论严寒地区碾压混凝土抗冻性分析.pdf

2 0 1 5年第 2期 ( 第 4 3 卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 2 2 01 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 文章编号： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 2 4 0 3 论严寒地 区碾压混凝 土抗冻性分析 田雪竹 ( 新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局， 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ) 摘要： 高效能引气剂是碾压混凝土解决抗冻性的首要选择。文章结合新疆北部某碾压混凝 土重力坝混凝土抗冻性能的研究 ， 针对不同引气剂品种、 原材料、 配合 比和施工工艺对混凝土 含气量的影响进行了系列试验研究。在兼顾引气效果和成本的前提下 ， 确定了适用于高寒地 区碾压混凝土的引气剂。探讨比较了不同水泥混凝土混合料中所用的水与水泥重量的比值对 混凝土中产生气泡大小和距离的影响。施工技术人员为了提高混凝土单位体积中空气的体积 百分比， 对施工工艺也提出了要求。文章所得结论可为高寒地区的修建碾压混凝土建筑物提 高抗冻性能提供参考。 关键词： 碾压混凝土； 抗冻性 ； 耐久性 ； 引气剂 中图分类号： T V 4 3 1 文献标识码： B 0 引 言 验验证。 新疆严寒地 区某水利碾压混凝土大坝 ， 大坝下 游面和坝基间的接触地区多年来平均气温为零上 2 7， 常年来这一地区最低和最高温度相差为 一 4 9 8， 一年之中有半年气温5 o C， 有4个多月 气温0 ， 将近 3个月的气温 一1 O。根据这 一 地 区的水文资料和气象数据分析 ， 在做 大坝初 步 设计时就把混凝土的物理参数和不同部位的碾压混 凝土的抗冻性性能指标相结合 。大坝 内部碾压混凝 土的抗冻指标为 F 5 0 ， 大坝上游死水位6 8 0 m以下区 域碾压混凝土对应抗冻指标为 F 1 0 0 ， 大坝下游水位 变化区域 以上对应碾压混凝土抗冻指标为 F 2 0 0， 大 坝上游水位变化区域及对应碾压混凝土抗冻指标为 F 3 0 0 。而在拌和混凝土的时候引入气体， 形成微小 稳定的气泡将会提高和改善碾压混凝土的抗冻性指 标。但影响碾压混凝土单位体积中空气的体积百分 比的大小 因素较多， 结合水库大坝施工实际， 通过对 引气剂种类 、 原材料选择 、 水灰 比试 验、 投递原料的 次序研究、 拌制混凝土的时间以及汽车运输 、 摊铺等 影响混凝土单位体积中空气的体积百分比的相关因 素和对冻融性能的影响进行讨论研究并展开相关试 1 引气剂对碾压混凝土单位体积中空气的 体积百分比的影响 1 1 多样引气剂品种试验分析 在混凝土中产生大量的微小封 闭、 均匀 、 互不连 通、 稳定性高的气泡来用以抵抗冻融破坏， 这就需要 在拌制混凝土时加入气泡结构好， 气泡半径小， 抗冻 指标高的引气剂， 表 1 是此次试验分析和比较。 表 1 引气剂效能分析 从表 1可以看出 ： 以上试验得到的性能指标 中 收稿 日期 2 0 1 41 21 5 作者简介 田雪竹( 1 9 8 1一) ， 女 ， 重庆人 ， 工程师， 研究方向为运行管理与安全监测。 一 2 4 田雪竹： 论严寒地区碾压混凝土抗冻性分析 第 2 期 起泡容量和表面张力变化较大 ， 反 映引气 剂对碾压 混凝土施工能产生明显的作用。 1 2 引气剂对碾压混凝土单位体积中空气的体积 百分 比造成损失 的影 响 掺用同等比例的引气剂对碾压混凝土单位体积 中空气的体积百分比的损失进行试验， 结果见表2 。 