防水混凝土在橋面鋪裝中的應用

石愛云

（邯鄲市交通運輸局公路工程二處，河北 邯鄲 056002）

防水混凝土是以調整混凝土的配合比，摻外加劑或使用新品種水泥等方法提高自身的密實性、憎水性和抗滲性，使其滿足抗滲壓力大于0.6MPa的不透水性混凝土[1]。防水混凝土一般分為普通防水混凝土、外加劑防水混凝土和膨脹水泥防水混凝土三大類。防水混凝土作為剛性防水材料與其他柔性防水材料相比，具有以下優點：兼有防水和承重兩種功能，能節約材料，加快施工速度；材料來源廣泛，成本低廉；在結構造型復雜的情況下，施工簡便、防水性能可靠；滲漏易于檢查，便于修補；耐久性好；可改善勞動條件。

隨著高等級公路的修建，橋面防水混凝土的使用也迅速普及，幾乎大、中橋橋面只要采用剛性鋪裝層，都使用防水混凝土，這對于提高結構物的使用品質及延長其壽命無疑有諸多好處[2]。但實際應用效果不盡理想，仍有裂紋產生，甚至出現開裂、斷角、坑洞等病害。這與橋面鋪裝層所處的特殊受力環境有很大的關系。本文將通過室內試驗對防水混凝土的路用性能進行研究。

1 防水混凝土配合比設計

普通防水混凝土的配合比設計方法、步驟、計算均與普通混凝土配合比設計相同。但其參數要求有所不同，主要表現在以下幾個方面：

a）每立方米混凝土最小水泥用量不宜少于320kg（包括細摻料）；

b）砂率一般不宜小于35%；

c）灰砂比一般要求為1∶2～1∶2.5，對于高強抗滲混凝土，水泥用量較多時，可少于1∶2；

d）水灰比應限制在0.6以下；

e）摻有引氣劑時，含氣量宜控制在3%～5%。

2 配合比設計方案

初擬按強度等級為C45，坍落度30mm～50mm，砂率39%，設計普通防水混凝土作為基準混凝土，摻HSP高效減水劑的混凝土配比設計是在基準混凝土基礎上進行的。具體配合比方案見表1。

3 防水混凝土的路用性能

3.1 強度

將成型好的立方體試件（150mm×150mm×150mm）在標準條件下養護到一定齡期后，按照《公路工程水泥混凝土試驗規程》（JTJ 053—94）規定的規定方法測定混凝土28d抗壓強度與抗折強度。防水混凝土的強度測定結果見表2。

由表2可以得出如下結論：

a）普通防水混凝土和摻HSP高效減水劑的防水混凝土的強度隨齡期的發展規律與普通混凝土相似[3]，均隨著齡期的增加而增加，摻HSP高效減水劑的防水混凝土，在與普通防水混凝土工作性基本相當的情況下可減水15%；

b）摻HSP高效減水劑的防水混凝土的強度均比普通防水混凝土有明顯提高，抗折強度28d提高6%，抗壓強度7d提高9.7%，28d提高8%，摻HSP高效減水劑的防水混凝土脆性系數比普通防水混凝土降低3.8%。

3.2 收縮性能

收縮是混凝土一種重要的物理性質，它對混凝土面層的抗裂性和接縫布設均具有重要的影響[4]。實驗按照《公路工程水泥混凝土試驗規程》（JTJ 053—94）規定，用100mm×100mm×515mm試件，經標準條件養護后，放在溫度為20±2℃，相對濕度為60%±5%條件下，測定7d、14d、28d、60d、90d和180d等不同齡期的收縮率。防水混凝土的收縮測定結果見圖1。

由圖1可以得出如下結果：

a）普通防水混凝土和摻HSP高效減水劑的防水混凝土的收縮率隨齡期的發展規律與普通混凝土相似，均隨著齡期的增加而增加，摻HSP高效減水劑的防水混凝土，各齡期的收縮率均比普通防水混凝土減小；

b）普通防水混凝土6個月齡期的收縮率分別是其14d齡期的2倍、28d齡期的1.4倍、45d齡期的1.1倍，摻HSP高效減水劑的防水混凝土6個月齡期的收縮率分別是其14d齡期的1.9倍、28d齡期的1.4倍、45d齡期的1.1倍。

