外加劑在水泥混凝土路面中的應(yīng)用
劉捷
（徐州市公路工程總公司，江蘇徐州221000）
摘要：外加劑的正確使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土關(guān)鍵技術(shù)之一。文章總結(jié)和研究了外加劑在水泥混凝土路面的應(yīng)用，公路滑模攤鋪水泥混凝土路面外加劑的性能要求和使用技術(shù)，在混凝土路面工程中針對(duì)所用水泥提出進(jìn)行外加劑化學(xué)適應(yīng)性和計(jì)量適應(yīng)性檢驗(yàn)等技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞：外加劑；水泥混凝土路面；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
我國(guó)公路水泥混凝土工程建設(shè)規(guī)模很大，水泥混凝土路面修補(bǔ)一直難以很好地解決。目前我國(guó)公路水泥混凝土路面工程總體質(zhì)量不高，車輛重載狀況日趨嚴(yán)重，由于受到集料等原材料的制約，傳統(tǒng)混凝土配合比設(shè)計(jì)很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在水泥混合料中摻入外加劑提高路面強(qiáng)度是重要措施之一。外加劑使用廣泛，加入外加劑能改善水泥混凝土性能，同時(shí)由于外加劑的使用不當(dāng)而導(dǎo)致水泥混凝土路面及橋涵結(jié)構(gòu)的質(zhì)量事故屢有發(fā)生，影響了公路工程建設(shè)質(zhì)量。
1外加劑應(yīng)用及施工技術(shù)
作為水泥混凝土中的第五組分———水泥混凝土外加劑主要有減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等幾種常用的外加劑；減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑在公路水泥混凝土工程中較適用。普通減水劑、高效減水劑在施工應(yīng)用之前應(yīng)檢驗(yàn)pH值、密度(或細(xì)度)、減水率，符合要求后才可使用，最佳摻量確定須滿足工程環(huán)境條件設(shè)計(jì)強(qiáng)度、工作性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性等性能要求。外加劑沉淀有害作用與外加劑摻量超大相同，每天應(yīng)清除溶液中未能溶解的固體沉淀物。根據(jù)工程需要普通減水劑和高效減水劑可與其他可混溶的外加劑復(fù)配使用。
1.1減水劑有關(guān)特點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)
減水劑是指在混凝土和易性及水泥用量不變條件下，能減少拌和用水量、提高混凝土強(qiáng)度；或在和易性及強(qiáng)度不變條件下，節(jié)約水泥用量的外加劑。根據(jù)其減水及增強(qiáng)能力，分為普通減水劑（又稱塑化劑）及高效減水劑（又稱超塑化劑），并又分別分為一等品、合格品。按組成材料分為：（1）水質(zhì)素磺酸鹽類；（2）多環(huán)芳香族鹽類；（3）水溶性樹脂磺酸鹽類。普通減水劑宜用于日最低氣溫5℃以上施工的混凝土。高效減水劑宜用于日最低氣溫0℃以上施工的混凝土，并適用于制備大流動(dòng)性混凝土、高強(qiáng)混凝土以及蒸養(yǎng)混凝土。目前市場(chǎng)上常用的幾種減水劑為：萘系高效減水劑，脂肪族高效減水劑，氨基超速高性能減水劑，減水激發(fā)劑，普糖糖酸鈉，木質(zhì)素磺酸鈉，木質(zhì)素磺酸該，膨脹劑等。TH-928聚羧酸系高性能減水劑是目前世界上最前沿、科技含量最高、應(yīng)用前景最好、綜合性能最優(yōu)的一種混凝土超塑化劑(減水劑)。TH-928聚羧酸系高性能減水劑是羧酸類接枝多元共聚物與其他有效助劑的復(fù)配產(chǎn)品。