含氣量對道面混凝土性能的影響

易永臻，楊大志，葉 勇

（空軍第一空防工程處，北京 100089）

含氣量對道面混凝土性能的影響

易永臻，楊大志，葉 勇

（空軍第一空防工程處，北京 100089）

針對我國北方寒冷地區機場道面混凝土存在耐久性不良的現象，通過摻加引氣減水劑配制高性能道面混凝土，研究了含氣量對道面混凝土和易性、抗折強度、抗凍性能及耐磨性能的影響，提出了寒冷地區道面混凝土最大水灰比為 0.45、最小水泥用量為280 kg/m3、含氣量范圍為3%～5%。

道面混凝土；最大水灰比；最小水泥用量；含氣量；性能

我國北方寒冷地區機場道面混凝土不同程度存在著耐久性不良現象，如表層脫皮、凍脹、開裂、局部剝落等。［1］眾所周知，引氣劑可以顯著提高混凝土的抗凍性能，從而有效提高混凝土的耐久性。但引氣劑的摻入，會不可避免地造成混凝土強度損失。引氣劑對混凝土性能的影響是多方面而又復雜的，目前有關引氣劑對道面混凝土性能影響的研究還較少，引氣劑在道面混凝土中的作用還未得到足夠重視，不少人對在道面混凝土中使用引氣劑還持懷疑態度。因此，有必要深入研究含氣量對道面混凝土各方面性能的影響，并在此基礎上確定寒冷地區道面混凝土的最大水灰比、最小水泥用量和含氣量范圍，為機場道面設計和施工提供參考，這對發展“長壽命、低維護”道面混凝土具有重要的現實意義。

1 試驗設計

1.1 設計目標

（1）抗折強度等級：按5.0 MPa設計，混凝土均方差按0.5 MPa計算，配制強度應大于5.8 MPa。

（2）和易性指標：按機場道面工程常用的干硬性混凝土鋪筑施工，維勃稠度要求15～30 s。

（3）耐久性要求：按混凝土道面設計基準期25～30 a，抗凍等級 F250 以上。［2］

1.2 試驗用原材料

（1）水泥：42.5R普通硅酸鹽水泥，密度3.10 g/cm3。

（2）細骨料：河沙，中砂，級配合格，密度2.63 g/cm3，堆積密度1 500 kg/m3，含泥量1.2%。

（3）粗骨料：石灰巖碎石，5～20 mm，20～40 mm二級配，級配比例為40∶60，密度2.70 g/cm3，堆積密度1 620 kg/m3，含泥量0.5%。

（4）外加劑：十二烷基硫酸鈉鹽引氣劑，摻量1%oo～3%oo；ADD－NS高效減水劑，摻量0.5%～1.5%。

1.3 試驗配合比及結果

試驗選取機場道面混凝土常用的水灰比0.44～0.46，和有關規范要求的每立方米混凝土最少水泥用量280～300 kg。石子級配和砂率通過優選法確定，根據不同的水灰比和水泥用量，摻加不同劑量的引氣劑和減水劑，確定了 27組配合比。依據 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》、GBJ 82－85《普通混凝土長期性能與耐久性試驗方法》、GB/T 16925－1997《混凝土及其制品耐磨性試驗方法》進行含氣量、和易性、強度和耐磨性能試驗，配合比及試驗結果見表1。

2 含氣量對道面混凝土性能的影響

2.1 含氣量對道面混凝土和易性的影響

由表1可知，隨著含氣量的增加，維勃稠度明顯減小，道面混凝土流動性大大提高，尤其當含氣量為 3%～5%時，漿體表觀更為柔和，工作性更佳。這主要是由于引氣減水劑的摻入，在道面混凝土中引入了大量微小獨立氣泡，起到滾珠軸承的作用，使骨料顆粒間摩擦力減小，同時相對增加了水泥漿體積，從而提高道面混凝土的流動性，且混凝土表觀很柔和、不泌水，和易性得到顯著改善。但試驗研究表明，［3］道面混凝土水泥用量小于280 kg/m3時，即使混凝土含氣量達到3%以上，混凝土和易性也不能滿足施工要求，因此，道面混凝土最小水泥用量不應低于280 kg/m3。

2.2 含氣量對道面混凝土抗折強度的影響

由表1可知，隨著含氣量的增加，道面混凝土抗折強度明顯呈下降趨勢，在同水灰比、同水泥用量條件下，混凝土含氣量每增加1%，抗折強度降低3.3%～8.6%（取決于引氣劑種類與質量）。當含氣量大于5%時，抗折強度遠低于5.8 MPa，不能滿足設計要求。這主要是由于引氣劑引入的大量微小氣泡，增加了水泥漿基體的孔隙率，［4］根據強度與孔隙率普遍的反比關系，由于孔隙率的增加導致了抗折強度的降低。但是，由于減水劑的減水增強作用，可在一定程度上彌補因使用引氣劑而造成的強度損失，可保證道面混凝土強度滿足設計要求。

