摘　要:結(jié)合水泥混凝土路面滑模施工工程,討論引氣劑在水泥混凝土路面工程中的作用,分析道路混凝土使用引氣劑的經(jīng)濟效益,提出道路引氣量的施工控制技術(shù),工程實例證明引氣混凝土是技術(shù)上可行且經(jīng)濟上合理的路面結(jié)構(gòu)體。

　　關(guān)鍵詞:引氣劑;水泥混凝土;路面工程;滑模施工

　　1　引氣劑在水泥混凝土路面工程中的作用機理

　　1.1　改善道路混凝土工作性和流變性
　　由于引氣劑具有減水作用,在混凝土中產(chǎn)生大量直徑在微米量級的微氣泡具有潤滑作用,使引氣混凝土塌落度增加。試驗證明,隨著混凝土含氣量的增加,坍落度線性增大。引氣劑改善了新拌混凝土的靜態(tài)流動性和可塑性,具有較好的易密性?；炷林屑尤胍龤鈩?隨著含氣量的增加,新拌混凝土內(nèi)部表面張力增加,拌和物粘聚性增加,振動粘度系數(shù)增加,有利于防止混凝土在運輸、卸料、攤鋪過程中發(fā)生離析和泌水現(xiàn)象。工程實踐證明:

　　①含氣量超過3%時,混凝土內(nèi)部表面張力仍在上升,而氣泡的特殊效益的作用更大,導(dǎo)致振動粘度系數(shù)下降;

　?、谖⒅樽饔糜欣谛掳杌炷凛^快地被振搗密實,易密性提高,有利于防止滑模混凝土路面出現(xiàn)麻面現(xiàn)象。引氣混凝土的可滑性、穩(wěn)定性、易密性和振動流變性能大大改善;

　　③引氣劑混凝土的泌水和離析減少,表明其具有較大的內(nèi)聚性,混合料的穩(wěn)定性大大增加,施工得到的混凝土勻質(zhì)性將更好,有助于改善硬化后的混凝土力學(xué)性能、路面板的抗破壞能力及耐久性。從工程實踐可知,道路混凝土往往要求在低流動性和小坍落度條件下施工,其密實度受工作性優(yōu)劣的影響比其他大流動性混凝土要大得多,由此說明提出道路混凝土廣泛使用引氣劑是很有必要的。

　　1.2　降低道路混凝土抗折彈性模量

　　從實驗得知,混凝土加入引氣劑,隨著含氣量的增加,混凝土的抗折彈性模量下降較快。由此可以看出,對道路混凝土的剛性路面來說,在不降低抗折強度的條件下,降低材料的剛性和增加其柔韌性,解決剛性與強度之間的矛盾,只有摻加引氣劑才能夠?qū)崿F(xiàn)。降低混凝土路面抗折彈性模量的優(yōu)點:①當荷載、干濕、溫度等引起的翹曲變形一定時,混凝土路面板內(nèi)產(chǎn)生的彎曲疲勞應(yīng)力水平低,翹曲循環(huán)破壞的幾率小,有利于保持各種因素作用的路面完好率;②當荷載應(yīng)力一定時,抗折彈性模量小,彎拉應(yīng)變大,路面的柔韌性好,有利于降低材料脆性、混凝土路面剛度,提高道路的行車舒適性。