表 2 引气剂品种与 F 2 0 0碾压混凝经时含气量损失结果 从表 2可以看出： 聚羧酸合成类引气剂( 一 A E ) 引气量最大 ， 不 同经时含气量 的损失最小 ； 松香 聚合类( N E A 3 ) 引气量最小， 不同经时含气量的损失 最大。三萜皂甙类 ( z Y _ _ 9 9 H) 非离子型引气剂次 之。兼顾引气效果和成本的情况下 ， 可选用 N E A 3 。 1 3 适宜混凝土单位体积中空气的体积百分比的 参数 严寒地区的混凝士水工建筑物， 普遍存在为预 防和避免冻融所必需的最小气泡体积。通常情况 下， 选择和常态混凝土拌和物砂浆体积之比l ： 1 0 ， 并 且和混凝土中水泥含量、 骨料最大粒径都毫无关系； 当需要用整个拌和物的混凝土单位体积中空气 的体 积百分 比来表示时 ， 所需混凝土单位体积 中空气 的 体积百分比大小跟骨料的最大粒径变化成正 比 J 。 通过试验研究及参照成熟经验 ， 确定 了适 用于本工 程的各种混凝土适宜的混凝土单位体积中空气的体 积百分比物理参数， 可以借鉴国家规范 水工混 凝土施工规范( S D J 2 0 7 -8 2 ) 。 表 3 不同级配及抗冻指标的碾压混凝土适宜含气量 S D J 2 0 7 8 2 本项 目的适宜含气萤 运用的引气剂气泡微小 、 互不相连且稳定均匀 ， 这样会改善 和提高严 寒地 区碾压 混凝 土的抗冻 性 能。工程试 验研究 得到 ， N E A 3引气剂气 泡体积 较 大 ， 直径数据在 0 0 7 0 8 m m， 相对气泡体积较大， 不稳定会造成挥发较快， 对混凝土抗冻融相当不利； z Y _ _ 9 9 H、 T Y A E引气剂气泡直径数据在 0 0 2 0 2 mm， 气泡体积合适 ， 稳定 不易挥发 ， 对混凝土抗 冻融相当有利。 引气剂气泡与气泡之 间的距离也是影响混凝土 抗冻控制指标的关键所在。通常情况下， 相同强度 等级或物理参数的混凝土， 引气剂气泡之间的距离 与混凝土耐久性 系数成反 比。以上试验 结果表 明： r Y A E引气剂 ， 当碾压混凝土单位体积中空气的体 积百分 比 0 0 4时 ，引气 剂 气 泡 之 间 的距 离 0 2 mm， 此时的混凝土的抗 冻融耐久性打 到优 良状 态 ； z Y - 9 9 H引气剂当碾压混凝土单位体积中空气 的体 积百分 比 5 ， 引气剂 气泡 之 间距 离 6 ， 引气剂气泡之 间距离 0 2 m m， 所 以当碾 压混凝土处于任何一种状态中， 抗冻融耐久性都是 优 良状态 ， 其 引气剂气泡之 间的距 离与混凝土单位 体积中空气的体积百分比的关系见图 1 。 2 4 6 8 1 O l 2 低塑性混凝土含气量 图 1 低塑性混凝土单位体积中空气的体积 百分比与引气剂气泡之间距离的关系 2 混凝土三个基本参数( 水泥用量、 砂用量、 骨料 ( 碎石 ) 用量 ， 另外还有水 的用量 ) 及 施工过程对单位体积中空气的体积百 分比的影响 2 1 拌制水泥浆、 砂浆、 混凝土时所用的水和水泥 的重量之比就是水灰 比 水灰比影响混凝 土的流变性能、 水 泥浆凝聚结 构以及其硬化后的密实度 ， 因而在组成材料 给定的 一 2 5 一 帐 遥裂 加 1 5年第 2期 ( 第 4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 2 201 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 情况下， 水灰比是决定混凝土强度、 耐久性和其他一 系列物理力学性能的主要参数。对某种水泥就有一 个最适宜的比值， 过大或过小都会使强度等性能受 到影响。 水灰比按同品种水泥固定。硅酸盐水泥、 普 通硅酸盐水泥、 矿渣水泥为 0 4 4；火山灰水泥、 粉煤 灰水泥为 0 4 6 。 