經(jīng)與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品性能比較表明，TH-928聚羧酸系高性能減水劑在技術(shù)性能指標(biāo)、性價(jià)比方面都達(dá)到了當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平。性能特點(diǎn)是摻量低、減水率高，減水率可高達(dá)45%；坍落度輕時(shí)損失小，預(yù)拌混凝土坍落度損失率1h小于5%，2h小于10%；增強(qiáng)效果顯著，混凝土3天抗壓強(qiáng)度提高50％～110％，28天抗壓強(qiáng)度提高40～80％，90天抗壓強(qiáng)度提高30％～60％；混凝土和易性優(yōu)良，無(wú)離析、泌水現(xiàn)象，混凝土外觀顏色均一。用于配制高標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，混凝土粘聚性好且易于攪拌；含氣量適中，對(duì)混凝土彈性模量無(wú)不利影響，抗凍耐久性好；能降低水泥早期水化熱，有利于大體積混凝土和夏季施工；適應(yīng)性優(yōu)良，水泥、摻和料相容性好，溫度適應(yīng)性好，與不同品種水泥和摻和料具有很好的相容性，解決了采用其他類減水劑與膠凝材料相容性差的問(wèn)題；低收縮，可明顯降低混凝土收縮，抗凍融能力和抗碳化能力明顯優(yōu)于普通混凝土；顯著提高混凝土體積穩(wěn)定性和長(zhǎng)期耐久性；堿含量極低，堿含量≤0.2%，可有效地防止堿骨料反應(yīng)的發(fā)生，長(zhǎng)期儲(chǔ)存無(wú)分層、沉淀現(xiàn)象發(fā)生，低溫時(shí)無(wú)結(jié)晶析出；產(chǎn)品綠色環(huán)保，不含甲醛，為環(huán)境友好型產(chǎn)品。摻量為膠凝材料總重量的0.4%～2.0%，常用摻量為0.4%～1.2%；使用前應(yīng)進(jìn)行混凝土試配試驗(yàn)，以求最佳摻量；不可與萘系高效減水劑復(fù)配使用，與其他外加劑復(fù)配使用時(shí)也應(yīng)預(yù)先進(jìn)行混凝土相容性實(shí)驗(yàn)；坍落度對(duì)用水量的敏感性較高，使用時(shí)必須嚴(yán)格控制用水量；注意混凝土表面養(yǎng)護(hù)。適用于強(qiáng)度等級(jí)為C15～C60及以上的泵送或常態(tài)混凝土工程。特別適用于配制高耐久、高流態(tài)、高保坍、高強(qiáng)以及對(duì)外觀質(zhì)量要求高的混凝土工程。對(duì)于配制高流動(dòng)性混凝土、自密實(shí)混凝土、清水飾面混凝土極為有利。HSB（High Strence Bing）是高分子磺化合成的羰基焦醛。憎水基主鏈為脂肪族烴類，以下簡(jiǎn)稱HSB，是在青島研發(fā)的一種綠色高效減水劑。本產(chǎn)品不污染環(huán)境，不損害人體健康。對(duì)水泥適用性廣，對(duì)混凝土增強(qiáng)效果明顯，坍落度損失小，低溫?zé)o硫酸鈉結(jié)晶現(xiàn)象，廣泛用于配制泵送劑、緩凝、早強(qiáng)、防凍、引氣等各類個(gè)性化減水劑，也可以與萘系減水劑、氨基減水劑、聚羧酸減水劑復(fù)合使用。外觀棕紅色的液體；固體含量＞35%；比重1.15～1.2。性能特點(diǎn)是減水率高。摻量1％～2%，減水率可達(dá)15％～25%。在同等強(qiáng)度坍落度條件下，摻HSB可節(jié)約25％～30%的水泥用量；早強(qiáng)、增強(qiáng)效果明顯。混凝土摻入HSB，3天可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60％～70%，7天可達(dá)到100%，28天比空白混凝土強(qiáng)度提高30％～40%；對(duì)水泥適用性廣泛，和易性、粘聚性好。與其他各類外加劑配伍良好；顯著提高混凝土的抗凍融，抗?jié)B，抗硫酸鹽侵蝕，并全面提高混凝土的其他物理性能；特別適用以下混凝土：流態(tài)塑化混凝土，自然養(yǎng)護(hù)、蒸養(yǎng)混凝土，抗?jié)B防水混凝土，耐久性抗凍融混凝土，抗硫酸鹽侵蝕海工混凝土，以及鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土；HSB無(wú)毒，不燃，不腐蝕鋼筋，冬季無(wú)硫酸鈉結(jié)晶。
