高性能引氣混凝土的配制
2015-02-24
目次
前言...................…………………………………………………II
1范圍......................…………………………………………………1
2規(guī)范性引用文件......................………………………………………1
3術(shù)語和定義.....................……………………………………………1
4配制技術(shù)指標(biāo)......................…………………………………………1
5原材料.......................………………………………………………1
6高性能引氣混凝土配合比的設(shè)計和調(diào)整......................…………………2
7高性能引氣混凝土的路面施工.......................…………………………4
8高性能引氣混凝土的質(zhì)量檢驗和管理......................……………………5
9附錄(條文說明)高性能引氣混凝土的配制及路面施工......................……6
前言
隨著運輸事業(yè)的發(fā)展，交通流量的迅速增加，對所使用的路面要求也越來越高，不但要質(zhì)量好，而且要壽命長。作為混凝土路面，即是意味著提高強度，增加耐久性。特別是省道和國道，C30級的混凝土基本上不被使用，C40的混凝土將會隨著技術(shù)的發(fā)展，路用量也越來越少。代之而來的將是高強度、高流動性、高耐久性的高性能引氣混凝土。因此，編制《高性能引氣混凝土的配制及路面施工》是順應(yīng)發(fā)展，提高公路質(zhì)量和徹底改變寒冷地區(qū)混凝土路面使用年限的有效措施。
高性能引氣混凝土作為新技術(shù)、新材料，由于我們經(jīng)驗不多，編制中不足之處在所難免，請各位專家和同業(yè)者批評指正。
望廣大技術(shù)人員在應(yīng)用中，有問題及時聯(lián)系，有意見及時提出，有經(jīng)驗多加積累。讓我們共同攜手，把寒區(qū)的公路建好!
黑龍江省交通科學(xué)研究所編寫組
2006年11月10日
高性能引氣混凝土的配制及路面施工（試行）
1范圍
高性能引氣混凝土目前僅適用于自流平的水泥混凝土路面、鋼筋混凝土路面及混凝土路面的修復(fù)，尤其適用于橋面和橋墩工程的施工。
2規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
JTGF30-2003公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范
JTGE30-2005公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程
3術(shù)語和定義
下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
高性能引氣混凝土
凡坍落度不小于18cm，水膠比不大于0.40,28天抗壓強度達到40Mpa以上的引氣混凝土，稱為高性能引氣混凝土。為確保耐久性，高性能引氣混凝土中必須摻有高效減水劑和適材適量的超細(xì)礦粉。
4配制技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)目前高性能引氣混凝土在公路上的應(yīng)用情況及當(dāng)?shù)貙嶋H情況，高性能引氣混凝土的配制技術(shù)暫定為下述指標(biāo)：
表1高性能引氣混凝土的配制技術(shù)指標(biāo)
項目
范圍
混凝土強度(Mpa)
C40～C80
水泥用量(Kg/m3)
375～600
水膠比
0.25～0.40
坍落度(cm)
≥18
含氣量(%)
3～7
5原材料
5.1水泥
高性能引氣混凝土宜使用42.5以上的道路硅酸鹽水泥，中、低熱硅酸鹽水泥。標(biāo)號低的混凝土也可采用普通硅酸鹽水泥，水泥中的鋁酸三鈣含量要小于5%。若能使用球狀水泥，調(diào)粒水泥及活化水泥更好，可以降低水泥用量。
5.2中砂
高性能引氣混凝土必須采用Ⅰ級河砂，砂的視比重不應(yīng)小于2600kg/m3，吸水率不應(yīng)大于2.50%。
5.3碎石