虽然碾压混凝土的抗冻融耐久性不受水灰 比的 影响， 但引气剂气泡外形大小 和之间的距 离受水灰 比的影响不可忽视。施工技术人员通过试验研究发 现 ： 混凝土引气剂气泡外形大小与混凝土水灰 比的 变化成正比， 同理 ， 混凝土水灰 比对引气剂气泡之 间 的距离关系也是如此。 由此可得， 混凝土的水灰 比越大 ， 反而会影响混 凝土的抗冻融耐久性 ， 应该相适应 的增加引气剂 的 含量。引气剂气泡外形大小和气泡之间的距离与混 凝土单位体积中空气的体积百分比关系密切， 当混 凝土单位体积中空气的体积百分比为固定值时， 引 气剂气泡外形 大小越小 ， 产生 的引气剂气泡数 量就 会越多 ， 反之引气剂气泡之间的距离就越小 ； 如果引 气剂气泡外形大小为固定值时， 反之混凝土单位体 积中空气的体积百分 比越 大， 产生引气剂产生的气 泡之间的距 离就 越小 ， 混 凝 土抗冻 融耐 久 性反 而 越好。 2 2 混凝土投递原材料 的顺序与其拌和制作时 间 的关系分析 施工技术人员在搅拌混凝土时对原材料 的投放 顺序做了改变 ， 从 而发现这也会造成混凝土 的引气 剂气泡含量的变化。试验结果见表 4 。 表 4 投料顺序、 搅拌延时对 F 5 0 碾压混凝土含气量的影响 从表 4中可 以看 出： 在做第二次投放原材料顺 序变化时 ， 引气剂气泡含量也相应大大增加 ， 与此同 时， 混凝土单位体积中空气的体积百分比也随着拌 合物拌合制作时间的延长而有所提高和增长， 不过 一 2 6 一 这个延长时间也要适可而止 ， 以免过犹不及 ， 这就需 要确定混凝土。 2 3 混凝土拌合物的运输 、 摊铺与碾压时间的试验 研究分析 当混凝土拌合物拌合制作完毕后 ， 被汽车运输 到施工现场， 进行及时摊铺和碾压， 这些工序环节所 需时间很关键 ， 经研究发现将会 直接导致混凝土单 位体积中空气 的体积百分 比减小 。对于松香酸钠型 引气剂 ， 通过试验调整掺量 、 汽车运输 、 拌合物摊铺 及碾压环节， 得到以下结论： 汽车运输距离 2 k m， 混凝土单位体积中空气 的体积百分 比的减少 0 0 1 ， 汽车运输时间 6 m i n ， 对混凝土单位体积中空气 的体积百分 比的减少影响 并不大； 混凝土拌合物被摊铺和等待碾压的时段 ， 对 混凝土单位体积中空气的体积百分比的减少有不可 忽略的影响， 混凝土拌合物被摊铺 的时间越长 ， 混凝 土单位体积中空气的体积百分 比会 降低 1 2 ， 这就说明必须 加快混凝土被摊铺 的时 间； 在混凝土 拌合物被碾压时， 混凝土单位体积中空气的体积百 分比会受到些许影响， 降低范围O 5 。 3 结论 新疆严寒地 区某水利碾 压混凝 土大坝， 通过施 工技术人员对碾压混凝土 的抗冻融耐久性 的试验研 究 ， 碾压混凝 土在施工时抗冻性能指标要达 到设计 值 ， 在原材料中粉煤灰所 占比例较大 ， 引气剂的掺量 就会 比常态混凝土多出 91 1 倍 。 对于混凝土单位体积中空气的体积百分比的损 失， 通常会出现在混凝土拌合物被摊铺及等待被碾 压时段 ， 所 以在施工过程 中一定要引起重视 ； 在炎热 季节 出机 口温度 也要适宜控制 ， 混凝 土本 身的温度 与混凝土单位体积中空气的体积百分比关系也相当 密切 ， 所 以在施工过程 中施工仓 的环境也是 提高和 改善混凝土单位体积中空气 的体积百分 比不可或缺 的因素。 参考文献： 1 李文森 ， 栗永基 岩滩水电站大坝水环境检测及水质初步 分析 J 红河水， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 0 2 ) ： 1 7 2 1 2 纪国晋， 姜荣梅， 姜福田影响碾压混凝土含气量的试验 研究 J ， 水 力发电 ， 2 0 0 7 ， 3 3 ( 0 4 ) ： 6 2 6 4