1.2 CNF-3引氣緩凝高效減水劑產(chǎn)品應(yīng)用舉例現(xiàn)以徐州104國(guó)道雙向4車道（雙溝至睢寧收費(fèi)站）水泥路面為例，說(shuō)明外加劑在水泥混凝土路面施工中的應(yīng)用。徐州市超力建筑材料有限公司生產(chǎn)的CNF-3引氣緩凝高效減水劑產(chǎn)品其適用范圍是，在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，有抗冰（鹽）凍要求混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。公路水泥混凝土路面工程，尤其是有抗冰凍、抗鹽凍、防滲、防泌水要求的混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。也可用于有飾面要求的一般公路工程混凝土、貧混凝土、輕質(zhì)混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。
CNF-3引氣緩凝高效減水劑產(chǎn)品的主要用途有：保持相同水泥用量，摻入本品能減少用水量同時(shí)顯著改善混凝土工作性，增大坍落度，減少泌水，提高混凝土勻質(zhì)性，提供富漿平整的表面。提高彎拉強(qiáng)度，降低抗折彈性模量，改善荷載和溫濕度變形性能。達(dá)到相同坍落度，摻入本品，可節(jié)約水泥18%以上。可與早強(qiáng)劑、防凍劑、膨脹劑及緩凝劑等配合使用，但應(yīng)注意它們的可共溶性。提高抗?jié)B性，抗凍性和耐候性，增強(qiáng)混凝土的耐久性。使用方法，可采用同摻法和后摻法，但混凝土攪拌時(shí)間最好延長(zhǎng)30s。包裝與貯存需要注意，一般粉劑采用袋裝比較合適，每袋凈重40±0.5kg,存儲(chǔ)于干燥處，嚴(yán)格防潮；液體采用桶裝，每桶凈重250±1kg。其有效保質(zhì)期一般為2年，過(guò)期后需經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用。在高效減水劑中摻入與水泥相適應(yīng)的緩凝劑、高溫緩凝劑、保塑劑或緩凝型減水劑可減少熱天坍落度損失，用攪拌車或罐車運(yùn)輸水泥混凝土?xí)r，在澆注現(xiàn)場(chǎng)可二次加入高效減水劑，經(jīng)快速攪拌均勻后出料，不得多加水，并快速完成澆注、振搗、飾面等；摻緩凝型減水劑的水泥混凝土構(gòu)件必須保證靜停一段時(shí)間后，使水泥混凝土形成一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度才可蒸養(yǎng)。摻高效減水劑的水泥混凝土可用蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)。引氣劑應(yīng)選用表面張力降低值大、水泥稀漿中起泡容量多而細(xì)密、泡沫穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)、不溶殘?jiān)俚漠a(chǎn)品。新拌水泥混凝土的含氣量，應(yīng)在攪拌機(jī)口取樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并應(yīng)考慮在運(yùn)輸和振搗過(guò)程中的損失。緩凝型外加劑的最佳摻量應(yīng)根據(jù)施工要求的水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間、氣溫、強(qiáng)度等通過(guò)試驗(yàn)確定。施工中，當(dāng)氣溫變化、運(yùn)距和運(yùn)輸時(shí)間變動(dòng)時(shí)，可微調(diào)其摻量，應(yīng)始終保持拌和物具備良好的施工可操作性，并能達(dá)到密實(shí)度及外觀質(zhì)量要求。