含气量对道面混凝土性能的影响

易永臻，杨大志，叶 勇

（空军第一空防工程处，北京 100089）

含气量对道面混凝土性能的影响

易永臻，杨大志，叶 勇

（空军第一空防工程处，北京 100089）

针对我国北方寒冷地区机场道面混凝土存在耐久性不良的现象，通过掺加引气减水剂配制高性能道面混凝土，研究了含气量对道面混凝土和易性、抗折强度、抗冻性能及耐磨性能的影响，提出了寒冷地区道面混凝土最大水灰比为 0.45、最小水泥用量为280 kg/m3、含气量范围为3%～5%。

道面混凝土；最大水灰比；最小水泥用量；含气量；性能

我国北方寒冷地区机场道面混凝土不同程度存在着耐久性不良现象，如表层脱皮、冻胀、开裂、局部剥落等。［1］众所周知，引气剂可以显著提高混凝土的抗冻性能，从而有效提高混凝土的耐久性。但引气剂的掺入，会不可避免地造成混凝土强度损失。引气剂对混凝土性能的影响是多方面而又复杂的，目前有关引气剂对道面混凝土性能影响的研究还较少，引气剂在道面混凝土中的作用还未得到足够重视，不少人对在道面混凝土中使用引气剂还持怀疑态度。因此，有必要深入研究含气量对道面混凝土各方面性能的影响，并在此基础上确定寒冷地区道面混凝土的最大水灰比、最小水泥用量和含气量范围，为机场道面设计和施工提供参考，这对发展“长寿命、低维护”道面混凝土具有重要的现实意义。

1 试验设计

1.1 设计目标

（1）抗折强度等级：按5.0 MPa设计，混凝土均方差按0.5 MPa计算，配制强度应大于5.8 MPa。

（2）和易性指标：按机场道面工程常用的干硬性混凝土铺筑施工，维勃稠度要求15～30 s。

（3）耐久性要求：按混凝土道面设计基准期25～30 a，抗冻等级 F250 以上。［2］

1.2 试验用原材料

（1）水泥：42.5R普通硅酸盐水泥，密度3.10 g/cm3。

（2）细骨料：河沙，中砂，级配合格，密度2.63 g/cm3，堆积密度1 500 kg/m3，含泥量1.2%。

（3）粗骨料：石灰岩碎石，5～20 mm，20～40 mm二级配，级配比例为40∶60，密度2.70 g/cm3，堆积密度1 620 kg/m3，含泥量0.5%。

（4）外加剂：十二烷基硫酸钠盐引气剂，掺量1%oo～3%oo；ADD－NS高效减水剂，掺量0.5%～1.5%。

1.3 试验配合比及结果

试验选取机场道面混凝土常用的水灰比0.44～0.46，和有关规范要求的每立方米混凝土最少水泥用量280～300 kg。石子级配和砂率通过优选法确定，根据不同的水灰比和水泥用量，掺加不同剂量的引气剂和减水剂，确定了 27组配合比。依据 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GBJ 82－85《普通混凝土长期性能与耐久性试验方法》、GB/T 16925－1997《混凝土及其制品耐磨性试验方法》进行含气量、和易性、强度和耐磨性能试验，配合比及试验结果见表1。

2 含气量对道面混凝土性能的影响

2.1 含气量对道面混凝土和易性的影响

由表1可知，随着含气量的增加，维勃稠度明显减小，道面混凝土流动性大大提高，尤其当含气量为 3%～5%时，浆体表观更为柔和，工作性更佳。这主要是由于引气减水剂的掺入，在道面混凝土中引入了大量微小独立气泡，起到滚珠轴承的作用，使骨料颗粒间摩擦力减小，同时相对增加了水泥浆体积，从而提高道面混凝土的流动性，且混凝土表观很柔和、不泌水，和易性得到显著改善。但试验研究表明，［3］道面混凝土水泥用量小于280 kg/m3时，即使混凝土含气量达到3%以上，混凝土和易性也不能满足施工要求，因此，道面混凝土最小水泥用量不应低于280 kg/m3。

