引气剂对水泥稳定碎石力学性能的影响研究[精华]

　　摘要:介绍了引气剂品种的选择,通过室内试验研究了掺加引气剂的水泥稳定碎石力学性能,同时对不同水泥用量、不同引气剂用量条件下水泥稳定碎石的力学性能进行了对比分析,从而促进引气剂在水泥稳定碎石中的应用。

　　关键词:引气剂,水泥稳定碎石,力学性能,抗裂性能引气剂是最古老的水泥和混凝土外加剂之- -,国外在20世纪30年代就发现对混凝土引气能大大提高混凝土的抗渗性、抗冻性、抗盐冻剥蚀性,并研制出许多商业引气剂，很快得到广泛的推广和使用。现在北美、欧洲、日本等国家几乎所有的混凝土(70% ~80%以上)都掺引气剂0。我国从20世纪50年代开始在水工混凝土中引气，以保证水工结构的耐久性。在水泥稳定碎石基层领域，,引气剂很少被研究,仅东南大学材料系与南京公路建设处在二灰碎石防冻剂的开发和机理研究中发现,适量的引气剂可以提高抗冻性能，也并未进行进--步的理论与试验研究。

　　1、引气剂品种的选择

　　目前国内使用的引气剂品种包括:松香热聚物、松香酸钠、烷基(苯)磺酸钠松香皂和皂角素产品，日本的毕索尔和美国的文松树脂也有少量使用,它们大多是天然松脂类产品。文松树脂是由松树根中提取的松香配制而成,是美国ACI(混凝土协会)、PCA(波特兰水泥学会)和ACPA(水泥混凝土路面学会)共同规定使用的产品(2]。

　　本次试验中选用了常用的松香酸钠引气剂,其主要技术指标见表1。

      C45混凝土配合比确定后,应对该配合比进行6次~10次的重复试验进行验证,其平均值不应低于配制的强度值,确保其稳定性。

　　为了从强度、模量和收缩等方面反映引气剂对水泥碎石材料的影响,试件均按最大干密度和最佳含水量成型,以试件容量控制采用静力压实法制备，在养生室常温湿气养生。无侧限抗压强度试验、间接抗拉强度试验抗压回弹模量试验、冻融试验均采用中15 cmX h15 cm试件;收缩试验、抗弯拉强度采用10 amX  10 amX 40 cm的梁式试件[3]。本次试验采用两个水泥剂量:3%和5%。集料级配采用规范推荐范围中限。引气剂溶于水后使用,其试验浓度为0% (即不掺引气剂),1% ,2% ,3% ,6%。

　　3试验结果分析

　　3.1无侧限抗压强度

　从图1可以看出，引气剂对水泥碎石材料有一个最佳剂量。对7 d和28 d强度影响趋势是一 致的，但对28 d强度的影响更为明显一些。在刚加入引气剂时,强度急剧下降,直至-一个最小值。

　　随着引气剂含量的增加, 强度也逐渐提高。在最鞋剂量时,强度也达到最高值,基本上和未加引气剂时持平或略高- -点。随着引气剂含量的不断增大,强度平缓下降。此时下降的幅度要小于前面下降的幅度。在初期阶段,水泥发生的化学反应有限,形成的胶凝材料也是有限的,因而引气剂的影响也是有限的。而到了后期,水泥的凝结和硬化已经基本完成,胶凝材料的增多给了引气剂反应的空间,使得引气剂的副作用也明显表现出来。因此,引气剂对28 d强度影响大于7 d的影响。

　　3.2抗弯拉强度

　　由图2可见，当引气剂溶液浓度小于4%时,强度基本上不会降低;当溶液浓度在2%~3%时，抗弯拉强度还会有一定程度的提高。这是因为在合适的含气量以内时,材料工作性改普;离析和泌水减少,引气混合料均匀性高，抗弯拉强度离散小，因此强度会提高。在适宜的含气量范围,气泡占用或夺取了本来聚集在界面区的水分,使界面结构改善,增强了界面的抗拉能力,弯拉强度得到提高。但是当含气量过大时,气泡将在集料界面富集,大大削弱界面抗拉强度,因此抗弯拉强度也明显下降。

　　3.3 弹性模量

　　引气剂掺量对水泥碎石抗压回弹模量的影响见图3。随着引气剂掺量的增加,抗压回弹模量变化幅度并不大。因为抗压回弹模量更多的是取决于集料的强度和水泥水化产生浆体的含量。

　　只有当引气剂的浓度超出合理范围后，过多的气泡改变了材料的结构,才会导致其抗压回弹模量下降。图4为弯拉弹性模量随引气剂掺量的变化情况。

随着引气剂掺量的增加,抗弯拉回弹模量也随之减小。对于水泥稳定碎石这种半刚性材料而言,应降低材料的刚性,增加其柔韧性,且不降低其抗弯拉强度, -般情况下,材料越密实,弹性模量越大。掺引气剂既提高了抗弯拉强度,又降低了抗弯拉弹性模量。

　　3.4收缩变性

　　干编最小时对应的引气剂掺量与抗弯拉强度峰值掺量基本一致,两者都具有同一个最优含气量。随着引气剂含量的增大,水泥稳定碎石材料的温缩系数逐渐减小。国外的研究表明，含气量增大，材料的热扩散系数和热传导系数减小[4] ,试验结果也证明了这一点。这对路面结构减小温缩应力是有利的。

　　4抗裂

　　性能评价、从试验结果分析， 由于掺引气剂的混合料其抗压和抗拉的特点有所不同,在合理引气剂掺量范围内,掺有引气剂的材料与不掺的相比抗压强度基本不变,而抗弯拉强度提高了10% ~ 15%，抗弯拉弹性模量降低了。因此，计算极限拉应变值将有所增大。

　　无论是干缩抗裂系数，还是温缩抗裂系数，当水泥剂量为3%时,引气剂溶液浓度在2%为最佳;当水泥剂量为5%时,引气剂溶液浓度在3%为最佳。表明对于一定剂量的水泥稳定碎石材料,存在一个最佳引气剂掺量,该最佳引气剂掺量随着水泥含量的增加而增加。

　　国外的一些资料表明,引气剂可以大幅度提高水泥砂浆的断裂能,其提高幅度约40%。在水泥稳定碎石中引入气泡，比不引气的材料,相同荷载下的变形却成倍增加,极限应变最多可增加1倍~3倍。但是如果引气量过大或者引入的气泡太大,将大大降低砂浆强度并可能破坏变形稳定性,最终导致断裂能降低。

　　5结语

　　掺外加剂是改善水泥稳定碎石材料抗裂性能的一个重要措施。通过对掺引气剂水泥稳定天然碎石材料的室内试验,得出结论:

　　1)在合理引气剂掺量范围内(文中试验范围是2% ~ 3%),无侧限抗压强度和劈裂强度不会下降太多，抗弯拉强度有一定程度的提高。

　　2)干缩最小时对应的掺量与抗弯拉强度峰值掺量基本一致。

　　3)引气剂掺量越大,水泥稳定碎石掺量温缩系数越小。

　　4)对于一-定剂量的水泥稳定碎石材料,存在一一个最佳引气剂掺量,且最佳引气剂掺量随着水泥含量的增加而增加。