2.3 含氣量對道面混凝土耐磨性能的影響

從表1中可以看出，隨著含氣量的增加，磨槽深度隨之增加，道面混凝土耐磨性能降低。當含氣量大于 5%時，磨槽深度均在2 mm以上，達不到美國聯邦公路管理局（FHWA）提出的高性能混凝土最低抗磨耗等級標準（2.0 mm＞磨槽深度≥1.0 mm），［5］同時，磨槽深度超過2.0 mm，道面將過早產生露砂、露石現象，嚴重影響機場道面的正常使用。［3］這主要是由于引入的大量微小的氣泡，減小了道面混凝土受壓有效面積，從而降低了耐磨性能。

2.4 含氣量對道面混凝土抗凍性能的影響

對上述滿足道面混凝土和易性與強度要求的配合比（編號同表1），進行抗凍性能試驗研究，結果見表2。

表1 道面混凝土配合比及試驗結果

表2 含氣量對道面混凝土抗凍性能的影響

由表 2可知，水灰比為 0.46的配合比，混凝土含氣量在2.2%～3.3%之間，抗凍等級僅達到F100～F200，不滿足設計要求；水灰比為0.45或0.44，含氣量為3%～5%的混凝土，其抗凍等級均在F250以上，滿足寒冷地區道面混凝土抗凍耐久性要求，但含氣量低于 3%時，抗凍等級達不到 F250，不能滿足設計要求。因此，寒冷地區道面混凝土的最大水灰比應不大于0.45，含氣量范圍為3%～5%。

由表1、2可以看出，在相同含氣量下，強度越高，抗凍性越好；但不同含氣量下，強度高，抗凍性未必好。混凝土引氣后，即使在較低強度下也可以有較高的抗凍性。楊錢榮、黃士元也通過研究表明，強度對混凝土抗凍性有重要影響，但其影響程度遠不如含氣量。［6］這主要是由于引氣減水劑的摻入，減少了道面混凝土中的游離水，同時引入的大量微小獨立氣泡，能有效緩沖凍融過程中產生的靜水壓力和滲透壓力，避免生成破壞壓力，減少和防止凍融的破壞作用，［7］從而顯著提高道面混凝土的抗凍性能。

3 結論

含氣量是影響道面混凝土力學性能與耐久性能的重要因素，在道面混凝土中摻入一定量的引氣減水劑可以顯著提高其和易性、抗凍性，同時會不可避免地造成抗折強度損失和耐磨性能的降低。因此，必須將道面混凝土的含氣量控制在一個適宜范圍。

綜合道面混凝土的和易性、強度和耐久性能要求，建議寒冷地區道面混凝土最大水灰比為 0.45、最小水泥用量為280 kg/m3、含氣量范圍為3%～5%，這樣既能保證道面混凝土設計所要求的強度與耐磨性，同時能明顯改善和易性與抗凍性能，使混凝土性能達到綜合平衡，從而配制出“長壽命、低維護”的高性能道面混凝土。

1 劉慶濤、王碩太、孔祥海等.機場道面混凝土耐久性研究［J］.混凝土，2007（6）：13～15

2 軍用機場水泥混凝土道面設計規范.GJB1278A－2009

3 康笑楠.機場道面混凝土耐久性指標研究［D］.西安：空軍工程大學，2007：41～42

4 P.K.Mehta著.混凝土的結構、性能與材料（祝永年、沈 威、陳志源譯）［M］.上海：同濟大學出版社，1991

5 Henry G.Russell, H.Celik Ozyildirim. Revising High－performance Concrete Classification［J］.Concrete International, V.28, NO.8,August, 2006：22～23

6 楊錢榮、黃士元.引氣混凝土的特性研究［J］.混凝土，2008（5）：3～5

7 薛 慶.引氣劑與混凝土高性能化［J］.混凝土，2005（4）：22～23

Influence of air－containing on the performance of pavement concrete

Yi Yongzhen, Yang Dazhi, Ye Yong

For the bad durability phenomenon of airport pavement concrete on north cold region, influence of air－containing on placeability,flexural strength, freeze resistence and abrasion resistance was studied base on high performance pavement mixed with super plasticizer and air－entraining agent. Put forward the maximum water－cement ratio is 0.45, the minimum cement quantity is 280 kg/m3, the appropriate air－containing is 3～5% for the cold region pavement concrete.

pavement concrete; maximum water－cement ratio; the minimum cement quantity; air－containing; performance

TU528.45

A

1000－8136（2010）33－0015－03

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