早強(qiáng)劑是一種專門解決工程中需要盡快或盡早獲得水泥混凝土強(qiáng)度問(wèn)題的專用外加劑。早強(qiáng)劑、早強(qiáng)型減水劑和早強(qiáng)型高效減水劑適用于公路工程需要快速形成強(qiáng)度的快通水泥混凝土結(jié)構(gòu)，蒸養(yǎng)水泥混凝土構(gòu)件，最低溫度不低于-5℃的低溫環(huán)境中施工的有早強(qiáng)要求的水泥混凝土、鋼筋混凝土及需要提前張拉和放張的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。炎熱環(huán)境條件下不宜使用早強(qiáng)型外加劑，也就是公路工程快通水泥混凝土結(jié)構(gòu)的開放交通時(shí)間，應(yīng)按與結(jié)構(gòu)相同養(yǎng)生條件下，摻早強(qiáng)劑水泥混凝土試件達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上的試驗(yàn)確定。由于公路具有機(jī)動(dòng)、靈活、直達(dá)、迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、服務(wù)面廣的特點(diǎn)，在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用，并且具有良好發(fā)展前景。
2水泥混凝土路面板破壞原因與外加劑應(yīng)用
基礎(chǔ)
外加劑的使用對(duì)水泥混凝土路面板質(zhì)量具有重要作用。在軟土地段路基填筑前應(yīng)首先探明地基承載力，然后采取合理的軟基處理方案和施工工藝。軟基處理方案一般有：混凝土回填土方、石方、或砂礫、袋裝砂井，塑料排水板，土工布，土工格柵或以上兩種方案組合等，但是施工時(shí)，往往由于采取軟基處理方案或施工工藝不合理、施工時(shí)未認(rèn)真按要求處理或處理不完善等給路基的穩(wěn)定造成了隱患，形成路基的沉陷或滑移，最終影響路面混凝土板。公路路基施工規(guī)范規(guī)定，通常情況下不能被壓實(shí)到規(guī)定的密實(shí)度和不能形成穩(wěn)定填方的材料不能用于路基填筑。如：沼澤土、泥炭、含有樹根、雜草和易腐朽物質(zhì)等材料；液限指數(shù)大于50%，塑限指數(shù)大于25%的材料；有機(jī)質(zhì)含量大于3%的材料；壓實(shí)含水量和最佳含水量之差大于2%的材料等等。但是，由于施工單位在路基填筑材料方面控制不嚴(yán)，使用了不適宜材料從而造成路基下沉或塌方，以致影響路面直到路面混凝土板破壞。路堤在斜坡上或填挖交界處，或原有路堤上或路堤處在垂直路中線測(cè)得的坡度大于1∶5的坡地時(shí)，應(yīng)把原地面挖成臺(tái)階，臺(tái)階寬度應(yīng)不小于1m，用小型機(jī)具進(jìn)行夯實(shí)，并向內(nèi)側(cè)傾斜2%，且臺(tái)階上不能有積水，然后再分層填筑壓實(shí)，這樣，才能保證路堤的穩(wěn)定和達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度。而施工單位在施工時(shí)，遇到以上情況，在路堤填筑時(shí)，根本未將施工地段挖成臺(tái)階后分層填筑壓實(shí)，以致影響了路堤填筑的質(zhì)量，形成隱患給混凝土路面板造成破壞。在施工過(guò)程中，路基填筑每層的填料未用平地機(jī)或其他平整機(jī)械進(jìn)行整平或整平效果不好，使低凹地方達(dá)不到密實(shí)度要求且大量積水；路基填筑的有效寬度和超寬填筑不夠，為達(dá)到路基有效寬度，施工單位往往沒(méi)有按規(guī)范要求挖臺(tái)階分層填筑壓實(shí)至路基要求寬度，而是將一些松散土傾倒在邊坡上，用人工攤鋪拍實(shí)，這樣補(bǔ)上來(lái)的路基部分遠(yuǎn)未達(dá)到密實(shí)度要求，造成路基滑坡、層層沖刷；路基石方或土石混合料填筑時(shí)，石頭塊徑過(guò)大，使填石路堤或填土石混合料路堤密實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求。