3.3 耐磨性

防水混凝土的耐磨性試驗結果見表3，由表3可知：摻HSP高效減水劑的防水混凝土的耐磨性比普通防水混凝土明顯提高，其單位面積磨損量比普通防水混凝土減少7.6%。

3.4 抗滲性

防水混凝土的抗滲性試驗結果見表4，由表4可知：摻HSP高效減水劑的防水混凝土的抗滲性比普通防水混凝土明顯提高，其滲水高度比普通防水混凝土減少26%。

3.5 彎曲韌性

防水混凝土的彎曲韌性試驗結果見表5，由表5可以得出：摻HSP高效減水劑的防水混凝土的彎曲韌性比普通防水混凝土明顯提高，其彎曲韌性比普通防水混凝土提高34.6%。

4 HSP高效減水劑對混凝土的改性機理

4.1 塑化作用與減水作用

試驗表明，摻入1%HSP后，混凝土的和易性明顯變好，減水率達15%。這是因為HSP摻入混凝土后，產生了吸附、分散、潤濕和潤滑的作用之故[5]。HSP的主要成份是β—萘磺酸甲醛縮合物，它所具有的極性磺酸基團（—SO3H）對水泥的分散性特別好。由于表面活性劑分子的定向吸附，使水泥質點表面上帶有相同符號的電荷，于是在電性斥力作用下，不但使水泥—水體系處于相對穩定的懸浮狀態，并使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結構分散解體，使絮凝狀凝聚體內的游離水釋放出來，從而達到減水的目的。

另外，極性親水基團定向吸附于水泥顆粒表面，很容易和水分子以氫鍵形式締合，這種氫鍵締合作用的作用力遠遠大于水分子與水泥顆粒間的分子引力。當水泥顆粒吸附足夠的HSP減水劑后，借助于R－與水分子中氫鍵的締合作用，再加上水分子間的氫鍵締合，使水泥顆粒表面形成一層穩定的溶劑化水膜，這層膜起到了立體保護作用，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起潤滑作用[6]。正是由于這種吸附分散作用，濕潤和潤滑作用，只需少量水就能容易地將混凝土拌和均勻，從而改善了新拌混凝土的和易性。

4.2 對硬化混凝土性能的影響

混凝土的強度主要取決于水泥的強度及水灰比。著名的鮑羅米公式就是依據水泥強度與灰水比計算的經驗公式。由于HSP高效減水劑的加入，使混凝土的水灰比下降，從而使水泥石內部孔隙率明顯減少，結構更為致密，因而強度和耐磨性顯著提高，收縮值也會變小。而收縮值的減小，可使層間粘結性能提高，這些均已被前述試驗結果所證明。

5 結論

綜上所述可以得出如下結論：

a）防水混凝土因其兼有防水和承重兩種功能，并且耐久性好、施工簡便、防水性能可靠等突出優點而備受關注；

b）在與普通防水混凝土工作性相當的情況下，摻1%HSP高效減水劑，其減水率可達15%；

c）摻HSP高效減水劑后，防水混凝土的路用性能均有所改善。

[1]張占軍，曹東偉，胡長順.水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層厚度的研究[J].西安公路交通大學學報，2000，20（2）：16-19.

[2]羅立峰，鐘鳴，黃成造.水泥混凝土橋面鋪裝設計方法的研究[J].華南理工大學學報，2002，30（3）：61-71.

[3]王力兵.防水混凝土橋面鋪裝[J].科技信息：科學教研，2007（19）：19-20.

[4]苗偉，董亞欣，劉嘯天.防水混凝土橋面鋪裝施工要點[J].吉林交通科技，2007，（1）：44-45.

[5]尤智浩.防水混凝土橋面鋪裝層裂縫產生原因及防治[J].山西建筑，2006，（13）：282-283.

[6]馬安.聚丙烯纖維在防水混凝土的研究及應用[J].中國包裝科技博覽：混凝土技術，2012，（5）：42-45.