高性能引氣混凝土宜采用Ⅰ級硬質(zhì)碎石，骨料最大粒徑不應(yīng)大于31.5mm，最好在26.5mm以下，細(xì)度模量為6～8。
粗骨料的細(xì)度模量Mz按下式計算：
-------------------------------------------------------------------（1）
式中：
A1＝a1，A2＝a1+a2，A3＝a1+a2+a3，A4＝a1+a2+a3+a4
A5＝A6＝A7＝A8＝A9＝a1+a2+a3+a4
其中：a1，a2，a3，a4分別為31.5mm，19mm，9.5mm和4.75mm篩孔上的累計篩余量，因為粗骨料的粒徑都大于4.75mm，所以2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm、和0.15mm篩上的篩余全為零。故A5=A6=A7=A8=A9＝a1+a2+a3+a4。
5.4粉煤灰
超細(xì)礦粉摻合料是高性能引氣混凝土的必要組份。在沒有硅灰和磨細(xì)礦渣的地方，可摻用電收塵或I級磨細(xì)粉煤灰，粉煤灰中SiO2+Al2O3的含量必須大于60%。并采用超量取代法，取代系數(shù)為1.2～1.4。
5.5高效減水劑
高效減水劑也是高性能引氣混凝土的重要組份。應(yīng)選擇那些不但分散性好，且分散維持性好的新型高效減水劑，作為高性能引氣混凝土的配制原材料。減水劑的減水率必須大于20%。
5.6引氣劑
高性能引氣混凝土對引氣劑的選擇十分嚴(yán)格，不但要求所引氣泡細(xì)密，孔徑、孔形好，一般情況下，每增加1/萬（占水泥重量）的摻量，引氣量的增加值要大于0.5%。
6高性能引氣混凝土配合比的設(shè)計和調(diào)整
高性能引氣混凝土配合比的設(shè)計是一件比較復(fù)雜的工作，目前還沒有統(tǒng)一的方法。因此，可以采用多種形式，既可以把所有按計算得到的原材料一起進行試拌、試配和調(diào)整，直接得出高性能引氣混凝土的配合比；也可以先設(shè)計出高性能混凝土的配合比，然后再調(diào)整成為引氣混凝土。
6.1高性能引氣混凝土配合比的設(shè)計計算
6.1.1試配強度fc的確定
表2混凝土抗彎拉與抗壓強度對照表
混凝土28天設(shè)計抗彎拉強度fr(Mpa)
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
混凝土試件28天抗壓強度fcu(Mpa)
35
40
46
52.5
60
68
由表2的設(shè)計抗彎拉強度fr，查出與之相對應(yīng)的抗壓強度fcu，作為設(shè)計基準(zhǔn)強度。然后乘以試配提高系數(shù)1.15，即是試配強度fc：
fc＝1.15fcu----------------------（2）
式中：
fc——高性能引氣混凝土的試配強度（Mpa）；
fcu——高性能引氣混凝土的設(shè)計基準(zhǔn)強度（Mpa）。
6.1.2水膠比的計算
高性能引氣混凝土的水膠比，不但與膠結(jié)料的用量、混凝土坍落度有關(guān)，且還受混凝土強度的制約及混凝土含氣量的影響。可按式（3）進行計算，但結(jié)果不能大于表3的規(guī)定。
-------------------------------------------------------------------（3）
式中：
fc——混凝土試配強度（Mpa）；
——混凝土膠結(jié)料與用水量之比；
fce——水泥28天實際抗壓強度（Mpa）。
fce原則上應(yīng)由實際試驗確定，在無條件試驗時，可按下式計算：
fce=r·fcek--------------------------------------------------------（4）
式中：
fcek——水泥標(biāo)號（抗壓強度Mpa）；
r——水泥標(biāo)號富余系數(shù)，可取1.13試算。
表3混凝土強度及含氣量與水膠比的關(guān)系
混凝土強度等級(Mpa)
水膠比
混凝土含氣量(%)
C40～C50
C50～C60
C60～C70
C70～C80
3～4
0.40
0.37
0.34
0.31
4～5
0.39
0.36
0.33
0.30
5～6
0.38
0.35
0.32
0.29
6～7
0.36
0.33
0.30
0.28
6.1.3水泥或膠結(jié)料用量的選擇
