公路工程水泥混凝土外加剂应用技术研究

目前，我国公路水泥混凝土工程建设规模很大,外加剂的使用也非常广泛。加入外加剂能改善水泥混凝土的性能,但同时由于外加剂的使用不当而导致水泥混凝土路面及桥涵结构的质量事故屡有发生,影响了公路工程的建设质量。有必要对公路工程中的常用外加剂进行综述。
　　1、外加剂的主要品种
　　作为水泥混凝土中的第五组分--水泥混凝土外加剂主要有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等几种常用的外加剂.
　　2、适用范围及性能指标
　　2.1减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂在公路水泥混凝土工程中的适用范围.
　　2.1.1减水剂：普通减水剂和高效减水剂一般不含氯盐，因此适用于素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土和构件。
　　2.1.2引气剂：公路水泥混凝土路面、路缘石、泄水槽等表面结构应使用引气剂、引气减水剂、引气高效减水剂和引气缓凝高效减水剂。引气型外加剂适用于有抗冰冻、抗盐冻、防渗、防泌水要求的混凝土与钢筋混凝土；可用于有饰面要求的公路工程混凝土、有机制砂混凝土、高性能混凝土、贫混凝土、轻集料混凝土、钢筋混凝土结构和构件。
　　2.1.3缓凝剂：缓凝剂、高温缓凝剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂适用于以下混凝土：炎热气候条件下，需较长时间停放、较长距离运输或运送，为减少和控制坍落度损失的混凝土；为环节水化热温度裂缝和减少温控费用的大体积混凝土；隧道衬砌、桥面铺装、碾压混凝土、路面等薄壁混凝土。
　　2.1.4早强剂：早强剂、早强减水剂和早强高效减水剂适用于公路工程需要快速形成强度的快通混凝土结构、蒸养混凝土构件、最低温度不低于-5°环境中施工的有早强要求的混凝土、钢筋混凝土及需要提前张拉和预应力混凝土结构和构件。
　　2.2性能指标
　　由于实际工程中发现不少外加剂的合格品实际上是不合格品, 损害了公路水泥混凝土动载结构工程质量和长期使用特性, 因此,《公路工程混凝土外加剂》(JT／T 523- 2004) 规定, 用于所有等级公路水泥混凝土结构工程的减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂质量必须满足《混凝土外加剂》(GB 8076 -1997) 一等品的各项技术指标。具体指标见“《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》编制介绍”文章中表3。该文章中表3 还将高效减水剂的减水率由12% 提高到15% , 引气型减水剂的减水率由10% 提高到12%。
　　3、减水剂施工应用技术
　　3.1普通减水剂、高效减水剂在施工应用之前应检验pH值、密度(或细度)、减水率,符合要求后才可使用，最佳掺量的确定,必须满足工程环境条件的设计强度、工作性、耐久性及经济性等性能要求,根据供货商提供的推荐掺量,通过试配得到一个合理掺量。高效减水剂掺量过大会造成水泥混凝土严重泌水、水泥浆大量流失,导致密实度不足从而影响强度。
　　3.2减水剂应配制成均匀的溶液。外加剂沉淀的有害作用与外加剂掺量超大是相同的,每天应清除溶液中未能溶解的固体沉淀物。根据工程的需要,普通减水剂和高效减水剂可与其他可混溶的外加剂复配使用。
　　3.3在高效减水剂中掺入与水泥相适应的缓凝剂、高温缓凝剂、保塑剂或缓凝型减水剂可减少热天坍落度损失,用搅拌车或罐车运输水泥混凝土时,在浇筑现场可二次加入高效减水剂,经快速搅拌均匀后出料,不得多加水,并快速完成浇筑、振捣、饰面等;使用缓凝型的高效减水剂。
　　3.4养生环节是保证水泥混凝土结构不产生开裂和微裂缝的关键环节,因此,掺普通减水剂、高效减水剂的公路工程水泥混凝土结构,应加强并尽早进行保温保湿养生。掺普通减水剂的水泥混凝土构件不适宜用于蒸养;掺缓凝型减水剂的水泥混凝土构件必须保证静停一段时间后,使水泥混凝土形成一定的结构强度才可蒸养。掺高效减水剂的水泥混凝土可用蒸养养护。
