防水混凝土在桥面铺装中的应用

2013-04-17石爱云

交通运输研究 2013年9期

石爱云

（邯郸市交通运输局公路工程二处，河北邯郸 056002）

防水混凝土是以调整混凝土的配合比，掺外加剂或使用新品种水泥等方法提高自身的密实性、憎水性和抗渗性，使其满足抗渗压力大于0.6MPa的不透水性混凝土[1]。防水混凝土一般分为普通防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土三大类。防水混凝土作为刚性防水材料与其他柔性防水材料相比，具有以下优点：兼有防水和承重两种功能，能节约材料，加快施工速度；材料来源广泛，成本低廉；在结构造型复杂的情况下，施工简便、防水性能可靠；渗漏易于检查，便于修补；耐久性好；可改善劳动条件。

随着高等级公路的修建，桥面防水混凝土的使用也迅速普及，几乎大、中桥桥面只要采用刚性铺装层，都使用防水混凝土，这对于提高结构物的使用品质及延长其寿命无疑有诸多好处[2]。但实际应用效果不尽理想，仍有裂纹产生，甚至出现开裂、断角、坑洞等病害。这与桥面铺装层所处的特殊受力环境有很大的关系。本文将通过室内试验对防水混凝土的路用性能进行研究。

1 防水混凝土配合比设计

普通防水混凝土的配合比设计方法、步骤、计算均与普通混凝土配合比设计相同。但其参数要求有所不同，主要表现在以下几个方面：

a）每立方米混凝土最小水泥用量不宜少于320kg（包括细掺料）；

b）砂率一般不宜小于35%；

c）灰砂比一般要求为1∶2～1∶2.5，对于高强抗渗混凝土，水泥用量较多时，可少于1∶2；

d）水灰比应限制在0.6以下；

e）掺有引气剂时，含气量宜控制在3%～5%。

2 配合比设计方案

初拟按强度等级为C45，坍落度30mm～50mm，砂率39%，设计普通防水混凝土作为基准混凝土，掺HSP高效减水剂的混凝土配比设计是在基准混凝土基础上进行的。具体配合比方案见表1。

3 防水混凝土的路用性能

3.1 强度

将成型好的立方体试件（150mm×150mm×150mm）在标准条件下养护到一定龄期后，按照《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ 053—94）规定的规定方法测定混凝土28d抗压强度与抗折强度。防水混凝土的强度测定结果见表2。

由表2可以得出如下结论：

a）普通防水混凝土和掺HSP高效减水剂的防水混凝土的强度随龄期的发展规律与普通混凝土相似[3]，均随着龄期的增加而增加，掺HSP高效减水剂的防水混凝土，在与普通防水混凝土工作性基本相当的情况下可减水15%；

b）掺HSP高效减水剂的防水混凝土的强度均比普通防水混凝土有明显提高，抗折强度28d提高6%，抗压强度7d提高9.7%，28d提高8%，掺HSP高效减水剂的防水混凝土脆性系数比普通防水混凝土降低3.8%。

3.2 收缩性能

收缩是混凝土一种重要的物理性质，它对混凝土面层的抗裂性和接缝布设均具有重要的影响[4]。实验按照《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ 053—94）规定，用100mm×100mm×515mm试件，经标准条件养护后，放在温度为20±2℃，相对湿度为60%±5%条件下，测定7d、14d、28d、60d、90d和180d等不同龄期的收缩率。防水混凝土的收缩测定结果见图1。

由图1可以得出如下结果：

a）普通防水混凝土和掺HSP高效减水剂的防水混凝土的收缩率随龄期的发展规律与普通混凝土相似，均随着龄期的增加而增加，掺HSP高效减水剂的防水混凝土，各龄期的收缩率均比普通防水混凝土减小；

b）普通防水混凝土6个月龄期的收缩率分别是其14d龄期的2倍、28d龄期的1.4倍、45d龄期的1.1倍，掺HSP高效减水剂的防水混凝土6个月龄期的收缩率分别是其14d龄期的1.9倍、28d龄期的1.4倍、45d龄期的1.1倍。

3.3 耐磨性

防水混凝土的耐磨性试验结果见表3，由表3可知：掺HSP高效减水剂的防水混凝土的耐磨性比普通防水混凝土明显提高，其单位面积磨损量比普通防水混凝土减少7.6%。

3.4 抗渗性

防水混凝土的抗渗性试验结果见表4，由表4可知：掺HSP高效减水剂的防水混凝土的抗渗性比普通防水混凝土明显提高，其渗水高度比普通防水混凝土减少26%。

3.5 弯曲韧性

防水混凝土的弯曲韧性试验结果见表5，由表5可以得出：掺HSP高效减水剂的防水混凝土的弯曲韧性比普通防水混凝土明显提高，其弯曲韧性比普通防水混凝土提高34.6%。

4 HSP高效减水剂对混凝土的改性机理

4.1 塑化作用与减水作用

试验表明，掺入1%HSP后，混凝土的和易性明显变好，减水率达15%。这是因为HSP掺入混凝土后，产生了吸附、分散、润湿和润滑的作用之故[5]。HSP的主要成份是β—萘磺酸甲醛缩合物，它所具有的极性磺酸基团（—SO3H）对水泥的分散性特别好。由于表面活性剂分子的定向吸附，使水泥质点表面上带有相同符号的电荷，于是在电性斥力作用下，不但使水泥—水体系处于相对稳定的悬浮状态，并使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，使絮凝状凝聚体内的游离水释放出来，从而达到减水的目的。

另外，极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，很容易和水分子以氢键形式缔合，这种氢键缔合作用的作用力远远大于水分子与水泥颗粒间的分子引力。当水泥颗粒吸附足够的HSP减水剂后，借助于R－与水分子中氢键的缔合作用，再加上水分子间的氢键缔合，使水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，这层膜起到了立体保护作用，阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用[6]。正是由于这种吸附分散作用，湿润和润滑作用，只需少量水就能容易地将混凝土拌和均匀，从而改善了新拌混凝土的和易性。

4.2 对硬化混凝土性能的影响

混凝土的强度主要取决于水泥的强度及水灰比。著名的鲍罗米公式就是依据水泥强度与灰水比计算的经验公式。由于HSP高效减水剂的加入，使混凝土的水灰比下降，从而使水泥石内部孔隙率明显减少，结构更为致密，因而强度和耐磨性显著提高，收缩值也会变小。而收缩值的减小，可使层间粘结性能提高，这些均已被前述试验结果所证明。