２０１１年第１２期 黑龙江交通科技 ＮＯ．１２，２０１１ （总第２１４期） ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪｌ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２１４） 寒区水泥混凝土路面引气混凝土的设计与施工 尚云飞 ， （１．北黑高速公路建设指挥部；２．黑龙江省公路勘察设计院） 摘要：北黑高速公路水泥混凝土路面使用ＺＮＹ一１缓凝性高效引气减水剂，通过试验工作确定最佳的混凝 土含气量，以在一定程度上提高混凝土的强度，并大大提高混凝土的抗冻耐久性能。同时结合施工期间特有 的材料和气候条件，制定完整的控制措施以保证混凝土达到预想的引气状态。 关键词：引气剂；含气量；混凝土路面；施工控制 中图分类号：Ｕ４１６．２１７ 文献标识码：ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１１）１２—００１８一ｏ２ １北黑高速混凝土路面工程概况 表１。 黑龙江省北黑高速公路是黑龙江省重点工程项目，工程 表１ 含气量对水泥混凝土抗冻耐久性的影响 建设总里程为２４２．４９３ ｋｍ，其中水泥混凝土路面的总里程 为１９８．７０５ ｋｍ，占国内同期施工的高等级水泥混凝土路面 总里程的近１／５。水泥混凝土的路面采用的结构是２０ ｅｍ水 泥稳定砂砾＋２０ ｅｍ水泥稳定级配碎石＋２６ ｅｍ水泥混凝土 面板的结构。 北黑高速水泥路面建设同时创造了黑龙江省在白色路 面领域的三个第一。 （１）黑龙江省首次全线使用世界上最先进的德国维特 根ＳＰ８５０摊铺机，８．２５ ｍ主板一次摊铺成型； 为确定工程使用的最佳含气量，使用哈尔滨生产的天鹅 （２）黑龙江省首个横向缩逢设置传力杆项目； 牌Ｐ・０４２．５水泥，２８ ｄ抗折强度为８．１ ＭＰａ；细集料黑龙江 （３）黑龙江省首次使用滑模摊铺ＤＢＩ传力杆自动植入 省讷谟尔河中砂，细度模数为２．９２，碎石为黑龙江省龙门北 装置。 山产石灰岩，最大粒径为２６．５ ｍｍ。使用ＺＮＹ一１型缓凝性 ２引气剂的作用 高效引气减水剂进行配合比设计试验并确定最佳施工用含 在混凝土当中加入引气剂可以改变混凝土的工作性能、 气量。选择３．Ｏ％、４．５％、５．５％三个目标含气量进行试验， 力学性能、变形性能和耐久性。针对北黑高速公路的特点， 试验结果见表２。 使用引气混凝土主要具有以下两大作用。 表２含气量对水泥混凝土抗折强度的影响 水泥混凝土中加入引气剂，引入细小致密的气泡之后可 以大大提高水泥混凝土的抗冻性。黑龙江省是全国纬度最 高的省份，工程沿线的黑河地区是我国纬度最高的边境地区 之一，年结冰期在２００ ｄ以上，零下３０℃的严寒气温达到 ２０ ｄ以上，历史上记录的最低气温为一４８．８℃。国内外很 多研究成果都表明在水泥混凝土当中加入引气剂，能够在水 泥混凝土当中引入细小，致密的气泡，能够大幅提高水泥混 凝土的抗冻性能。这也是在水泥混凝土路面当中使用引气 剂的初衷。 引气剂在大幅提高水泥混凝土抗冻性的同时，还提高了 水泥混凝土的工作性能。在水泥混凝土路面滑模摊铺过程 中，为保证滑模摊铺机摊铺之后，混凝土不出现塌边，就必须 要求混凝土的坍落度不能过大。而在使用ＤＢＩ传力杆植入 装置后，为保证传力杆打入到混凝土面板内的指定深度，就 有必须要求混凝土具有较好的流动性。引气剂一方面具有 减水功能，能够在一定程度上提高坍落度，而另一方面由于 选定Ｏ．３８水灰比，将不同目标含气量的强度试验结果 引入了细小的气泡，相当于增加了混凝土材料当中细集料的 进行分析如图１，从试验结果可以看出在当含气量在４．５％ 比表面积，使混凝土的黏聚性增加，从而大大减小了塌边现 以下的时候随着含气量的增加，抗折强度有所增加；而当含 象的发生，提高了生产效率，保证了工程质量。 气量超过４．５％时候，抗折强度却在急剧下降。