引气抗冻耐久性混凝土在寒冷地区的应用研究

王瑞涛

（辽宁省交通建设管理有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）

引气抗冻耐久性混凝土在寒冷地区的应用研究

王瑞涛

（辽宁省交通建设管理有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）

基于对寒冷地区混凝土破坏机理的充分认识，辽宁省在高速公路建设过程中大力推广和应用了引气抗冻耐久性混凝土。通过对引气抗冻耐久性混凝土原材料选择阶段技术指标的控制、配合比设计阶段抗冻耐久性指标的细化、施工阶段混凝土搅拌、运输和作业的工艺合理化，达到了混凝土抗冻耐久性能的实现。通过对引气抗冻耐久性混凝土在寒冷地区的应用研究，为引气抗冻耐久性混凝土的进一步推广应用，提供一定的技术支持和工程经验。

混凝土；引气；抗冻；耐久性

1 前言

在北方寒冷地区，桥涵工程中防撞墙、伸缩缝、护栏底座、墩柱和梁板等部位的混凝土遭受冬季除冰盐及春秋季节环境冻融循环的腐蚀破坏，这大大降低了混凝土结构的使用寿命，也提高了后期使用维护的成本。公路建设和设计部门也逐步认识到了该问题的严重性。为进一步提高公路建设水平，降低水泥混凝土盐腐蚀及冻害破坏，辽宁省已在省内多个在建高速公路项目中推广应用了引气抗冻耐久性混凝土。从混凝土原材料选择，配合比设计和施工阶段的质量控制等方面形成了一套完善的质量控制体系，并且已经取得了良好的工程应用效果。

2 混凝土原材料质量控制

原材料质量是整个引气抗冻耐久性混凝土能否达到预期目标的首要条件。引气抗冻耐久性混凝土在辽宁省推广应用的过程中，所有的原材料在满足规范要求的前提下，建设的管理者和技术咨询组，结合项目的具体情况，对原材料提出了具有针对性的指标要求。

2.1 粗集料的质量控制

粗集料在选择时要求必须符合 《公路桥涵施工技术规范》 （JTG/T F50-2011）中Ⅱ类及以上粗集料技术要求。宜优先选用质地坚硬、洁净、级配合理、粒形良好、吸水率小的优质石灰岩碎石。强度指标选择压碎值和岩石饱水抗压强度指标进行控制。碎石压碎值指标应小于20%，试验采用 《公路工程集料试验规程》 （JTG E42-2005/T0316-2005）的方法进行。岩石饱水抗压强度应达到所配置水泥混凝土强度等级的1.5倍以上。将粗集料含泥量作为一项严格控制的指标，其值不应超过1%，超出时必须进行水洗处理。

2.2 细集料的质量控制

细集料需采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净且粒径小于4.75mm的河砂，符合 《公路桥涵施工技术规范》 （JTG/T F50-2011）中Ⅱ类细集料技术要求。由于砂的粗细程度影响混凝土含气量质量，所以要求0.3mm以下累计筛余应不小于15%，砂细度模数控制在2.6～3.2；含泥量控制不大于2.0%、泥块含量不大于0.5%；由于云母含量过高影响混凝土和易性、强度和耐久性、引起混凝土的膨胀裂痕等，所以云母含量控制不大于0.5%；由于轻物质含量过高影响混凝土强度，降低混凝土耐久性，所以控制轻物质含量不大于0.5%；由于硫化物及硫酸盐对混凝土有腐蚀作用，所以控制硫化物及硫酸盐含量不大于0.5%。

由于Cl-对钢筋具有腐蚀作用，所以控制集料中Cl-含量，明确要求水溶性氯化物折合氯离子含量不得超过集料重的0.02%。

2.3 水泥的质量控制

水泥应符合现行规范 《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）的规定，为了降低碱集料反应保证混凝土质量，宜采用含碱量不大于0.6%的低碱水泥；由于水泥比表面积过大，早期强度会高，需水量大，混凝土开裂的机率就大，所以水泥比表面积控制在300～350m2/kg；由于游离CaO含量过高会使水泥混凝土硬化后产生龟裂，所以本项目控制游离CaO含量不大于1.0%；由于熟料中的C3A含量过高会造成水泥水化热大、需水量大、水泥和外加剂相容性差，坍损过快，容易造成假凝，影响混凝土耐久性，所以控制熟料中的C3A含量不大于8%。

