北方工业大学 北京市 100621
摘要：在机场水泥混凝土道面的施工过程中，需要经过摊铺、振捣、滚杠、抹面和拉毛等工序才能完成整个作业，形成满足设计要求的道面面层。这个过程需要５～６ｈ，且处于露天作业，易受自然环境中的温度、湿度和风的影响。特别是在中国的北方地区风大且干燥，很容易使道面表面形成早期微裂缝。这些早期微裂缝的存在会降低混凝土的耐久性，特别是对混凝土的抗冻性产生直接作用，使混凝土的抗冻性下降，易造成冻融损坏，形成道面表面脱皮。基于此，本文主要对机场道面引气混凝土早期抗裂性能进行分析探讨。
关键词：场道面；引气混凝土；早期抗裂；性能研究
前言
为了提高机场水泥混凝土道面的抗冻性，在机场水泥混凝土道面中广泛加入引气剂。通过引气剂在混凝土中产生的气泡作用，达到提高混凝土抗冻性的目的。引气剂的加入改变了混凝土表面早期的性质，对混凝土早期微裂缝的产生过程起作用。因此有必要研究引气混凝土的早期抗裂特性，为引气混凝土的广泛使用提供试验依据。
１、早期抗裂性的试验方法
目前各国对混凝土早期抗裂性能的试验方法不完全相同，一般在对混凝土进行约束、模拟或放大实际环境的情况下进行试验，对混凝土早期裂缝产生的条件进行尽可能地再现和放大，使混凝土能够产生足够的早期微裂缝，以便进行混凝土材料组成及外掺材料后抗裂效果的对比，合理地确定混凝土的配合比及外掺材料的掺量。混凝土早期抗裂性能的试验方法大体上可以归为３类：平板式、单轴型及环型。文献［２］、［３］的方法解决了机场道面干硬性混凝土早期裂缝的测试难题，被文献［３］采用作为附录Ｃ。该文采用文献［２］、［３］的方法进行道面引气混凝土早期裂缝试验。
试验装置采用６００ｍｍ×６００ｍｍ×１４０ｍｍ的平面薄板。试模采用钢制模具。试件浇注、振实、抹平后立即将试件置于试验装置内，在红外灯的作用下（红外灯照射整个混凝土试件表面），使混凝土表面温度控制在（４５±３）℃。用电风扇直吹试件表面，风向平行于试件表面，风速５ｍ／ｓ（试件表面中心点风速）。照射４ｈ后关闭红外灯，继续用风扇直吹试件表面。此刻试验环境温度应为（２５±２）℃，相对湿度不大于６０％，成型后４ｈ开始观察裂缝数量、宽度和长度。裂缝观测采用如下方法：
（１）早期裂缝以肉眼可见裂缝为准，用线绳沿裂缝走向进行摆设，然后用钢尺测量线绳长度，其长度为裂缝长度。
（２）用读数显微镜（分度值为０．０１ｍｍ）测量裂缝宽度，将裂缝长度均匀分为５等分，按裂缝中间的４个点进行裂缝宽度测量，取其算术平均值作为该裂缝名义宽度。按式（１）计算裂缝总面积：
表1
图２为引气剂Ｓ的不同掺量和基准混凝土裂缝面积随龄期的变化曲线。从混凝土成型后至６ｈ，各组裂缝面积增长速率很快，８ｈ以后趋于平稳直至２４ｈ试验结束。
从试验数据可以看出：２４ｈ时引气剂Ｓ掺量为０．０１５％（Ｓ１）、０．０２０％（Ｓ２）、０．０２５％（Ｓ３）的引气混凝土和基准混凝土（Ｊ）的裂缝面积分别为２９３、２４１、３０２、２８５ｍｍ２，大小排序依次是Ｓ２＜Ｊ＜Ｓ１＜Ｓ３。因此对引气剂Ｓ来说，掺量为０．０２０％（即含气量为３．４％），可以提高混凝土早期抗开裂性能；当掺量为０．０１５％（Ｓ１）和０．０２５％（Ｓ３）则会降低混凝土的抗开裂性能。８ｈ后各组混凝土裂缝面积基本趋于平稳直至２４ｈ试验结束。最终２４ｈ测试结束时，Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３和基准混凝土裂缝面积分别为２９７、２０６、３１５、２８５ｍｍ２，依次是Ｗ２＜Ｊ＜Ｗ１＜Ｗ３。可见当引气剂掺量为０．０１４％（即含气量为３．１％）时，可以提高混凝土抗开裂性能。当掺量为Ｗ１（０．００７％）和Ｗ３（０．０２１％），则会降低混凝土抗开裂性能。
加引气剂Ｚ１（０．００８％）、Ｚ２（０．０１６％）、Ｚ３（０．０２４％）的引气混凝土和基准混凝土（Ｊ）的裂缝面积随时间变化的曲线可以看出８ｈ后各组混凝土裂缝面积基本趋于平稳直至２４ｈ试验结束。最终２４ｈ测试结束时，Ｚ１、Ｚ１、Ｚ３和基准混凝土裂缝面积分别为２２６、３１２、３７１、２８５ｍｍ２，依次是Ｚ１＜Ｊ＜Ｚ２＜Ｚ３。可见当引气剂掺量为Ｚ１（０．００８％）（即含气量为３．１％）时，可以提高混凝土抗开裂性能；当掺量为Ｚ２（０．０１６％）和Ｚ３（０．０２４％）时，则会降低混凝土抗开裂性能。
通过试验结果分析可知，当新拌混凝土的含气量控制在３．０％时，可使混凝土早期抗裂性能得以增强。这是因为当掺入适量的引气剂后，混凝土在拌和过程中产生大量微细封闭气泡，气泡直径为２０～２５０μｍ，这些气泡有带相同电荷的定向吸附层，相互排斥并能均匀分布，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不破裂。由于大量微小封闭球状气泡在混凝土拌和物内形成，整个道面混凝土内的表面积大大增大，比不掺引气剂时的粘聚力大得多，因而泌水与沉降显著减小。同时，泌水的毛细管通道被阻断，而且气泡里气体的迁移和气泡再分布，能进一步破坏这种通道。另外引气剂能显著降低水的表面张力和界面能，使内部毛细孔压力降低，从而减小了混凝土的收缩。当掺量过大时，引气剂的减水作用又使得混凝土的泌水有所增加，导致水分蒸发较快，失水率会高于基准混凝土。
４、结语
引气剂加入到混凝土中会产生大量的气泡，这些气泡的产生会对混凝土的早期抗裂性产生影响。合适的混凝土含气量会提高道面水泥混凝土的早期抗裂性。因此，在满足混凝土抗冻性的同时，应设计混凝土合理的含气量来提高混凝土道面表面的抗裂性，减少道面表面早期微裂缝的产生，起到提高道面耐久性的目的。
参考文献
［１］邓宗才．高性能合成纤维混凝土［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３．
［２］翁兴中，杜俭，刘钢．机场水泥混凝土道面抗裂性能检验方法［Ｐ］．中国，２００６１０１０４９０７．８［Ｐ］．２００８－１１．
［３］翁兴中，杜俭，刘钢．机场水泥混凝土道面抗裂性能试验装置：中国，２００６２０１３６１５２．５［Ｐ］．２００７－１１．
论文作者:刘长龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/9
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 气泡论文; 性能论文; 量为论文; 表面论文; 基准论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;