分析原因认 ３混凝土最佳含气的确定 为，在不引气混凝土当中加入引气剂，随着混凝土含气量的 在实际生产应用过程中，由于针对不同的工程所使用的 增加混凝土的和易性得到很大程度改善，由于引气剂具有减 水泥、集料和外加剂均有所不同，因此需要结合实际的材料 水和增大混凝土黏聚性的作用，因此无论是在试验还是实际 状况，进行细致而认真的试验分析，从而在保证水泥混凝土 施工过程中，都会从很大程度上改善混凝土中骨料分布不均 抗冻性的同时，得到混凝土的最佳含气状态（和易性最好， 匀，骨料下沉以及泌水等问题，从而使得成型之后的混凝土 强度最高）。 更加均匀、密实；而当含气量进一步增加虽然和易性在继续 根据哈尔滨工业大学的研究成果，水泥混凝土中引入一 改善，但由于引入的气体过多，使得混凝土在受载荷作用时 定量的气体能够大幅提高水泥混凝土的抗冻耐久性系数，见 的有效承载面积减小，从而使混凝土的强度降低。 收稿日期：２０１１—１０—１５ ・１８・ 第１２期 尚云飞：寒区水泥混凝土路面引气混凝土的设计与施工 ４．３保证碎石的级配和中砂的颗粒组成 总第２１４期 蓬 蛰 器 使用引气剂在混凝土当中引入细小致密的气泡，是水、 水泥、集料与引气剂交互作用的结果。如果碎石的级配不 良，那么会增大混凝土当中的剪切力，降低引气效果。试验 和生产过程中发现如果中砂的细度模数过大（超过３．０）那 么同样会使混凝土变得干硬，混凝土当中的剪切力增大，影 响引气效果。因此在生产中使用１９～２６．５ ｍｍ、９．５～ １９ ｍｍ，４．７５～９．５ ｍｍ三档碎石进行掺配，从而保证碎石级 配组成。对于细集料则要求中砂的细度模数应当在２．５～ 实测含气量 ３．０之间。 ４．４保证拌和能力与拌和时间 图１ 实测含气量与抗折强度的关系 ４引气混凝土的施工控制 在试验室确定混凝土的最佳含气量之后，下一步的工作 就是要如何保证施工过程中，混凝土能够达到预想的工作状 态。在混凝土当中引入气体是引气剂作为表面活性剂与水、 水泥（或者包括粉煤灰）和集料交互作用的复杂过程，水泥 混凝土的引气效果也受到水泥的细度、粗细集料的级配和表 搅拌方法也能影响混凝土的含气量。拌合站的生产能 力要与生产需求相匹配，一般要求拌合站的最大拌和量不应 超过拌合站额定拌和能力的９０％，拌和时间不小于５０ ｓ，从 而保证混凝土拌和充分均匀。同时引气剂与混凝土成分的 作用充分，分散均匀、致密。 ４．５加强施工组织设计，减少延迟时间 面特性、拌和温度、拌和时间以及运输等因素的影响。 在北黑高速公路水泥路面板施工过程中，主要采用以下 方式来保证水泥混凝土的引气效果。 ４．１ 降低混凝土的拌和温度 混凝土从拌合站出机之后，混凝土的含气量一直在不断 减少。因此在施工组织设计中要合理安排混凝土的运距，减 少运输过程中气泡损失。同时拌合站与摊铺机摊铺速度相 致，运输到场混凝土即使摊铺成型。 一５结语 由于混凝土的温度升高会导致水泥当中的矿物成分与 水迅速发生反应，水泥的水化产物会吸收气泡；同时混凝土 的拌和温度升高还会使水泥混凝土的水分蒸发加快，使混凝 土变得干硬从而影响气泡的形成。为降低水泥混凝土的温 度，需要做到：（１）不使用高温水泥；（２）高温季节集料要采 取一定的遮盖措施，防止暴晒；（３）可以使用温度较低的深 层地下水进行水泥混凝土的拌和。 ４．２严格控制水泥混凝土的坍落度 坍落度是水泥混凝土当中屈服应力和粘度的宏观表现， 如果坍落度过小（小于２０ ｍｍ）虽然可以通过调节滑模摊铺 机的走行速度和振动频率使混凝土能够进行摊铺。但是由 于混凝土的粘度和屈服应力过大会影响气泡的形成，从而影 响引气效果，在北黑高速公路建设中为保证引气效果严格控 制混凝土的坍落度在２５～５０ ｍｍ之间。 （上接第ｌ７页） 在路面用水泥混凝土的设计中，通过严格的试验工作确 定最佳的引气量是保证混凝土路面工程质量的关键。生产 中通过严格把控材料、拌和、运输和摊铺等环节保证混凝土 达到理想的含气状态，进而可以大幅提高水泥混凝土的工 作、力学和耐久性能。 参考文献： ［１］傅智．道路混凝土引气剂研究［Ｊ］．公路，１９９８，（８）：１—８． ［２］哈尔滨工业大学．水泥混凝土抗冻融耐久性能研究［Ｊ］．２００８． ［３］Ｄｕ，Ｌ．ａｎｄ Ｋ．Ｊ．