　　1.3　減少道路混凝土干縮變形

　　道路混凝土的干縮變形一般占溫度和濕度應(yīng)變的大部分,因此混凝土的變形性質(zhì)僅指其干濕變形。在控制混凝土的水泥用量和坍落度的條件下,從實驗可知,由于引氣劑的減水作用,使單位用水量減少,混凝土28 d的干縮存在一個低谷,大約在含氣量2%~4%時,干縮變形現(xiàn)象明顯減小,6%的含氣量與非引氣劑混凝土干縮變形相同,符合國內(nèi)外的一般實驗規(guī)律。分析其試驗現(xiàn)象可知:①含氣量在4%以內(nèi),混凝土的干縮變形取決于單位用水量和水灰比。在50%的相對濕度條件下,硬化混凝土干縮產(chǎn)生的原因是由于水分從水泥漿中毛細孔散失,毛細孔水分的表面張力對孔壁所產(chǎn)生的拉力所致。單位用水量大,保留在毛細孔中的水分多,可供散失的水分多,則干縮大,反之干縮變形小;②含氣量超過6%時,毛細孔水分散失的速度不取決于單位用水量,而是逐漸決定于氣泡的間隔厚度,即氣泡間距大大減小,水分散失速度加快,干縮變形因含氣量太大而增加;③在6%含氣量范圍內(nèi),干縮變形均不會比非引氣混凝土大;④干縮變形最小的含氣量為2%~4%,與抗折強度峰值基本一致,兩者均具有一個最佳含氣量,有利于控制兩者同時達到。

　　1.4　減少混凝土熱擴散系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)

　　混凝土的溫度變形比干縮變形小一個數(shù)量級。從國外的研究可知,若含氣量增加,則混凝土的熱擴散系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)減小。研究成果表明,對于暴露在日照下的水泥路面結(jié)構(gòu),采取減少混凝土溫升應(yīng)力和溫度翹曲變形是有利的。我國現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定,確定路面厚度時78中國農(nóng)村水利水電•2005年第8期必須考慮由于溫度翹曲應(yīng)力疲勞對路面使用性能的影響。因此,在水泥混凝土滑模攤鋪過程中,摻入引氣劑,勢必使路面混凝土的熱擴散系數(shù)及熱傳導(dǎo)系數(shù)變小。結(jié)果,在強烈日照條件下,將高熱量阻隔在路面結(jié)構(gòu)以外,無疑將減少溫度翹曲變形和計算溫度疲勞應(yīng)力值,改善了路面結(jié)構(gòu)的耐熱性,對延長水泥混凝土路面的使用壽命是有益的。

　　1.5　引氣混凝土可滿足設(shè)計抗折強度和施工抗折強度保證率要求從工程實驗可知:①引氣礫石混凝土抗折強度與含氣量之間表現(xiàn)為二次方關(guān)系;②抗折強度較高時的含氣量大約為3%~6%;③引氣與不引氣的礫石混凝土抗折強度相比,抗折強度可提高15%~20%。工程實踐證明,上述試驗結(jié)果在一般的混凝土強度范圍內(nèi)具有普遍性,是引氣混凝土材料的基本規(guī)律。特別是礫石混凝土提高抗折強度極為困難的條件下,引氣混凝土抗折強度可提高15%~20%,使道路混凝土不僅滿足設(shè)計抗折強度的要求,而且滿足一定的施工強度保證率,提供了一種經(jīng)濟合理且簡易可行的方法。引氣混凝土的抗折強度為什么可以有較大的提高?其理由是:①混凝土的抗折破壞主要是受彎拉應(yīng)力控制,而彎拉應(yīng)力對混凝土界面結(jié)構(gòu)和勻質(zhì)性更敏感;②含氣量在3%~5%時,由于水泥漿總體積增大,工作性改善,離析和泌水減少,引氣混凝土均勻性高,抗拉強度和抗折強度都受弱截面的材料控制。很顯然,引氣混凝土均勻性提高,其抗折強度離散性就小,則抗折強度提高;③適宜的含氣量范圍,生成氣泡占用或奪取本來聚集在界面區(qū)的水分,使界面結(jié)構(gòu)改善,增強了界面的抗拉能力,提高了抗折強度。

　　在混凝土中加入引氣劑,引氣混凝土除了具有上述作用機理之外,還有對混凝土抗磨性影響并不大,有利于提高混凝土抗?jié)B性,緩解硫酸鹽侵蝕和堿集料反應(yīng)化學(xué)膨脹性破壞的作用。

