外加劑在水泥混凝土路面中的應用
劉捷
（徐州市公路工程總公司，江蘇徐州221000）
摘要：外加劑的正確使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土關鍵技術之一。文章總結和研究了外加劑在水泥混凝土路面的應用，公路滑模攤鋪水泥混凝土路面外加劑的性能要求和使用技術，在混凝土路面工程中針對所用水泥提出進行外加劑化學適應性和計量適應性檢驗等技術要求。
關鍵詞：外加劑；水泥混凝土路面；應用
中圖分類號：U414文獻標識碼：B
我國公路水泥混凝土工程建設規模很大，水泥混凝土路面修補一直難以很好地解決。目前我國公路水泥混凝土路面工程總體質量不高，車輛重載狀況日趨嚴重，由于受到集料等原材料的制約，傳統混凝土配合比設計很難達到設計要求，在水泥混合料中摻入外加劑提高路面強度是重要措施之一。外加劑使用廣泛，加入外加劑能改善水泥混凝土性能，同時由于外加劑的使用不當而導致水泥混凝土路面及橋涵結構的質量事故屢有發生，影響了公路工程建設質量。
1外加劑應用及施工技術
作為水泥混凝土中的第五組分———水泥混凝土外加劑主要有減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑等幾種常用的外加劑；減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑在公路水泥混凝土工程中較適用。普通減水劑、高效減水劑在施工應用之前應檢驗pH值、密度(或細度)、減水率，符合要求后才可使用，最佳摻量確定須滿足工程環境條件設計強度、工作性、耐久性及經濟性等性能要求。外加劑沉淀有害作用與外加劑摻量超大相同，每天應清除溶液中未能溶解的固體沉淀物。根據工程需要普通減水劑和高效減水劑可與其他可混溶的外加劑復配使用。
1.1減水劑有關特點與技術指標
減水劑是指在混凝土和易性及水泥用量不變條件下，能減少拌和用水量、提高混凝土強度；或在和易性及強度不變條件下，節約水泥用量的外加劑。根據其減水及增強能力，分為普通減水劑（又稱塑化劑）及高效減水劑（又稱超塑化劑），并又分別分為一等品、合格品。按組成材料分為：（1）水質素磺酸鹽類；（2）多環芳香族鹽類；（3）水溶性樹脂磺酸鹽類。普通減水劑宜用于日最低氣溫5℃以上施工的混凝土。高效減水劑宜用于日最低氣溫0℃以上施工的混凝土，并適用于制備大流動性混凝土、高強混凝土以及蒸養混凝土。目前市場上常用的幾種減水劑為：萘系高效減水劑，脂肪族高效減水劑，氨基超速高性能減水劑，減水激發劑，普糖糖酸鈉，木質素磺酸鈉，木質素磺酸該，膨脹劑等。TH-928聚羧酸系高性能減水劑是目前世界上最前沿、科技含量最高、應用前景最好、綜合性能最優的一種混凝土超塑化劑(減水劑)。TH-928聚羧酸系高性能減水劑是羧酸類接枝多元共聚物與其他有效助劑的復配產品。經與國內外同類產品性能比較表明，TH-928聚羧酸系高性能減水劑在技術性能指標、性價比方面都達到了當今國際先進水平。性能特點是摻量低、減水率高，減水率可高達45%；坍落度輕時損失小，預拌混凝土坍落度損失率1h小于5%，2h小于10%；增強效果顯著，混凝土3天抗壓強度提高50％～110％，28天抗壓強度提高40～80％，90天抗壓強度提高30％～60％；混凝土和易性優良，無離析、泌水現象，混凝土外觀顏色均一。