2.4 矿物掺合料的质量控制

为了提高混凝土的耐久性，本项目要求混凝土拌和物中掺加粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料，粉煤灰符合现行规范 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 （GB/T 1596-2005）F类Ⅰ级的技术要求，矿渣粉符合现行规范 《用于水泥和水泥混凝土中的粒化高炉矿渣粉》 （GB/T 18046-2008）S95的技术要求，由于MgO含量影响混凝土的安定性，所以控制矿渣粉中的MgO含量不大于14.0%。

2.5 外加剂的质量控制

水泥混凝土施工应使用聚羧酸类高性能减水剂，减水剂组分中应含有适量消泡成分，聚羧酸高性能减水剂与引气剂单独掺配、独立计量时，引气量应在3%以内。如果混凝土用聚羧酸高性能减水剂与引气剂掺配使用时，这种复合型外加剂的抗压强度比按项目颁发文件执行。除抗压强度比外，其它指标均应符合 《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）聚羧酸高性能减水剂的相关技术要求。

混凝土中气泡的稳定程度、气泡尺寸大小，气泡的远近间距直接影响着混凝土的抗冻耐久性。混凝土中的气主要由引气剂来引入，因此，引气剂的优劣直接决定着抗冻耐久性混凝土质量的好坏。引气抗冻耐久性混凝土必须使用优质引气剂以保证引入气泡的尺寸、结构合理。引气剂产品性能应满足国家标准要求，混凝土中引入的气泡应微小、均匀、稳定。

3 混凝土配合比设计的质量控制

引气抗冻混凝土耐久性 （抗冻性、盐冻、腐蚀、钢筋锈蚀）的好坏主要在于混凝土硬化后内部气泡的大小、均匀程度及气泡的间距。引气是提高混凝土多种耐久性的最有效措施。其优点是能大幅度提高抗冰冻、抗盐冻性，并可提高抗硫酸盐侵蚀性和盐结晶侵蚀，抑制碱集料反应，提高抗Cl-渗透及抗水渗透性，提高拌和物工作性、减水、可泵性，提高混凝土的拉压比和韧性。本项目对引气抗冻耐久性混凝土的一些关键指标有着明确的要求，具体控制指标见表1。

续表

由于气泡间距系数在现场无法测定，故现场的控制指标就是引气混凝土的含气量。表1中给出混凝土拌和物含气量指入模前含气量，对应于粗集料最大粒径为19～26.5mm时的数值。当粗集料最大粒径为9.5～16mm时，含气量应较表中数值增加0.5%；当粗集料的最大粒径为31.5mm时，含气量可较表中数值减少0.5%。

当混凝土处于直接与除冰盐接触的环境中时，除冻融循环对混凝土结构带来的破坏外，由氯离子引发的钢筋锈蚀也是混凝土结构耐久性失效的重要原因。其他环境下，钢筋锈蚀也是混凝土结构破环的较重要原因。对混凝土提出28d氯离子扩散系数要求，具体要求见表2。表中DRCM值是标准养护条件下28d龄期混凝土试件的测试值，仅适用于氯盐环境下建议采用的最大掺量矿物掺合料的混凝土。

表2 混凝土中的氯离子扩散系数DRCM（28d龄期，10-12m2/s）

4 混凝土施工阶段质量控制

4.1 混凝土的搅拌

聚羧酸高性能减水剂掺加优质引气剂后，混凝土的搅拌时间一般应适当延长10～20s，具体时间以含气量较大或达到稳定即可。但至少要保证搅拌时间达到120s。搅拌时间过短，减水剂和引气剂的作用不能充分发挥，混凝土拌合物工作性能及含气量达不到要求。如果引气剂与减水剂配制溶液产生沉淀与絮状物，则应将二者分别独立加入搅拌机内。卸料前应进行快速搅拌。搅拌后的混凝土应尽快成型。

4.2 含气量的检测

含气量的检测应在浇筑现场取即将入模的试样 （卸料量在1/4～3/4间的料）进行测定，取样的频率通常与混凝土坍落度的测定频率相同。对经受氯盐作用的混凝土，可适当增加检验批次，混凝土含气量应100m3作为一个检验批次。除检测入模时混凝土拌和物的含气量外还应检测出机口混凝土拌和物的含气量，确定与入模处的含气量差，以便于控制混凝土含气量。