　　2　引氣劑的使用經(jīng)濟效益

　　在混凝土加入引氣劑的用量很小,費用很低,而引氣混凝土具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。例如,將混凝土含氣量控制在4%,將使混凝土總量節(jié)省4%,引氣劑的費用大約僅占節(jié)省混凝土費用的1/4~1/3。因此,道路混凝土采用引氣劑,不僅技術(shù)上先進,經(jīng)濟上也具有相當顯著的效益。

　　3　道路混凝土含氣量的施工控制技術(shù)

　　3.1　確定含氣量與引氣劑摻量的關(guān)系

　　根據(jù)實驗可知,碎石混凝土或礫石混凝土,采用某種引氣劑和特定的攪拌工藝,引氣劑摻量與含氣量之間的關(guān)系顯示正比線性。因此,控制水泥混凝土含氣量,必須根據(jù)水泥混凝土路面工程的實際和可能,按使用經(jīng)驗技術(shù)要求選擇適宜的引氣劑種類,通過試驗將適宜含氣量對應(yīng)的引氣劑劑量范圍確定。從工程實踐可知,當水泥混凝土路面工程選定了原材料和配合比,并確定了采用某種引氣劑后,欲達到的含氣量均可以通過引氣劑使用劑量的調(diào)整加以實現(xiàn)。這是目前國內(nèi)外所采用的最重要的最便捷的含氣量調(diào)控手段。

　　3.2　道路混凝土配合比設(shè)計中考慮引氣劑的影響道路引氣水泥混凝土配合比設(shè)計計算時,如采用體積法計算,應(yīng)計入含氣量的體積百分比。同時,要修正普通混凝土配合比設(shè)計所得參數(shù),即根據(jù)氣候條件和路面性能對含氣量的要求,根據(jù)粗集料最大粒徑,選定和調(diào)整適宜于砂的細度模數(shù)、坍落度不同和不同含氣量的砂率和單位用水量。

　　3.3　及時監(jiān)測和調(diào)整原材料及配合比變化對含氣量的影響從實驗可知,坍落度及坍落度損失值與新拌混凝土含氣量之間存在線性關(guān)系。坍落度變動為-0.5~0.5 cm,一般屬正常測量誤差。若其變動超過此正常范圍,不僅應(yīng)尋找波動原因,而且應(yīng)同時測含氣量,看是否已發(fā)生了超過允許波動范圍(0.5%~1.0%),并隨時及時調(diào)整。因此,在水泥混凝土路面施工過程中,由于工地條件的局限性,經(jīng)常檢測含氣量往往受到限制時,作為一種輔助手段,可以將坍落度及其損失的變動作為含氣量變化的參照信號。

　　3.4　規(guī)定混凝土路面施工各環(huán)節(jié)的操作規(guī)程和工藝制度

　　從工程實踐可知,水泥混凝土路面各施工環(huán)節(jié)對含氣量有一定程度的影響,并具有一定的規(guī)律性。因此,為了控制施工過程中各個影響因素對混凝土含氣量的不利作用,只有嚴格規(guī)定混凝土攪拌制度,確定運輸、攤鋪、振搗、抹面各工藝環(huán)節(jié)的操作規(guī)程和注意事項。在此條件下,尤其注意到:①施工過程中的含氣量損失,通過攤鋪現(xiàn)場與攪拌機出口的含氣量對比測量,確定含氣量損失數(shù)量,適當加大引氣劑的摻量,使施工過程中的有限含氣量損失得以補償,滿足施工后路面混凝土預(yù)期含氣量數(shù)值;②固定施工工藝制度和操作規(guī)程,可使含氣量的施工變異最小。