用于配制高標號混凝土時，混凝土粘聚性好且易于攪拌；含氣量適中，對混凝土彈性模量無不利影響，抗凍耐久性好；能降低水泥早期水化熱，有利于大體積混凝土和夏季施工；適應性優良，水泥、摻和料相容性好，溫度適應性好，與不同品種水泥和摻和料具有很好的相容性，解決了采用其他類減水劑與膠凝材料相容性差的問題；低收縮，可明顯降低混凝土收縮，抗凍融能力和抗碳化能力明顯優于普通混凝土；顯著提高混凝土體積穩定性和長期耐久性；堿含量極低，堿含量≤0.2%，可有效地防止堿骨料反應的發生，長期儲存無分層、沉淀現象發生，低溫時無結晶析出；產品綠色環保，不含甲醛，為環境友好型產品。摻量為膠凝材料總重量的0.4%～2.0%，常用摻量為0.4%～1.2%；使用前應進行混凝土試配試驗，以求最佳摻量；不可與萘系高效減水劑復配使用，與其他外加劑復配使用時也應預先進行混凝土相容性實驗；坍落度對用水量的敏感性較高，使用時必須嚴格控制用水量；注意混凝土表面養護。適用于強度等級為C15～C60及以上的泵送或常態混凝土工程。特別適用于配制高耐久、高流態、高保坍、高強以及對外觀質量要求高的混凝土工程。對于配制高流動性混凝土、自密實混凝土、清水飾面混凝土極為有利。HSB（High Strence Bing）是高分子磺化合成的羰基焦醛。憎水基主鏈為脂肪族烴類，以下簡稱HSB，是在青島研發的一種綠色高效減水劑。本產品不污染環境，不損害人體健康。對水泥適用性廣，對混凝土增強效果明顯，坍落度損失小，低溫無硫酸鈉結晶現象，廣泛用于配制泵送劑、緩凝、早強、防凍、引氣等各類個性化減水劑，也可以與萘系減水劑、氨基減水劑、聚羧酸減水劑復合使用。外觀棕紅色的液體；固體含量＞35%；比重1.15～1.2。性能特點是減水率高。摻量1％～2%，減水率可達15％～25%。在同等強度坍落度條件下，摻HSB可節約25％～30%的水泥用量；早強、增強效果明顯。混凝土摻入HSB，3天可達到設計強度的60％～70%，7天可達到100%，28天比空白混凝土強度提高30％～40%；對水泥適用性廣泛，和易性、粘聚性好。與其他各類外加劑配伍良好；顯著提高混凝土的抗凍融，抗滲，抗硫酸鹽侵蝕，并全面提高混凝土的其他物理性能；特別適用以下混凝土：流態塑化混凝土，自然養護、蒸養混凝土，抗滲防水混凝土，耐久性抗凍融混凝土，抗硫酸鹽侵蝕海工混凝土，以及鋼筋、預應力混凝土；HSB無毒，不燃，不腐蝕鋼筋，冬季無硫酸鈉結晶。
1.2 CNF-3引氣緩凝高效減水劑產品應用舉例現以徐州104國道雙向4車道（雙溝至睢寧收費站）水泥路面為例，說明外加劑在水泥混凝土路面施工中的應用。徐州市超力建筑材料有限公司生產的CNF-3引氣緩凝高效減水劑產品其適用范圍是，在嚴寒和寒冷地區，有抗冰（鹽）凍要求混凝土、鋼筋混凝土結構和構件。公路水泥混凝土路面工程，尤其是有抗冰凍、抗鹽凍、防滲、防泌水要求的混凝土、鋼筋混凝土結構。也可用于有飾面要求的一般公路工程混凝土、貧混凝土、輕質混凝土、鋼筋混凝土結構和構件。