　　4、引气剂施工应用技术
　　4.1引气剂应选用表面张力降低值大、水泥稀浆中起泡容量多而细密、泡沫稳定时间长、不溶残渣少的产品。由于在水泥稀浆中的气泡特性与水泥混凝土中的比较相近，所以摇泡试验宜在水泥稀浆中进行。
　　4.2 使用引气剂可以有效提高水泥混凝土的弯拉强度及抗拉强度,减少干缩和温度收缩变形量,改善结构抗裂性,也提高了水泥混凝土的抗渗性。
　　4.3对于负温水泥混凝土施工时改善早期抗冻性措施可以从2个方面来解决:一是加快早期水泥水化,使水泥混凝土尽快达到早期临界强度,可使用早强剂、减水剂、防冻剂;二是掺入引气剂,缓解冻胀所产生的压力。据经验来看,冬季日平均气温低于-5℃或极限最低气温低于-10℃地区施工的公路水泥混凝土及钢筋混凝土结构和构件,宜掺用引气剂或引气型减水剂、引气型高效减水剂、引气型(早强、防冻)高效减水剂。 4.4 引气剂、引气型减水剂、引气型高效减水剂可根据公路工程要求及环境气温与(高温)缓凝剂、早强剂、防冻剂等复合使用,配制溶液时,如产生絮凝或沉淀现象,不得混溶,应分别配制溶液,并分别加入搅拌机内。当原材料、配合比、搅拌时间、运输距离、气温等条件变化时,应微调引气剂、引气型减水剂、引气型高效减水剂和引气缓凝型高效减水剂的掺量,保证水泥混凝土结构含气量基本不变化。
　　4.5新拌水泥混凝土的含气量,应在搅拌机口取样进行现场检测,并应考虑在运输和振捣过程中的损失。
　　5、缓凝剂施工应用技术
　　5.1热天施工、连续浇筑、泵送等特殊机械工艺下的施工中必须使用缓凝型外加剂,在施工前应检验与所用水泥在该气温下的适应性,优选其适用品种。当水泥品种、强度、等级、生产厂变动或水泥混凝土性能出现变化时,应重新检验缓凝剂对水泥的适应性。
　　5.2缓凝型外加剂的最佳掺量应根据施工要求的水泥混凝土凝结时间、气温、强度等通过试验确定。施工中,当气温变化、运距和运输时间变动时,可微调其掺量,应始终保持拌和物具备良好的施工可操作性,并能达到密实度及外观质量要求。
　　5.3缓凝型外加剂应以溶液与拌和水同时掺入拌和物中,粉剂应提前1d在现场配好溶液,并使其充分溶解,搅拌均匀后使用。溶液中的缓凝型外加剂固体沉淀物,必须每天清除一次。严禁使用分层或沉淀的缓凝型外加剂溶液拌制水泥混凝土。外加剂溶液中水量应从拌和加水量中扣除。
　　5.4掺缓凝型外加剂的水泥混凝土保持在塑性的时间较长,表面水蒸发时间较长,当气候炎热及风力较大时,应在触干或变色时立即喷雾或喷洒养生剂保湿养生,并应在终凝以后立即开始浇水养生。当气温较低时,在保湿养生的同时,应加强保温养生,可覆盖深色塑料薄膜和吸热保温材料。
　　6、早强剂施工应用技术
　　6.1早强剂是一种专门解决工程中需要尽快或尽早获得水泥混凝土强度问题的专用外加剂。早强剂、早强型减水剂和早强型高效减水剂适用于公路工程需要快速形成强度的快通水泥混凝土结构,蒸养水泥混凝土构件,最低温度不低于-5℃的低温环境中施工的有早强要求的水泥混凝土、钢筋混凝土及需要提前张拉和放张的预应力混凝土结构和构件。炎热环境条件下不宜使用早强型外加剂。
　　6.2掺加液态早强剂的水泥混凝土,搅拌时间宜适当延长。粉剂早强剂直接掺入公路工程水泥混凝土时,应先与水泥、集料干拌均匀后,再加水,加水后的搅拌时间应延长30s。这是保证粉剂早强剂在水泥混凝土中均匀分布的措施。但对于某些本身是溶液或可全溶的早强剂,仍应使用其溶液,溶液比干粉拌和的匀质性及其使用效果均强得多。
　　6.3公路工程预应力钢筋混凝土结构或构件使用早强剂时,其张拉工艺应按试验确定。快通水泥混凝土路面的开放交通时间,应按达到设计强度90%以上时的试验确定。也就是公路工程快通水泥混凝土结构的开放交通时间,应按与结构相同养生条件下,掺早强剂水泥混凝土试件达到设计强度的90%以上的试验确定。
　　本文通过对减水剂、引气剂、缓凝剂和早强剂在施工中的应用技术综述,总结了在施工过程中的相关技术要求,以及由于外加剂的使用失误而给公路工程带来损失,为在施工过程中正确施加外加剂指明了方向。