混凝土的耐久性與混凝土的強度和含氣量有關(guān)，而耐久性和強度又與混凝土中水泥的水化生成物及其數(shù)量有關(guān)。因此，水泥用量是耐久性的基本保證。高性能引氣混凝土的水泥或膠結(jié)料用量在用公式（5）計算出后，其膠結(jié)料與砂、石骨料之比不應(yīng)小于表4的規(guī)定：
-------------------------------------------------（5）
式中：
C＋F——水泥或膠結(jié)料用量（Kg/m3）；
——水膠比。
表4混凝土不同強度及含氣量的膠骨比
混凝土強度等級(Mpa)
最小膠骨比
混凝土含氣量(%)
C40～C50
C50～C60
C60～C70
C70～C80
3～4
0.25
0.27
0.30
0.32
4～5
0.27
0.29
0.32
0.34
5～6
0.29
0.31
0.34
0.36
6～7
0.31
0.33
0.36
0.38
6.1.4用水量
高性能引氣混凝土的用水量可以根據(jù)水膠比及膠結(jié)料用量計算得到，但結(jié)果不能大于表5的規(guī)定。如果滿足不了，可以通過試拌試配，增加高效減水劑的用量解決。并且，為了提高耐久性，在滿足坍落度的條件下，應(yīng)盡量減少用水量。
表5高性能引氣混凝土的最大單位用水量
混凝土強度等級(Mpa)
C40～C50
C50～C60
C60～C70
C70～C80
每m3混凝土用水量(Kg/m3)
165
160
160
155
6.1.5骨料用量的計算
假定高性能混凝土的濕容重為2500Kg/m3，則從中減去膠結(jié)料用量及用水量，剩余的基本是骨料用量。根據(jù)經(jīng)驗，砂率一般是32%～38%，可按高性能混凝土的流動性和強度通過試拌、試配確定砂率和水膠比。
6.1.6摻合料（粉煤灰）
一般情況下，我們使用的摻合料為粉煤灰。粉煤灰的取代水泥量不應(yīng)大于25%和小于15%。當(dāng)混凝土標(biāo)號較高（大于C70）和含氣量較大（大于6.5%）時，取代量可降為10%，當(dāng)含氣量較小或標(biāo)號較低時，取代量可適當(dāng)放寬。
6.1.7引氣劑和高效減水劑
在試拌時，引氣劑可先不摻或少摻，等選定砂率和水膠比后再摻足量。但減水劑一開始就應(yīng)摻入，先按1%試拌，待粉煤灰、引氣劑摻量確定后，再調(diào)整為最大量。
6.2配合比的試拌、試配
6.2.1選擇合理砂率
按計算配合比，再上下各選1～2個砂率，計算并稱量原材料（可先不加引氣劑），拌制混凝土，依流動性大小選擇合理砂率。
6.2.2確定實際水灰(膠)比
以合理砂率，按計算配合比，再上、下各選1～2個水灰比(或水膠比)，計算并稱量材料，配制混凝土試件，按抗壓強度與混凝土水膠比的關(guān)系曲線，決定實際水灰比(或水膠比)。
6.2.3最佳水泥用量的選擇
利用合理砂率、實際水灰(膠)比，按計算配合比，再選3～4個水泥用量（間隔為15～20Kg）進行試拌和試配。測定坍落度、濕容重、含氣量，并制作試件進行強度測試。依據(jù)坍落度、容重和強度的大小以及水泥用量的多少，選擇最佳水泥用量。
6.3配合比的調(diào)整
6.3.1含氣量及混凝土容重的調(diào)整
根據(jù)試拌、試配所測得的混凝土容重及含氣量，用擬定含氣量的大小減去已有含氣量，即是引氣量的增加；用測得的混凝土容重減去引氣后容重的降低（即引氣量增大的比率），即為引氣后的混凝土容重。并根據(jù)試驗，計算摻量摻加引氣劑。
6.3.2坍落度及減水劑摻量的調(diào)整
在保證水膠比的情況下，根據(jù)坍落度的大小，調(diào)節(jié)高效減水劑的摻量，以滿足和易性要求和盡量減少單位用水量。并配制混凝土，測定坍落度、容重、含氣量和強度。
6.3.3強度和粉煤灰摻量的調(diào)整
根據(jù)上節(jié)試驗所測得坍落度和混凝土強度的大小，調(diào)整減水劑、粉煤灰的摻量，強度低時，粉煤灰取代量減?。惶涠刃r，粉煤灰取代量增大。
6.3.4引氣劑摻量的再調(diào)整
由于減水劑摻量的增加，粉煤灰取代量的變化，會給混凝土的含氣量帶來影響。要再次調(diào)整引氣劑摻量，達到適宜含氣量。
6.4高性能引氣混凝土配合比的確定
經(jīng)過反復(fù)調(diào)整和試驗，按最終確定的配合比稱量材料，進行試驗，并測量所有應(yīng)實測數(shù)據(jù)。若有任一項不合格，再經(jīng)過調(diào)整，直到適宜為止。并進行數(shù)字修正，確定最終配合比。
