內養生劑在高速公路橋面鋪裝混凝土中的應用

謝政專，陶小磊，唐 俊，阮保富

(1.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；3.廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007；4.云南宏程卓越建設工程技術有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

山區地區交通行業快速發展，水泥混凝土是目前最重要的工程材料之一，但許多混凝土結構物在服役期就出現不同程度耐久性病害[1-3]。目前傳統的改善措施有添加外加劑、粉煤灰、覆蓋保濕等[4-5]，雖然可以起到一定的效果，但仍然存在減縮不及時、僅對表面進行養護、增加成本等問題。為了從根本上解決以上問題，國內外學者提出了在混凝土中引入高吸水樹脂，并驗證了引入高吸水樹脂進行內養護改善了混凝土的收縮、抗滲和抗凍等性能[6-9]。因此，文章提出在山區高速公路橋面鋪裝混凝土添加內養生劑，從而達到減少混凝土收縮裂縫、簡化養護步驟、減少養護用水量、提高混凝土耐久性的目的，為實體工程推廣使用提供依據。

1 內養生水泥混凝土技術研究

1.1 內養生劑

本工程應用的內養生劑為白色粉末狀，為廣西交科集團有限公司自有產品，系一種能吸收數百倍于自身質量的水的高分子聚合物，具有吸水、保水及釋水的特性，摻入水泥基材料中能起到內養護促進水泥水化和減少收縮作用。

1.2 內養生水泥混凝土技術原理

傳統養護和內養護分別如圖1和圖2所示。從圖中可知，傳統的養護只能停留在對混凝土表面進行養護上，而內養生水泥混凝土技術即向混凝土中引入內養生劑，其具有吸水、保水及釋水的特性。內養生劑在混凝土拌和中預吸收自由水分，預吸收自由水分在混凝土后期膠凝材料水化環境中逐漸釋放出來，以有效保障膠凝材料的充分水化和膠凝產物的形成，補償蒸發水量，同時維持局部毛細空隙濕度飽和度，對混凝土內部進行全方位的養護，降低混凝土發生自收縮損傷，提高了抗塑性開裂性能；內養生劑的摻入，有效鎖住自由水分蒸發量，均勻分布于混凝土內部充當“蓄水池”，并在后期養護逐漸釋放水分使混凝土實現“自我內部逐步養生”。

圖1 傳統養護示意圖

圖2 內養護示意圖

1.3 內養生水泥混凝土制備工藝

按規定稱好原材料，往攪拌機內順序加入粗集料、細集料、水泥和內養生劑，開啟攪拌機，采用干拌方式將材料拌和均勻，相比普通混凝土，內養生水泥混凝土干拌時間延長約5 s，在拌和過程中徐徐加入水和外加劑，拌和均勻即可制備得到內養生水泥混凝土。具體投料順序如圖3所示。

圖3 內養生混凝土投料順序圖

2 工程應用

2.1 工程概況

保瀘高速公路起于云南省保山市隆陽區瓦窯鎮老營村，止于怒江州瀘水市六庫鎮北小沙壩，路線全長85.174 km，按雙向4車道標準建設，整體式路基寬度為25.5 m，分離式路基寬度為2×12.75 m，設計時速為80 km/h。根據設計文件要求，橋面鋪裝焊網采用冷軋帶肋鋼筋焊網，焊網鋼筋公稱直徑為10 mm，間距為10 cm×10 cm，鋼筋焊網采用扣接法固定，橋面混凝土澆筑前預先測定各孔各片裸梁縱橫向的控制點標高，以確定是否需要調整其鋪裝厚度。如需調整，應注意調整后現澆混凝土層跨中附近的最小厚度宜≥5 cm，支點附近最大厚度宜≤15 cm。

2.2 原材料

水泥為普通硅酸鹽水泥P.O52.5；機制砂取自保山羊支茂采石場I類中砂，細度模數為2.97，河砂取自保山會東采砂場Ⅱ類中砂，細度模數為2.61；碎石來源于保山羊支茂采石場，為一檔料，粒徑范圍為4.75～19 m；水為市政生活用水；外加材料為北京橋智恒信科技有限公司的LZ-RI(標準型)；內養生劑系廣西交科集團有限公司自主研發產品。本工程應用細集料采用機制砂與河砂對摻，機制砂與河砂對摻質量比為6∶4。內養生水泥混凝土配合比如表1所示。

