冬季机场道面混凝土施工强度影响因素分析研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C 0NC RE T E AND CE MEN T P RODUC T S 2 01 5 No 8 Aug us t 冬季机场道面混凝土施工强度影响因素分析研究 岑 国平 , 秦 湘辉 , 李 强 , 李 明 , 龙小勇 , 刘庆 涛 , 刘照炜 。 ( 1 空军工程大学航空航天工程学院, 西安 7 1 0 0 3 8 ; 2 中国航空港第八工程总队, 沈阳 1 1 0 0 2 1 ; 3 中国航空港建设第十工程总队, 保定 0 7 1 0 5 1 ) 摘要 : 结合实际工程 , 模 拟道 面混凝 土散热特点 ,
2、研 究了不同防冻剂掺量、 保 温措施 、 入模温度 、 环境温度对混 凝 土强度的影响规律。研 究结果表 明, 随着环境 温度 的降低 , 混凝土强度 降低 , 亚硝酸钠掺 量低 于 2 不影响混凝土 强度 。 超过 4 则对混凝 土强度造成一定损失。 采 用塑料海绵配合 电热毯 对试件进行保 温加热 、 提 高入模温度可 以有 效地提 高混凝土 强度 。多元回归分析结果表 明。 保温措施 对强度的影响 最大。 关键词 : 机场道面 ; 入模温度 ; 电热毯 ; 冬季施 工 Ab s t r a c t :C o mb i n a t i o n wi t h a c t u a l e n
3、g i n e e r i r i g ,t h e e ff e c t i n g r u l e s o f d i ff e r e n t a n t i f r e e z e a g e n t d o s a g e ,h e a t p r e s e r v a t i o n me a s u r e s ,mo l d i n g t e mp e r a t u r e , e n v i ron me n t t e mp e r a t u r e o n c o n c r e t e s t r e n g t h 8 3 e i n v e s t i g
4、a t e d t h r o u g h s i mu l a t i n g t h e h e a t d i s s i p a t i o n c h a r a c t e ri s t i c s o f p a v e me n t c o n c r e t e T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n c r e t e s t r e n g t h r e d u c e s w i t h t h e d e c r e a s i n g o f t e mp e r a t u r e s o d i u m
5、n i t r i t e c o n t e n t l e s s t h a n 2 wi l l n o t a ff e c t t h e s t r e n gth o f c o n c r e t e wh i l e s o d i u m n i t r i t e d o s a g e mo r e t h a n 4 w i l l c a u s e a c e r t a i n l o s s o f c o n c r e t e s t r e n gth T h e c o n c r e t e s tre n g t h c a n b e e n
6、h a n c e d b y a d o p t i n g p l a s t i c s p o n g e a n d e l e c t r i c b l a n k e t f o r h e a t p r e s e rva t i o n o r i n c r e a s i n g mo l d i n g t e mp e r a t u r e T h e r e s u l t o f mu h i p l e r e g r e s s i o n a n a l y s i s i n d i c a t e t h a t h e a t p r e s e