4.3 混凝土的浇筑

当夏季天气炎热时，混凝土拌和物入模温度不应高于35℃，宜选择傍晚或夜间浇筑混凝土；现场温度高于35℃时，应对金属模板进行浇水降温处理。

浇筑时应拖动布料管 （料斗）布料，严禁借助振捣器振捣布料。浇筑时，每层浇筑厚度宜控制在300mm～350mm。对于不利于排气的斜面部位，建议浇筑厚度控制在200mm。布料过厚不利于排气，脱模后混凝土表面易产生蜂窝麻面。

4.4 混凝土的振捣

应在混凝土浇筑过程中及时将入模的混凝土均匀振捣密实，不得随意加密振点或漏振，每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准，插入式振捣棒一般为20～30s，避免过振。

采用振捣棒时，宜采用垂直点振方式振捣。若需变换振捣棒在混凝土拌和物中的水平位置，应首先竖向缓慢将振捣棒拔出，然后再将振捣棒移至新的位置。

不得将振捣棒放在拌和物内平拖，也不得用插入式振捣棒平拖驱赶下料口处堆积的混凝土拌和物。振捣棒插入间距不应大于振捣棒作用半径的1.5倍，连续多层浇筑时，振捣棒应插入下层拌和物约50～100mm，并距侧模50～100mm进行振捣。宜在初凝前进行二次抹面。对于伸缩缝混凝土不宜进行过多的抹面。

4.6 混凝土的养护

成型后的混凝土应立即进行覆盖养护。对于大体积混凝土，养护过程应进行温度控制，混凝土内部和表面温差不宜超过25℃，表面与外界温差不宜大于 20℃。潮湿养护的期限应不少于14d。

当气温降低时，要适当延长混凝土的脱模时间。当采用蒸汽养护时，升温速度和降温速度均≤10℃/h，最高温不超过60℃。混凝土浇筑后的24h内将温度维持在20℃即可。蒸汽喷嘴不要直接对着混凝土表面，容易造成温度应力及回弹时离散性大。

5 结论

抗冻耐久性混凝土的应用，进一步提高了辽宁省高速公路建设质量和水泥混凝土工程的抗冻耐久性，重点解决水泥混凝土冻害及盐蚀破坏等病害，在沈平改扩建项目、辽中环铁岭至本溪段、大东港疏港路项目得到了全面的推广应用。明确了原材料质量、配合比设计、拌合站管理、施工控制及耐久性指标验证等相关技术、质量控制要点，形成从施工准备、施工过程、过程检查、检测验证的全过程管理、控制体系，确保各项指标满足了设计要求，全面提升了辽宁省混凝土工程的内在质量，打造出一个又一个的安全、耐久的品质工程。

［1］中华人民共和国交通运输部.公路桥涵施工技术规范：JTG/ T F50-2011［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］中华人民共和国交通部.公路工程集料试验规程：JTG E 42-2005［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［3］全国水泥标准化技术委员会.通用硅酸盐水泥：GB 175-2007［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［4］全国水泥标准化技术委员会.用于水泥和混凝土中的粉煤灰：GB/T 1596-2005［S］.北京：中国标准出版社，2005.

［5］中国建筑材料工业协会.用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉：GB/T 18046-2008［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［6］全国水泥制品标准化技术委员会.混凝土外加剂：GB 8076-2008［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［7］成秀珍，张德思.引气粉煤灰混凝土抗冻融耐性的研究［J］.西北建筑工程学院学报 （自然科学版），1999（4）：6-10.

Research on the Application of Durability and Frost Resistance Concrete with Air Entraining in Cold Region

WANG Rui-tao

Based on the fully understand of concrete failure mechanism in cold region,durability concrete with air entraining and frost resistance is applied and promoted in the process of highway construction in Liaoning Province.By means of strict limiting of technical specifications of durability and frost resistance concrete with air entraining in the stage of raw material selection,and refining of the freezing resisting durability index in the design stage of concrete mix proportion,and mixing of concrete in construction tage,as well as rationalization processing in transportation and operation,it is gained the frost resistance and durability of concrete.On the basis of application and research to durability concrete with air entraining and frost resistance in cold region,the technical support and engineering experience are provided for the urther popular application of frost resistance and durability concrete.

concrete,air entraining,frost resistance,durability

U444

B

1008-3812（2017）02-013-04

2017-02-28

王瑞涛 （1972— ），男，辽宁凌源人，硕士，高级工程师。研究方向：道路桥梁。