表1 項目混凝土配合比表(kg/m3)

2.3 內養生水泥混凝土工作性評價

如下頁表2所示為水泥混凝土經時坍落度情況，從表中可知內養生水泥混凝土的初始坍落度比基準混凝土降低5 mm，原因是摻加的內養生劑在混凝土拌和期間預吸收了部分自由水分，使混凝土內部自由水分含量降低，導致混凝土流動性下降。經過2 h的混凝土攪拌車運輸，基準混凝土坍落度損失55 mm，摻加內養生的混凝土經時損失度優于基準混凝土，這歸功于內養生劑具有吸水、保水及釋放的特性，內養生劑預吸水后具有保水性，保障了內養生混凝土在運輸及澆筑過程中鎖住自由水分、抑制自由水分蒸發，同時預吸水的內養生劑膨脹呈圓形狀，有效潤滑了界面，降低了混凝土的黏度，保證了混凝土的經時坍落度，滿足混凝土施工要求。

表2 混凝土經時坍落度表(mm)

2.4 內養生水泥混凝土抗壓強度評價

混凝土立方體抗壓強度結果如圖4所示，可發現，基準混凝土7 d齡期的強度為59.7 MPa，比內養生混凝土同齡期強度提高了3.4 MPa，這主要的原因是內養生劑在拌和中預吸收水拌和物中的自由水分，在0～7 d齡期時緩慢釋放水分以致混凝土內部缺少自由水量，未能與水泥發生水化反應形成密實的水化產物，同時吸水后的內養生劑因膨脹使混凝土內部存在較多的薄弱孔隙，因此，內養生水泥混凝土7 d齡期強度較低。隨著齡期的增長，內養生混凝土內部內養生劑預吸收的水分逐漸釋放以提供水泥水化需水，生成大量的水泥水化產物，且產物填充了引入內養生劑釋水后的孔隙，使混凝土內部更加密實。相比基準混凝土，內養生混凝土28 d齡期的強度提高了5.9%，因此，采用摻加內養生材料能夠充當“蓄水池”作用，能夠在細觀結構局部為環境形成濕度養護效應，保證水泥充分水化，有效降低混凝土構件養護難導致強度不足的風險。見圖4。

圖4 混凝土抗壓強度圖

2.5 內養生水泥混凝土外觀效果評價

在澆筑過程中，內養生混凝土流動度較好，有利于混凝土橋面鋪裝的施工，有效解決了混凝土經時坍落度損失嚴重、泌水離析等技術問題。內養生水泥混凝土成型抹面后，覆蓋土工布，養護前7 d，每3 d進行一次灑水養護，而基準混凝土按照規范要求進行養護。經28 d齡期，基準混凝土橋面局部出現微裂縫，而內養生混凝土橋面未出現肉眼可見的裂縫，這說明基準混凝土在澆筑過程中自由水分蒸發嚴重，且后期灑水養護，水分較難進入混凝土內部補償水泥水化需水，導致混凝土嚴重收縮開裂；內養生混凝土內部引入內養生劑，內養生劑預吸收水分，在混凝土澆筑過程中有效抑制了自由水分的蒸發，而且均勻分布于混凝土內部進行全方位的內養護，抑制了混凝土的干燥收縮，顯著提升了混凝土的抗開裂性能。

3 結語

(1)內養生材料的摻入在混凝土拌和過程中吸收部分自由水分，輕微降低了混凝土的初始坍落度；但預吸水的內養生劑膨脹呈圓形狀，有效潤滑了界面，有利于保障混凝土的經時坍落度。

(2)內養生水泥混凝土中內養生材料能夠充當“蓄水池”作用，能夠在細觀結構局部為環境形成濕度養護效應，保證水泥充分水化，有效保障混凝土的強度及有效抑制混凝土的干燥收縮，在減少養護用水量的同時，顯著提升了橋面鋪裝混凝土的抗塑性開裂性能，工程應用價值顯著。