引气剂在水泥混凝土路面滑模施工中的使用“重中之重”

　　水泥混凝土路面的滑模施工技术是现在道路施工速度最快、工程质量最高、施工规模最大的现代化的先进技术。混凝土滑模摊铺技术,既要求保证在摊铺过程中一次满足所有工艺技术要求,又要求必须具有施工性好,摊铺施工后边缘稳定且不溜角塌边的前提。这是水泥路面滑模施工的主要技术难点。在《道路建筑材料》教学过程中,通过实验实践,证实引气剂作为水泥混凝土外加剂,在解决这些技术难题起到了关键性的作用,它使水泥混凝土满足路面滑模施工的规范要求。

　　一、引气剂的作用机理引气剂是一种表面活性物质,是混凝土常用的外加剂之一,它能使混凝土在搅拌过程中从大气中引入大量均匀封闭的小气泡,使混凝土中含有一定量的空气。从课堂实验可知,引气剂不仅引水并且具有普通减水剂的6%～8%减水率;可增大新拌混凝土的黏聚性,改善和易性,防止泌水离析,提高混凝土的匀质性;使滑模摊铺的路面光滑密实、平整度高、外观规整;使抗弯拉强度提高10%～15%,减少了干缩和温缩变形,提高抗冻性和抗渗性,缓解碱集料反应和化学侵蚀膨胀,改善路面混凝土的耐候性,增强耐久性,有利于提高混凝土的路用品质。

　　1.改善道路混凝土工作性和流变性由于引气剂具有减水作用,在混凝土中产生大量直径为微米级的微气泡具有润滑作用,使引气混凝土塌落度增加。课堂实验证明,随着混凝土含气量的增加,坍落度线性增大,从而改善了新拌混凝土的静态流动性和可塑性,具有较好的易密性。因此混凝土中加入引气剂,随着含气量的增加,新拌混凝土内部表面张力增加,拌和物黏聚性增加,振动黏度系数增加,有利于防止混凝土在运输、卸料、摊铺过程中发生离析和泌水现象。从工程实践可知,道路混凝土往往要求在低流动性和小坍落度条件下施工,其密实度受工作性优劣的影响比其他大流动性混凝土要大得多,由此说明提出道路混凝土广泛使用引气剂是很有必要的。

　　2.减少道路混凝土干缩变形道路混凝土的干缩变形一般占温度和湿度应变的大部分,在控制混凝土的水泥用量和坍落度的条件下,由于混凝土引气剂的减水作用,单位用水量减少,在含气量2%～4%时,干缩变形减小现象明显。教学实验现象分析:①含气量在4%以内,混凝土的干缩变形取决于单位用水量和水灰比。由于水分从水泥浆中毛细孔散失,毛细孔水分的表面张力对孔壁所产生的拉力所致。因此单位用水量大,可供散失的水分多,则干缩大,反之干缩变形小;②含气量超过6%,毛细孔水分散失的速度不取决于单位用水量,而是逐渐决定于气泡的间隔厚度,即气泡间距大大减小,水分散失速度加快,干缩变形因含气量太大而增加;③6%含气量范围内,干缩变形均不会比非引气混凝土大。教学实验结论:干缩变形最小的含气量为2%～4%,与抗折强度峰值基本一致,两者均具有一个最佳含气量,有利于控制两者同时达到。

　　3.使用引气混凝土可使混凝土抗折强度提高从实验可知:①引气混凝土抗折强度与含气量之间表现为二次方关系;②抗折强度较高时的含气量大约在3%～6%之间;③用引气剂与不用引气剂的混凝土抗折强度相比,抗折强度可提高15%～20%。上述试验结果在一般的混凝土强度范围内具有普遍性,这是引气混凝土材料的基本规律。引气剂的使用使混凝土抗折强度提高15%～20%,使道路混凝土不仅满足设计抗折强度的要求,而且满足一定的施工强度保证率,这是一种经济合理且简易可行的方法。在混凝土中加入引气剂,还有利于提高混凝土抗渗性,缓解硫酸盐侵蚀和碱集料反映化学膨胀性破坏等作用。

　　二、道路混凝土含气量的施工控制技术在指导学生参加道路水泥混凝土路面滑模摊铺施工实践中,要求学生除了要正确使用引气剂,还必须从原材料、混凝土的搅拌和水泥混凝土路面的摊铺等方面,进行有效的含气量控制和监测工作。

　　1.确定含气量与引气剂掺量的关系根据实验可知,碎石混凝土或砾石混凝土,采用某种引气剂和特定的搅拌工艺,引气剂掺量与含气量之间的关系显示正比线性。因此,控制水泥混凝土含气量,必须根据水泥混凝土路面工程的实际和可能,选择适宜的引气剂种类,通过试验将合适含气量与引气剂剂量确定下来。当滑模摊铺水泥混凝土路面工程选定了原材料和配合比,并确定了采用某种引气剂后,最佳含气量可以通过引气剂使用剂量的调整加以实现。这是在工程实践中摸索出来的采用引气剂的最重要最便捷的含气量控制手段。

　　2.在配合比设计中考虑引气剂的影响引气水泥混凝土配合比设计计算时,如采用体积法计算,应计入含气量的体积百分比数。同时,要修正普通混凝土配合比设计所得参数,即根据气候条件和路面性能对含气量的要求,根据粗集料最大粒径,选定和调整适宜于砂的细度模数、坍落度不同和不同含气量的砂率和单位用水量。