由于以上施工方面的原因，對(duì)路基的穩(wěn)定性造成一定影響，直到影響路面混凝土板。外加劑的正確使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土關(guān)鍵技術(shù)之一，加強(qiáng)其應(yīng)用在一定程度上會(huì)可以減緩工程損害。
3影響水泥混凝土路面平整度的因素及其控制
外加劑的使用對(duì)路基質(zhì)量非常關(guān)鍵。由于路面板遭到破壞后要對(duì)路基有質(zhì)量問(wèn)題的地段返工是不可能的，且水泥混凝土板難修補(bǔ)。新拌混凝土在一定溫度條件下，毛細(xì)孔水、游離子水等不斷蒸發(fā)，使毛細(xì)孔水在逐漸下降過(guò)程中，彎液面曲率逐漸增大；在表面張力作用下，產(chǎn)生收縮力致使混凝土收縮。上述收縮現(xiàn)象主要發(fā)生在漿體。如果這種收縮是均勻進(jìn)行的，對(duì)路面平整度不會(huì)產(chǎn)生什么影響或影響甚微。若新拌混凝土水灰比值偏大、水泥漿體偏多，而水灰比或漿體在拌和料中分布不勻，或拌和料拌和不均，混凝土振搗密實(shí)度不均勻，收縮亦隨之不均勻，將致使成型路面的不平整。混凝土在拌制過(guò)程中，水灰比控制不嚴(yán)，拌和料時(shí)稠時(shí)稀，攤鋪不均勻。改進(jìn)施工工藝，嚴(yán)格施工質(zhì)量控制，是提高路面平整度的主要關(guān)鍵。一般300號(hào)混凝土最好采用425號(hào)普通水泥，因?yàn)榛鹕交宜嗪芗?xì)的附加填充料，具有很強(qiáng)的吸水能力，影響脫水效果。攤鋪高度要考慮振搗下沉值并盡量鋪平。保證真空脫水后混凝土面不低于模頂，可用模頂臨時(shí)敷設(shè)角鋼的方法，以保證真空脫水前混凝土高出模頂之預(yù)留縮值。角鋼平整光潔，振動(dòng)梁及提漿棒（滾筒）在其上拖滾更為方便，真空脫水結(jié)束后即可拆除。影響路面設(shè)計(jì)的因素很多，道路等級(jí)、使用任務(wù)、路基支承條件、車流量及軸載、原材料供應(yīng)等等。地基強(qiáng)度不均勻，路基填料混雜或壓實(shí)度不好，產(chǎn)生不均勻沉降，或基層平整度差，導(dǎo)致混凝土路面厚度不均勻，在行車荷載及溫度翹曲應(yīng)力作用下，容易使路面應(yīng)力集中。當(dāng)壓力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在應(yīng)力集中和厚度較薄處產(chǎn)生裂縫。有些已建成的城市道路因地下管線維修開挖后，回填料達(dá)不到要求，壓實(shí)不夠密實(shí)，在路面修復(fù)后的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生自然沉降，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)甚至塌陷。此類裂縫往往貫穿整個(gè)板塊，而且寬度較大，危害也較嚴(yán)重。雨水的滲入還會(huì)引起地基軟化，大大降低地基的承載力，因此在施工中必須引起足夠的重視。
4結(jié)語(yǔ)
外加劑的正確使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土關(guān)鍵技術(shù)，本文通過(guò)對(duì)減水劑、引氣劑、緩凝劑和早強(qiáng)劑在施工中的應(yīng)用技術(shù)綜述，總結(jié)了在施工過(guò)程中的相關(guān)技術(shù)要求，以及由于外加劑的使用失誤而給公路工程帶來(lái)?yè)p失，為在施工過(guò)程中正確施加外加劑指明了方向。
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