7高性能引氣混凝土的路面施工
7.1攪拌
高性能引氣混凝土的攪拌必須采用強制式攪拌機。投料順序及拌合程序為：首先投入細(xì)集料和膠結(jié)料，拌合20s，再投入引氣劑、減水劑，加水，拌合30s，最后加入粗集料，拌合60s后出罐?？倲嚢钑r間不能大于180s，也不應(yīng)低于90s。
7.2運輸
高性能引氣混凝土的運輸宜采用攪拌罐車，當(dāng)運距較近時，也可采用翻斗車，但必須在車廂底部采取適當(dāng)?shù)母綦x措施，防止因混凝土粘度大而導(dǎo)致的卸車?yán)щy。要注意措施得當(dāng)，不能污染混凝土，如車廂澆水、撒砂子、刷油或隔離劑等。
7.3攤鋪
7.3.1高性能引氣混凝土當(dāng)坍落度在18cm及其以上時，自流平能力較強，一般可以自行流平。除邊角需輕振外，基本不用振搗。此時，模板可超高0.3cm。
7.3.2當(dāng)攤鋪轉(zhuǎn)彎和上下坡路段時，混凝土要降低坍落度到15～18cm，以防流淌出模板，并注意高低處的路面板厚度。
7.3.3高性能引氣混凝土路面板的抹面，宜從低處向高處推抹。不能反復(fù)抹壓，不能撒水或者水泥。注意保持混凝土的含氣量。
7.3.4對于自流平的路面板，骨料凸露；另一方面由于高性能引氣混凝土的自身粘聚力較大，不易拉毛，防滑構(gòu)造宜采取刻槽的方法。
7.3.5高性能引氣混凝土由于強度增長較快，其路面板的切縫和拆模要根據(jù)經(jīng)驗并實地觀察，準(zhǔn)確掌握合適的時間，防止斷板的產(chǎn)生。
7.3.6高性能引氣混凝土路面板拆模后，應(yīng)立即進行覆蓋養(yǎng)護（如覆蓋草袋、噴灑養(yǎng)護劑），并一直保持潮濕養(yǎng)護28天。
8高性能引氣混凝土的質(zhì)量檢驗和管理
8.1高性能引氣混凝土的原材料必須經(jīng)檢驗合格，并保持一進料一檢驗，保證質(zhì)量相對穩(wěn)定。如有產(chǎn)地及檢驗數(shù)據(jù)超出規(guī)定范圍時，都要修正混凝土配合比。
8.2高性能引氣混凝土路面施工，每天應(yīng)至少取樣兩次，測定新拌混凝土的坍落度、濕容重和含氣量，并制作抗彎拉試件各一組，齡期為28天。
8.3高性能引氣混凝土路面的評比、驗收，除采用正常標(biāo)準(zhǔn)外，要增加混凝土氣泡間距系數(shù)的檢測和取芯進行抗凍融試驗。
附錄
A(條文說明)
高性能引氣混凝土的配制及路面施工
A·1定義
按國外資料和發(fā)展技術(shù)，所謂高性能混凝土，是指抗壓強度大于50Mpa(C50)，水膠比小于0.38，坍落度在18～21cm的高強度、高流動性和高耐久性的混凝土。但根據(jù)我國和我省的目前實際情況，水泥混凝土路面的設(shè)計抗彎拉強度一般在4.0～5.0Mpa之間，個別特重交通的特殊路段，才能使用標(biāo)準(zhǔn)值為5.5Mpa的抗彎拉強度。與其相對應(yīng)的混凝土抗壓強度也都在C50以下。即使考慮到將來的發(fā)展，在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，我們的水泥混凝土路面也只不過是普及5.5和6.0Mpa的抗彎拉強度。所使用的混凝土抗壓強度也只不過是C50、C60乃至C70，不會有大量的混凝土超過C70。因此，我們把高性能引氣混凝土定義在C40～C80，對于引氣混凝土的普及和提高都有指導(dǎo)意義。
A·2應(yīng)用范圍
根據(jù)目前情況，我國水泥混凝土路面以素混凝土為主，壽命較短，特別是寒冷地區(qū)，斷裂破壞較為嚴(yán)重。為了提高其耐久性，首先就要提高混凝土的抗彎拉強度。但當(dāng)混凝土超過C50以后，折壓比相對變小，用素混凝土提高抗彎拉強度無疑很不經(jīng)濟。因此，發(fā)展鋼筋混凝土路面勢在必行。另外，在橋墩和橋面工程中，耐久性要求較高。這些都需要使用高性能引氣混凝土。因此，高性能引氣混凝土的發(fā)展，前景可觀。
A·3配制技術(shù)
由定義可知，在目前和今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，我國的水泥混凝土路面大量使用的將是C40、C50和C60的混凝土，個別的能達到C70以上。因此，能配制到C80，引氣混凝土基本夠用。