7、 r v a t i o n me a s u r e s i s t h e b i g g e s t i n fl u e n c e o n s t r e n gth Ke y w o r d s : A i o a p a v e m e n t ; Mo l d i n g t e m p e r a t u r e ; E l e c t ri c b l a n k e t ; Wi n t e r c o n s t r u c t i o n 中图分类号 : T U 7 4 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 0 8
8、8 4 0 5 0前言 我国大部分地 区冬季不 能进行道 面混凝 土施 工 温度变化对道面有一定 的损伤【 1 , 东北 、 华北 、 西 北的部分地 区及青藏高原约有半年时间不能施工 。 但在战备任务非常紧急或有其它重大 紧急事项时 , 为了保证道 面在很短 的时间 内完成施 工并 投入使 用 , 需要在冬季恶劣环境条件下进行施工。调查发 现 。冬季施工的混凝土道面很多存在表面龟裂 、 脱 皮等严重病害。主要原 因是冬季混凝土的凝结非常 缓慢 , 在 昆 凝土强度还很低时受冻 , 内部冰 晶的膨 胀压力使 混凝 土产生 裂缝而破坏闭 , 尤其在道面 的 表面更加明显和严重3 1 。因此 ,
9、探索冬季施工各因素 对混凝土强度 的影响规律 , 为实际工程施工选择相 应措施提供参考 , 已成为亟待解决的问题。 自2 0世纪 3 0年代以来 , 静水压假说和渗透压 假说两大冻融破坏机理先后被提出 , 极大地促进了 国内外对负温混凝土的研究 。我国对负温混凝土也 做 了大量 的研究, 并取得丰硕的成果 , 冰点理论 、 冰 晶理论 、 孑 L 结构理论相继被提出。1 9 8 9年何忠茂提 出了水泥水化 的热力学模型 , 此后又根据该理论 做了大量 的工作 , 对早期养护机制翻 和后期耐久性 都做了充分的研究 6 - 8 1 , 为指导冬季施工提供了理论 依据。蒋跃楠等【9 1 研究得出大体
10、积混凝土浇注后 , 水 8 4 泥水化产生大量的热量 , 形成较大温差导致混凝土 开裂。李治等人研究 了养护制度对负温混凝土的强 度 的影 响 , 研 究 结果 表 明 , 恒 负 温养 护 强 度 要 低 于 变负温养护【 l o 】 ; 目前 的养护存在诸多问题【 l 1 1 。 而养护 又直接影响混凝土强度和温缩裂缝的产生【 。杨英 姿利用扫描 电镜对负温防冻剂混凝土 的界 面显微 结构做 了研究 研究表明 , 防冻剂能提高混凝土的 强度 , 但会 降低砂浆和水泥净浆 的强度【” 1 , 巴恒静等 人通过 自主研发 的设备对防冻剂作用机理做了进 一 步研究【 。 机场道面混凝土属于干硬性
11、混凝 土 , 且为薄板 结构。结构的特点造成 了道面混凝土散热主要集 中 在上表面。以往对负温混凝土的研究大多是针对建 筑结构 对机场道面负温混凝土的研究资料相对较 少 。为了给机场道面混凝土施工提供理论依据 , 进 一 步丰富负温混凝土研究资料 。 本文针对机场道面 昆 凝土的特点 研究了防冻剂掺量 、 保温措施 、 入模 温度及环境温度对混凝土强度的影响。 1 混凝 土冬 季施工 影 响因素 冬季施工环境恶劣 ,影 响施工质 量的因素较 多。对于负温混凝土强度的影响因素可分为材料 因 素和其他外界因素。 对于材料因素 , 水泥 的强度等级 、 细度及矿物 学兔兔 w w w .x u e
12、t u t u .c o m 岑 国平 , 秦湘辉 , 李强 , 等 冬季机场道面混凝土施工强度影响因素分析研究 组成对混凝土强度影响很大 , 江 守恒【 5 1 等人的研究 成果表 明, 水泥矿物成分差异较大 , 细度也会有较 大 的差别 高细度水泥早期水化放热集 中, 有利于 提高早期强度 : 水泥用量对混凝土水化温 升也有直 接 的影 响 大量 的工程试验证 明 , 水泥水化温升与 水泥用量成正 比。此外 , 材料因素还包括集料 的性 质 、 水灰 比、 掺合料种类 、 外加剂种类等。 外界 因素包括环境温度 、 入模温度 、 结构所处 位置 、 太阳辐射 、 风速等。风速大小带走 的热