2.2 含气量对道面混凝土抗折强度的影响

由表1可知，随着含气量的增加，道面混凝土抗折强度明显呈下降趋势，在同水灰比、同水泥用量条件下，混凝土含气量每增加1%，抗折强度降低3.3%～8.6%（取决于引气剂种类与质量）。当含气量大于5%时，抗折强度远低于5.8 MPa，不能满足设计要求。这主要是由于引气剂引入的大量微小气泡，增加了水泥浆基体的孔隙率，［4］根据强度与孔隙率普遍的反比关系，由于孔隙率的增加导致了抗折强度的降低。但是，由于减水剂的减水增强作用，可在一定程度上弥补因使用引气剂而造成的强度损失，可保证道面混凝土强度满足设计要求。

2.3 含气量对道面混凝土耐磨性能的影响

从表1中可以看出，随着含气量的增加，磨槽深度随之增加，道面混凝土耐磨性能降低。当含气量大于 5%时，磨槽深度均在2 mm以上，达不到美国联邦公路管理局（FHWA）提出的高性能混凝土最低抗磨耗等级标准（2.0 mm＞磨槽深度≥1.0 mm），［5］同时，磨槽深度超过2.0 mm，道面将过早产生露砂、露石现象，严重影响机场道面的正常使用。［3］这主要是由于引入的大量微小的气泡，减小了道面混凝土受压有效面积，从而降低了耐磨性能。

2.4 含气量对道面混凝土抗冻性能的影响

对上述满足道面混凝土和易性与强度要求的配合比（编号同表1），进行抗冻性能试验研究，结果见表2。

表1 道面混凝土配合比及试验结果

表2 含气量对道面混凝土抗冻性能的影响

由表 2可知，水灰比为 0.46的配合比，混凝土含气量在2.2%～3.3%之间，抗冻等级仅达到F100～F200，不满足设计要求；水灰比为0.45或0.44，含气量为3%～5%的混凝土，其抗冻等级均在F250以上，满足寒冷地区道面混凝土抗冻耐久性要求，但含气量低于 3%时，抗冻等级达不到 F250，不能满足设计要求。因此，寒冷地区道面混凝土的最大水灰比应不大于0.45，含气量范围为3%～5%。

由表1、2可以看出，在相同含气量下，强度越高，抗冻性越好；但不同含气量下，强度高，抗冻性未必好。混凝土引气后，即使在较低强度下也可以有较高的抗冻性。杨钱荣、黄士元也通过研究表明，强度对混凝土抗冻性有重要影响，但其影响程度远不如含气量。［6］这主要是由于引气减水剂的掺入，减少了道面混凝土中的游离水，同时引入的大量微小独立气泡，能有效缓冲冻融过程中产生的静水压力和渗透压力，避免生成破坏压力，减少和防止冻融的破坏作用，［7］从而显著提高道面混凝土的抗冻性能。

3 结论

含气量是影响道面混凝土力学性能与耐久性能的重要因素，在道面混凝土中掺入一定量的引气减水剂可以显著提高其和易性、抗冻性，同时会不可避免地造成抗折强度损失和耐磨性能的降低。因此，必须将道面混凝土的含气量控制在一个适宜范围。

综合道面混凝土的和易性、强度和耐久性能要求，建议寒冷地区道面混凝土最大水灰比为 0.45、最小水泥用量为280 kg/m3、含气量范围为3%～5%，这样既能保证道面混凝土设计所要求的强度与耐磨性，同时能明显改善和易性与抗冻性能，使混凝土性能达到综合平衡，从而配制出“长寿命、低维护”的高性能道面混凝土。

1 刘庆涛、王硕太、孔祥海等.机场道面混凝土耐久性研究［J］.混凝土，2007（6）：13～15

2 军用机场水泥混凝土道面设计规范.GJB1278A－2009

3 康笑楠.机场道面混凝土耐久性指标研究［D］.西安：空军工程大学，2007：41～42

4 P.K.Mehta著.混凝土的结构、性能与材料（祝永年、沈 威、陈志源译）［M］.上海：同济大学出版社，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 杨钱荣、黄士元.引气混凝土的特性研究［J］.混凝土，2008（5）：3～5

7 薛 庆.引气剂与混凝土高性能化［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

book=147,ebook=147