Ｆｏｌｌｉａｒｄ，Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ａｉｒ ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０Ｏ５，３５（８）：１４６３—１４７１． ［４］Ｗｅｓｔｅｒｈｏｌｍ，Ｍ．，ｅｔ ａ１．，Ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｆｎｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｈａｒａｅｔｅｒｉｓ・ ｉｔｃｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｅａｌ ｐｒｏｐｅｒｉｔｅｓ ｏｆ ｍｏｒｔａｒｓ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎ・ ｃｒｅｔｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２００８，３０（４）：２７４—２８２． ［５］代明，柯国军，张春雨．浅谈引气剂在混凝土中的应用［Ｊ］．工 程建设，２００７，３９（２）：２２—２５． 在的差异，为了在其纵、横向都能平顺逐渐过渡，可采取以下 措施。 （１）设置枕梁和搭板。 枕梁和搭板根据不同情况应采取不同的布设方式。 桥梁为正交时，宜采用钢筋或钢纤维混凝土铺装层，在 搭板与混凝土路面相接处设置胀缝，在与搭板邻近的２—３ 块路面的板缝连续设置胀缝。 桥梁为斜交时，除用钢筋混凝土搭板和铺装层整体现浇 完成以外，还另设钢筋混凝土渐变板。渐变板的块数视桥梁 斜交角度大小而定，大于７０。和小于４５。时分别设１、２、３块 板或以上，并考虑受力关系，其短边应≥５ ｍ，长边≤１０ ｍ， 搭板按简支计算配筋，渐变板构造钢筋位于板面下１／３— １／２板厚范围。实践证明采用此措施还应考虑到：①搭板长 度确定至关重要，一般采用＞５ ｍ长搭板为佳，且其长度与 路堤填高成正比，并与土基状况有关。②搭板按简支板进行 内力优化并配筋，面层按构造钢筋配筋，但在荷载作用于搭 板时，板下路基会起到一定的支承作用，尤其当枕梁下沉时， 部分搭板更受到路基支撑，使板顶产生局部拉应力，对这种 复杂的受力过程，设计时难以确定，故配筋与实际会有出 入，枕梁按弹性地基梁计算，其关键问题在于确定地基（路 长５０ ｃｍ。 基）反力的分布规律，而截止到目前关于弹性地基结构计算 ５结束语 的各种理论都只是部分地、不同程度地反映地基的实际性 随着科学的发展，科技的进步，桥头跳车问题解决方法 质，只在一定范围内比较符合实际，故对于不同计算方法的 也必将得到进一步的完善。 适用范围应特别注意。③搭板顶面设置何种铺装层，设计时 应考虑当其出现沉陷时需要使用的修补材料、修补方法，并 参考文献：［１］ 公路桥涵施工技术规范（ＪＴＪ ０４１—２０００）［Ｓ］． 结合实际情况及相关问题，进行处理以达到满意效果。 ［２］公路路基施工技术规范（ＪＴＧ ＦＩＯ一２００６）［ｓ］ （２）设置变厚式埋板。 ・对沥青混凝土路面，在桥台连接处增设变厚式水泥混凝 土埋板，对水泥混凝土路面，则将连接处的路面板改为变厚 式。在搭板、埋板或变厚式板下，为保证连接部位的刚柔层 次在水平和垂直方向均渐次变化，宜采用强度及回到弹模量 均高于土基的路面结构层材料，以提高该部位的整体受荷和 抗冲能力，利于减小错台幅度，调整不均匀沉陷。 （３）路面类型过渡。 桥头不均匀沉降原因多且难于根除，为此应根据桥涵的 长度和接线填方长度可在桥头一定长度范围内铺刚性过渡 层或沥青过渡层。 ４北黑高速防止产生桥头跳车对策实例 （１）填料：选择级配良好洁净的天然砂砾。 （２）桥头过渡段长度：桥头换填长度不小于搭板长度， 纵向采用Ｉ：１坡率挖台阶与路基衔接，压实度不小于９６％。 （３）桥头回填施工结束后进行堆载预压，堆载砂砾高度 １．５ ｍ，长度１５ ｍ。 （４）桥头预压卸载后挖处设计桥头搭板处路基顶面回 填砂砾６０ ｃｍ，分三层铺设总设计６０ ｃｍ厚４％水稳砂砾底 基层，宽度同基层宽度；每层回填厚度２０ ｃｍ，第一层比第三 层延长５０ ｃｍ，第二层比第三层延长５０ ｃｍ，第三层比搭板延 ｌ９・