CNF-3引氣緩凝高效減水劑產品的主要用途有：保持相同水泥用量，摻入本品能減少用水量同時顯著改善混凝土工作性，增大坍落度，減少泌水，提高混凝土勻質性，提供富漿平整的表面。提高彎拉強度，降低抗折彈性模量，改善荷載和溫濕度變形性能。達到相同坍落度，摻入本品，可節約水泥18%以上。可與早強劑、防凍劑、膨脹劑及緩凝劑等配合使用，但應注意它們的可共溶性。提高抗滲性，抗凍性和耐候性，增強混凝土的耐久性。使用方法，可采用同摻法和后摻法，但混凝土攪拌時間最好延長30s。包裝與貯存需要注意，一般粉劑采用袋裝比較合適，每袋凈重40±0.5kg,存儲于干燥處，嚴格防潮；液體采用桶裝，每桶凈重250±1kg。其有效保質期一般為2年，過期后需經檢驗合格后方可使用。在高效減水劑中摻入與水泥相適應的緩凝劑、高溫緩凝劑、保塑劑或緩凝型減水劑可減少熱天坍落度損失，用攪拌車或罐車運輸水泥混凝土時，在澆注現場可二次加入高效減水劑，經快速攪拌均勻后出料，不得多加水，并快速完成澆注、振搗、飾面等；摻緩凝型減水劑的水泥混凝土構件必須保證靜停一段時間后，使水泥混凝土形成一定的結構強度才可蒸養。摻高效減水劑的水泥混凝土可用蒸養養護。引氣劑應選用表面張力降低值大、水泥稀漿中起泡容量多而細密、泡沫穩定時間長、不溶殘渣少的產品。新拌水泥混凝土的含氣量，應在攪拌機口取樣進行現場檢測，并應考慮在運輸和振搗過程中的損失。緩凝型外加劑的最佳摻量應根據施工要求的水泥混凝土凝結時間、氣溫、強度等通過試驗確定。施工中，當氣溫變化、運距和運輸時間變動時，可微調其摻量，應始終保持拌和物具備良好的施工可操作性，并能達到密實度及外觀質量要求。早強劑是一種專門解決工程中需要盡快或盡早獲得水泥混凝土強度問題的專用外加劑。早強劑、早強型減水劑和早強型高效減水劑適用于公路工程需要快速形成強度的快通水泥混凝土結構，蒸養水泥混凝土構件，最低溫度不低于-5℃的低溫環境中施工的有早強要求的水泥混凝土、鋼筋混凝土及需要提前張拉和放張的預應力混凝土結構和構件。炎熱環境條件下不宜使用早強型外加劑，也就是公路工程快通水泥混凝土結構的開放交通時間，應按與結構相同養生條件下，摻早強劑水泥混凝土試件達到設計強度的90%以上的試驗確定。由于公路具有機動、靈活、直達、迅速、適應性強、服務面廣的特點，在社會主義現代化建設中發揮著巨大作用，并且具有良好發展前景。
2水泥混凝土路面板破壞原因與外加劑應用
基礎
外加劑的使用對水泥混凝土路面板質量具有重要作用。在軟土地段路基填筑前應首先探明地基承載力，然后采取合理的軟基處理方案和施工工藝。軟基處理方案一般有：混凝土回填土方、石方、或砂礫、袋裝砂井，塑料排水板，土工布，土工格柵或以上兩種方案組合等，但是施工時，往往由于采取軟基處理方案或施工工藝不合理、施工時未認真按要求處理或處理不完善等給路基的穩定造成了隱患，形成路基的沉陷或滑移，最終影響路面混凝土板。公路路基施工規范規定，通常情況下不能被壓實到規定的密實度和不能形成穩定填方的材料不能用于路基填筑。如：沼澤土、泥炭、含有樹根、雜草和易腐朽物質等材料；液限指數大于50%，塑限指數大于25%的材料；有機質含量大于3%的材料；壓實含水量和最佳含水量之差大于2%的材料等等。但是，由于施工單位在路基填筑材料方面控制不嚴，使用了不適宜材料從而造成路基下沉或塌方，以致影響路面直到路面混凝土板破壞。路堤在斜坡上或填挖交界處，或原有路堤上或路堤處在垂直路中線測得的坡度大于1∶5的坡地時，應把原地面挖成臺階，臺階寬度應不小于1m，用小型機具進行夯實，并向內側傾斜2%，且臺階上不能有積水，然后再分層填筑壓實，這樣，才能保證路堤的穩定和達到規定的密實度。