在混凝土中有必要加入松香系引氣劑,重新進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)。通過(guò)改進(jìn)的混凝土配合比試驗(yàn)和施工可知:①引氣劑質(zhì)量檢驗(yàn)的搖泡試驗(yàn)應(yīng)推薦在水泥稀漿條件下的搖泡。因?yàn)樵囼?yàn)發(fā)現(xiàn),不同的引氣劑在水泥稀漿和水中氣泡的產(chǎn)率、細(xì)密度和穩(wěn)定性差別較大,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤判,而水泥稀漿比水中更符合混凝土中的

圖2　譚家灣上游滑坡立面設(shè)計(jì)圖

圖3　譚家灣上游滑坡典型剖面設(shè)計(jì)圖

　　1.5　施　工

　　格構(gòu)錨固工程的施工順序一般為:公路邊溝→擋土墻→錨桿定位、鉆孔和注漿→格構(gòu)底梁→邊坡坡面清理→格構(gòu)分片自上而下施工。施工時(shí)格構(gòu)梁應(yīng)嵌入坡面20 cm,如有局部懸空,應(yīng)用漿砌片石填塞,砂漿找平,確保底面平整,鋼筋制作時(shí),鋼筋應(yīng)平順,確保受力均勻。沿邊坡坡頂應(yīng)設(shè)置截水溝排泄雨水,防止雨水對(duì)坡面造成沖刷。沿坡面應(yīng)設(shè)置泄水孔,沿邊坡平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)截水溝,排泄山間裂隙水,以避免山間裂隙銹蝕錨桿。

　　2　結(jié)　語(yǔ)

　　目前格構(gòu)錨固梁的設(shè)計(jì)一般按彈性地基梁上受均勻荷載計(jì)算,與實(shí)際情況不一致,應(yīng)進(jìn)一步分析在錨固力作用下格構(gòu)梁的合理計(jì)算模式,包括肋柱及橫梁的應(yīng)力分布、應(yīng)力傳遞及與地基土強(qiáng)度間的關(guān)系等問(wèn)題,以?xún)?yōu)化格構(gòu)梁更合理的形式、間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

　　格構(gòu)錨固是一種非常經(jīng)濟(jì)、非常有應(yīng)用前景的新型支擋加固措施,具有施工不擾動(dòng)邊坡,安全快捷的特點(diǎn)。通過(guò)在地質(zhì)災(zāi)害防治工程中的具體應(yīng)用,對(duì)國(guó)內(nèi)中、小型開(kāi)挖人工邊坡和滑坡、變形體等,特別是對(duì)由松散堆積物質(zhì)構(gòu)成、削坡條件受到限制的不穩(wěn)定邊坡整治加固,這種格構(gòu)錨固技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。格構(gòu)錨固只是抗滑支擋加固措施中的一種,一個(gè)邊坡防治工程往往要綜合應(yīng)用多種措施,因此應(yīng)將格構(gòu)錨固納入邊坡防治措施的大系統(tǒng)中,研究應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,信息化施工技術(shù),更好地將格構(gòu)錨固應(yīng)用于邊坡防治中。