另外，在國外，C40的混凝土早已被看作是普通混凝土。而在我國，特別是在公路建設(shè)方面，C40的混凝土正是目前用量最大的部分。因此，我們把它定義在高性能引氣混凝土中，具有現(xiàn)實意義。同樣的道理，考慮到經(jīng)濟性，高性能引氣混凝土的水膠比也從0.38放寬到0.40(目前國際上把0.38的水膠比作為高性能混凝土的最大水膠比)。
A·4原材料
因為高性能引氣混凝土配制技術(shù)較難，所以對原材料的要求較為嚴(yán)格，以免造成浪費和損失。
A·4·1水泥要求必須是硅酸鹽水泥，鋁酸三鈣的含量要低于5%，否則將會導(dǎo)致過量摻加引氣劑和減水劑；砂的要求為I級河砂，并對視比重和吸水率作了限制，目的也是為了提高強度和耐久性。
A·4·2首次提出粗骨料細(xì)度模量Mz，目的是便于了解和掌握骨料質(zhì)量系數(shù)K：
K＝Mz·(50-P)
式中：K－骨料質(zhì)量系數(shù)，
Mz－骨料的細(xì)度模量，
P－骨料的空隙體積百分率。
K值大，骨料質(zhì)量高、級配好。因為根據(jù)我省情況，骨料一般粒徑較大，如果級配再不好，將難以配制合格的高性能引氣混凝土。
A·4·3粉煤灰要求為I級(磨細(xì)、分選)粉煤灰，并對SiO2和Al2O3的含量作了規(guī)定，也是為了提高混凝土的耐久性。高效減水劑要求減水率大于20%；引氣劑要求每增加1/萬的摻量，引氣量的增加值要大于0.5%。
A·4·4其他未作規(guī)定，即按當(dāng)前國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施行。
A·5高性能引氣混凝土配合比設(shè)計
A·5·1由前所述可知，我們把高性能引氣混凝土定義在C40～C80。據(jù)分析，真正常用的是C40、C50和C60混凝土。根據(jù)國內(nèi)外資料和我們的試驗結(jié)果，當(dāng)混凝土不超過C80，特別是在C70及其以下時，基本遵從普通混凝土的水灰比與強度的線形關(guān)系。這就給我們配合比的設(shè)計帶來方便。因此，我們?nèi)匀挥媒?jīng)驗式的線形關(guān)系計算式來計算水膠比和水泥用量。當(dāng)然，它們遵從的程度及范圍和普通混凝土不同。為此，我們又做了一些限制，即把計算結(jié)果限定在必要的范圍之內(nèi)。例如水膠比、膠結(jié)材料用量及用水量等。
A·5·2關(guān)于計算水膠比和膠結(jié)材料用量的兩個關(guān)系式，是我們根據(jù)試驗，自己推導(dǎo)出來的。雖然它不是十分理想，但對我們定義的主要部分，例如水膠比在0.38～0.30之間；水泥用量在380～620Kg/m3之間較為適宜。
A·5·3據(jù)了解，高性能混凝土配合比的設(shè)計，國內(nèi)外都是靠試拌、試配和調(diào)整來解決。我們也主要是通過試拌、試配解決。在國外，粗骨料的用量很大，占混凝土體積的0.44～0.71；國內(nèi)的推薦值為混凝土密實體積的0.4。我們沒有采用這種作法，我們認(rèn)為，既然這一部分高性能引氣混凝土遵從普通混凝土的一些規(guī)律，就不如還利用普通混凝土配合比設(shè)計的一些作法來解決。例如利用試拌選取合理砂率；利用試配選取實際水膠比以及粗骨料的計算等。
A·5·4粉煤灰的摻量或取代量是按國內(nèi)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，高效減水劑和引氣劑的摻量，要經(jīng)過幾次反復(fù)試驗才能解決，不能僅依靠原材料說明書中列出的推薦用量，因為它們不但對混凝土的強度、坍落度及含氣量有影響，且互相之間也有影響。
A·6高性能引氣混凝土的路面施工
高性能引氣混凝土的攪拌、運輸基本同普通引氣混凝土，只是攤鋪有所區(qū)別，因其坍落度大，易于流淌，施工時要十分注意。如果處理得當(dāng)，充分利用其自流平、自密實的特點，施工倒也簡單。它也同普通引氣混凝土一樣，不宜強振和過振，一般情況下，不用振搗，即使需要振搗的地方，也只能輕輕一振既可。高性能引氣混凝土強度增長快，但抹平、拉毛較難，養(yǎng)護時間長。
總之，高性能引氣混凝土的路面施工，我們經(jīng)驗也不多，只是通過兩次試驗路的施工總結(jié)出來的，更切合實際的條文要在今后的應(yīng)用中產(chǎn)生。之所以提前出規(guī)程，也正是為了拋磚引玉，推廣應(yīng)用高性能引氣混凝土。