而施工單位在施工時，遇到以上情況，在路堤填筑時，根本未將施工地段挖成臺階后分層填筑壓實，以致影響了路堤填筑的質量，形成隱患給混凝土路面板造成破壞。在施工過程中，路基填筑每層的填料未用平地機或其他平整機械進行整平或整平效果不好，使低凹地方達不到密實度要求且大量積水；路基填筑的有效寬度和超寬填筑不夠，為達到路基有效寬度，施工單位往往沒有按規范要求挖臺階分層填筑壓實至路基要求寬度，而是將一些松散土傾倒在邊坡上，用人工攤鋪拍實，這樣補上來的路基部分遠未達到密實度要求，造成路基滑坡、層層沖刷；路基石方或土石混合料填筑時，石頭塊徑過大，使填石路堤或填土石混合料路堤密實度達不到規范要求。由于以上施工方面的原因，對路基的穩定性造成一定影響，直到影響路面混凝土板。外加劑的正確使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土關鍵技術之一，加強其應用在一定程度上會可以減緩工程損害。
3影響水泥混凝土路面平整度的因素及其控制
外加劑的使用對路基質量非常關鍵。由于路面板遭到破壞后要對路基有質量問題的地段返工是不可能的，且水泥混凝土板難修補。新拌混凝土在一定溫度條件下，毛細孔水、游離子水等不斷蒸發，使毛細孔水在逐漸下降過程中，彎液面曲率逐漸增大；在表面張力作用下，產生收縮力致使混凝土收縮。上述收縮現象主要發生在漿體。如果這種收縮是均勻進行的，對路面平整度不會產生什么影響或影響甚微。若新拌混凝土水灰比值偏大、水泥漿體偏多，而水灰比或漿體在拌和料中分布不勻，或拌和料拌和不均，混凝土振搗密實度不均勻，收縮亦隨之不均勻，將致使成型路面的不平整。混凝土在拌制過程中，水灰比控制不嚴，拌和料時稠時稀，攤鋪不均勻。改進施工工藝，嚴格施工質量控制，是提高路面平整度的主要關鍵。一般300號混凝土最好采用425號普通水泥，因為火山灰水泥含很細的附加填充料，具有很強的吸水能力，影響脫水效果。攤鋪高度要考慮振搗下沉值并盡量鋪平。保證真空脫水后混凝土面不低于模頂，可用模頂臨時敷設角鋼的方法，以保證真空脫水前混凝土高出模頂之預留縮值。角鋼平整光潔，振動梁及提漿棒（滾筒）在其上拖滾更為方便，真空脫水結束后即可拆除。影響路面設計的因素很多，道路等級、使用任務、路基支承條件、車流量及軸載、原材料供應等等。地基強度不均勻，路基填料混雜或壓實度不好，產生不均勻沉降，或基層平整度差，導致混凝土路面厚度不均勻，在行車荷載及溫度翹曲應力作用下，容易使路面應力集中。當壓力超過混凝土極限抗拉強度時，就會在應力集中和厚度較薄處產生裂縫。有些已建成的城市道路因地下管線維修開挖后，回填料達不到要求，壓實不夠密實，在路面修復后的一段時間內發生自然沉降，導致裂縫的產生，嚴重時甚至塌陷。此類裂縫往往貫穿整個板塊，而且寬度較大，危害也較嚴重。雨水的滲入還會引起地基軟化，大大降低地基的承載力，因此在施工中必須引起足夠的重視。
4結語
外加劑的正確使用是高速公路水泥混凝土路面工程中的混凝土關鍵技術，本文通過對減水劑、引氣劑、緩凝劑和早強劑在施工中的應用技術綜述，總結了在施工過程中的相關技術要求，以及由于外加劑的使用失誤而給公路工程帶來損失，為在施工過程中正確施加外加劑指明了方向。
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