13、量是导 致大体积温度梯度过大, 产生开裂的重要因素 。 2 原 材料 及试 验 方法 2 1 原材料 水泥 : P O 4 2 5级道路硅酸盐水泥。 细 骨料 : 河砂 。 粗骨 料 : 大石 2 0 4 0 mm, 小石 5 2 0 m m, 按 6 : 4 混合。 减水剂 : 萘系减水剂。 引气剂: 十二烷引气剂。 防冻剂 : 亚硝酸钠。 根据机场道面 的要求 , 经过试拌 , 得 到不掺 防 冻剂的基准配合比如表 1 。 其 中水灰比为 0 4 2 , 砂率 3 2 , 减水剂掺量 0 2 5 , 引气剂掺量 0 1 2 。 , 均按 水泥质量计算 ( 粉剂 ) 。经测试 , 维勃稠度为
14、 2 1 s , 含 气量为 3 5 , 符合机场道面混凝土使用要求 。标准 养护条件下 试件强度见表 2 。 表 1 基准混凝土配合 比 k g m 防冻剂 抗折 强度, MP a 抗压强度, MP a 掺量 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d 2 2 试 验概述 道 面混 凝 土水 平 方 向 的尺 寸 远 大于 厚 度 , 冬 季 施工热量散失主要是上表面。为了模拟道面混凝土 在 自然环境 中的情况 。 制作 1 0 0 m mx 1 0 0 mm 4 O O m m 小梁 , 每组三根试件放入塑料泡沫保温盒防止侧面 和底 面热 量 的大量 散 失 , 上 面覆 盖 塑 料 薄膜 和
15、 保 温 材料 ,然后放入提供恒定 的负温环境冰柜中养护 。 温度传感器预先埋人混凝土内部 , 通过温度显示装 置显示 内部温度 , 并用摄像头记 录温度随时间变化 过程 , 按照相关规范进行强度试验。文中一 l d 、 一 3 d 、 一 7 d均表示在负温环境 中的养护天数 , 一 7 d + 2 8 d表示 试件在负温环境 中养护 7 d , 再转入标准养护室 中养 护 2 8 d 。 3试验 结 果及 分析 3 1 防冻剂掺量对强度的影响 选用亚硝酸钠作为冬季混凝土施工 的防冻剂 , 制备防冻剂掺量分别为 l 、 2 、 3 的三种混凝 土 试件 , 放人一 1 5 冰柜中, 监测试件
16、内部温度变化 , 试 验结果见 图 1 。由图 1 可知, 亚硝酸钠掺量为 1 时 冰点为一 1 5 。掺量为 2 时冰点为一 3 7 ,掺量为 3 时 试件 的冰点为一 4 2 。即掺量从 1 到 2 , 冰 点降低 比较明显 , 而掺量从 2 到 3 时 , 冰点降低 不多 赠 养护时间, l l O 2 4 6 8 1 O 1 2 1 4 1 6 1 8 2 O 2 2 图 1 掺防冻剂时混凝土内部温度变化曲线 根据不同防冻剂掺量 内部温度变化试验结果 , 选择 防冻剂掺量为 0 、 2 、 4 三种试件 ,分别在标 养 、 一 5 、 一 I O C 种环境温度下进行养护 , 测试各龄
17、 期试件强度 , 试验结果见表 3 。由试验结果可知 , 标 养环境下 , 掺量 2 的试件强度较不掺略有增长 , 而 掺量 4 的试件强度较不掺略有下降 :在一 5 的环 境温度中养护 7 d 掺量 2 的试件强度要高于掺量 4 的试件 ; 当环境温度下 降到一 l 0 时 , 掺量 2 的 试件强度要低 于掺量 4 的试件强度。这说明防冻 剂掺量在 2 以内时不影响混凝土的强度 ,当掺量 表 3 不 同防冻剂掺量下混凝土的强度 一 8 5一 0 o c r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 2期 超过
18、4 时 。 会对混凝土强度造成一定损失 , 环境较 为 恶劣 的情 况 下 , 增加 防 冻剂 掺 量可 以在一 定 程度 上减缓冻害损失。因此, 在实际工程中, 环境温度高 于一 l 0 时 , 防冻剂掺量宜为 2 , 低于一 1 0 , 可以适 当增加防冻剂掺量 。 3 2 保温措施对强度的影响 在混凝土冬季施工过程中 。 养护时的保温加热 措施是提高混凝土强度 , 防止出现冻害的关键。本 文对成型的混凝土试件分别采取塑料薄膜 ( P C A) 、 塑料 薄膜+ 棉被 ( P C M) 、 塑料薄膜+ 橡塑海绵 ( P C J ) 三种保温处理措施 , 比较分析棉被和橡塑海绵的保 温效果
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