　　4　工程實例

　　廣東省梅汕公路兩車道單邊寬2×4 m攤鋪水泥混凝土路面。路面工程設(shè)計要求:水泥混凝土采用集中攪拌,自卸汽車運輸,滑模攤鋪機攤鋪的現(xiàn)代施工方法。為了減少混凝土水灰比和增加混凝土工作和易性,在混凝土配合比設(shè)計中采用了2.66%的FDN-200高效減水劑,并在試驗室取得了較好的效果,同時在公路K11+000~K10+800左幅200 m實施路面混凝土攤鋪試驗路段。試驗路施工發(fā)現(xiàn):
　　①成品混凝土在運輸過程中已產(chǎn)生較嚴重的泌水離析現(xiàn)象;②攤鋪機攤鋪100 m后,從表觀上已顯示水泥混凝土路面的不均勻狀態(tài);③部分區(qū)域出現(xiàn)麻面和塌邊現(xiàn)象;④從試驗路段混凝土抗折試驗和抽芯劈裂試驗結(jié)果可知,如表1所示,混凝土的抗折強度呈不均勻分布,未能達到規(guī)范要求。根據(jù)試驗路段出現(xiàn)的情況,分析其原因,認為在混凝土中有必要加入松香系引氣劑,重新進行混凝土配合比試驗。通過改進的混凝土配合比試驗和施工可知:①引氣劑質(zhì)量檢驗的搖泡試驗應(yīng)推薦在水泥稀漿條件下的搖泡。因為試驗發(fā)現(xiàn),不同的引氣劑在水泥稀漿和水中氣泡的產(chǎn)率、細密度和穩(wěn)定性差別較大,有時會產(chǎn)生誤判,而水泥稀漿比水中更符合混凝土中的

圖2　譚家灣上游滑坡立面設(shè)計圖

圖3　譚家灣上游滑坡典型剖面設(shè)計圖

　　1.5　施　工

　　格構(gòu)錨固工程的施工順序一般為:公路邊溝→擋土墻→錨桿定位、鉆孔和注漿→格構(gòu)底梁→邊坡坡面清理→格構(gòu)分片自上而下施工。施工時格構(gòu)梁應(yīng)嵌入坡面20 cm,如有局部懸空,應(yīng)用漿砌片石填塞,砂漿找平,確保底面平整,鋼筋制作時,鋼筋應(yīng)平順,確保受力均勻。沿邊坡坡頂應(yīng)設(shè)置截水溝排泄雨水,防止雨水對坡面造成沖刷。沿坡面應(yīng)設(shè)置泄水孔,沿邊坡平臺設(shè)置平臺截水溝,排泄山間裂隙水,以避免山間裂隙銹蝕錨桿。

　　2　結(jié)　語

　　目前格構(gòu)錨固梁的設(shè)計一般按彈性地基梁上受均勻荷載計算,與實際情況不一致,應(yīng)進一步分析在錨固力作用下格構(gòu)梁的合理計算模式,包括肋柱及橫梁的應(yīng)力分布、應(yīng)力傳遞及與地基土強度間的關(guān)系等問題,以優(yōu)化格構(gòu)梁更合理的形式、間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

　　格構(gòu)錨固是一種非常經(jīng)濟、非常有應(yīng)用前景的新型支擋加固措施,具有施工不擾動邊坡,安全快捷的特點。通過在地質(zhì)災(zāi)害防治工程中的具體應(yīng)用,對國內(nèi)中、小型開挖人工邊坡和滑坡、變形體等,特別是對由松散堆積物質(zhì)構(gòu)成、削坡條件受到限制的不穩(wěn)定邊坡整治加固,這種格構(gòu)錨固技術(shù)具有較強的適應(yīng)性。格構(gòu)錨固只是抗滑支擋加固措施中的一種,一個邊坡防治工程往往要綜合應(yīng)用多種措施,因此應(yīng)將格構(gòu)錨固納入邊坡防治措施的大系統(tǒng)中,研究應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計方法,信息化施工技術(shù),更好地將格構(gòu)錨固應(yīng)用于邊坡防治中。