　　3.注意及时监测和调整引气剂的用量在课堂实验中知,坍落度及坍落度损失值与新拌混凝土含气量之间存在线性关系。坍落度变动于±0.5cm之间,一般属正常测量误差。若其变动超过此正常范围,不仅应寻找波动原因,而且应同时测含气量,看是否发生超过允许波动范围0.5%～1.0%并随时及时调整。因此,在水泥混凝土路面施工过程中,由于工地条件的局限性,检测含气量受到限制时,必须注意及时监测坍落度及其损失的变动作为含气量变化的参照信号,及时调整引气剂用量。

　　4.规范施工各环节的操作规程滑模摊铺水泥混凝土路面各施工环节对含气量有一定程度的影响,并具有一定的规律性。因此,为了控制施工过程中各个影响因素对混凝土含气量的不利影响,要严格规定混凝土搅拌制度,确定运输、摊铺、振捣、抹面各工艺环节的操作规程和注意事项。尤其注意到:

　　①施工过程中的含气量损失,通过摊铺现场与搅拌机出口的含气量对比测量,确定含气量损失数量,适当加大引气剂的掺量,使施工过程中的有限含气量损失得以补偿,满足施工后路面混凝土预期含气量数值;

　　②固定施工工艺制度和操作规程,使含气量的施工变异减小。

　　三、与教学实践相结合的工程实例作为学生实习合作单位的广梧高速公路二期郁南第二合同段,全长10.4km,路面宽24.5m,中间设2m中央分隔带,混凝土路面宽21.5m,路面横坡2%,板厚26cm。合作约定了为施工单位进行了引气剂选用和水泥混凝土配合比设计。工程技术要求:路面采用滑模摊铺混凝土路面,采取水泥混凝土集中搅拌、自卸汽车运输、滑模摊铺机摊铺的现代施工方法。滑模摊铺新拌混凝土目标配合比:

　　①符合最小坍落度的要求,确保路面混凝土能振捣密实,防止出现蜂窝麻面;

　　②符合最大坍落度的要求,确保摊铺后路面板不塌边流角,平整度和侧面垂直度保持良好;

　　③选用收缩率小、凝结时间可调控的引气缓凝高效减水剂。在实验室配合比设计中预选了徐州超力CNF-3、重庆乐德LW-5L及广东X和HPM-3A几种引气缓凝高效减水剂,在试验室进行了效能对比试验。从试验结果可知,超力CNF-3和乐德LW-5L减水剂各项性能良好,明显优于广东X和HPM-3A引气剂,因此采用乐德LW-5L引气缓凝高效减水剂。根据工程中使用乐德LW-5L引气缓凝高效减水剂的情况分析,在路面施工过程中加强满足和保证下列措施,可使路面强度和工作性均满足规范要求,获得了更好的经济效益。

　　一是粗集料的合理配比。粗集料最大公称粒径不超过31.5mm,碎石按不同的集料规格堆积在一起,确保碎石堆积密度达到最大值。

　　二是增加砂率。砂率的增加有利于混凝土的工作性和路面板的强度及外观,砂率应根据砂的细度模数和集料最大公称粒径合理选择。在施工中,路面采用砂料粒径选用中粗砂,以基准配合比拌和得混合料,在坍落度为40mm时能较好地满足强度和工作性的双重要求。

　　三是含水量的控制。从搅拌站水称中的水量变化可以直观地了解,含水量的变化对混凝土坍落度的影响是显而易见的;下雨后,由于粗集料含水率变化大,使混凝土的坍落度得不到较好的控制。施工中采取了两项措施:

　　①试验室每天提供各种骨料的含水量;

　　②新进骨料与旧骨料明确分开,新进骨料最少应隔一天以上且由试验室测定含水量后方可使用。

　　四、使用引气剂的经济效益

　　1.成本降低在混凝土加入引气剂的用量很小,费用很低,具有显著的技术经济效益。如将混凝土含气量控制在4%,混凝土总量节省4%,引气剂的费用大约仅占节省部分混凝土费用的1/4～1/3。

　　2.提高了路面的平整度引气剂使用增大新拌混凝土的黏聚性,改善和易性,砼表面经过摊铺机抹平板不间断往复运动抹平,路面的动态平整度远强于人工施工的平整度,达到了大而平整的效果,提高了行车的舒适性。

　　3.增加了路面的使用寿命引气剂的使用使砼提浆均匀,没有出现漏浆、过振现象,从而保证了砼的密实度,提高了砼强度,抗滑构造深度均匀,提高了耐磨效果,增加了路面使用寿命。

　　4.加快了施工速度引气剂的使用,解决了滑模摊铺技术上的难点,使砼路面机械摊铺取代了传统的人工摊铺的复杂工艺、工序,减少了大量的其他材料消耗,节省了人力物力,提高施工质量,加快施工速度,保证施工工期。

　　5.提高了学生施工技术水平和技能学生在参与整个施工实习过程中,基本掌握了当今施工工艺智能化、机械化,集计算机、自动控制、现代混凝土科学和高等级公路工程技术于一体的施工技术,基本掌握了引气剂在水泥混凝土特别是滑模摊铺混凝土应用的技术。理论知识得到了强化,实操技能得到了提升,毕业后深受用工单位的欢迎。