内养生剂在高速公路桥面铺装混凝土中的应用

谢政专，陶小磊，唐 俊，阮保富

(1.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007；2.广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001；3.广西交科工程咨询有限公司，广西 南宁 530007；4.云南宏程卓越建设工程技术有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

山区地区交通行业快速发展，水泥混凝土是目前最重要的工程材料之一，但许多混凝土结构物在服役期就出现不同程度耐久性病害[1-3]。目前传统的改善措施有添加外加剂、粉煤灰、覆盖保湿等[4-5]，虽然可以起到一定的效果，但仍然存在减缩不及时、仅对表面进行养护、增加成本等问题。为了从根本上解决以上问题，国内外学者提出了在混凝土中引入高吸水树脂，并验证了引入高吸水树脂进行内养护改善了混凝土的收缩、抗渗和抗冻等性能[6-9]。因此，文章提出在山区高速公路桥面铺装混凝土添加内养生剂，从而达到减少混凝土收缩裂缝、简化养护步骤、减少养护用水量、提高混凝土耐久性的目的，为实体工程推广使用提供依据。

1 内养生水泥混凝土技术研究

1.1 内养生剂

本工程应用的内养生剂为白色粉末状，为广西交科集团有限公司自有产品，系一种能吸收数百倍于自身质量的水的高分子聚合物，具有吸水、保水及释水的特性，掺入水泥基材料中能起到内养护促进水泥水化和减少收缩作用。

1.2 内养生水泥混凝土技术原理

传统养护和内养护分别如图1和图2所示。从图中可知，传统的养护只能停留在对混凝土表面进行养护上，而内养生水泥混凝土技术即向混凝土中引入内养生剂，其具有吸水、保水及释水的特性。内养生剂在混凝土拌和中预吸收自由水分，预吸收自由水分在混凝土后期胶凝材料水化环境中逐渐释放出来，以有效保障胶凝材料的充分水化和胶凝产物的形成，补偿蒸发水量，同时维持局部毛细空隙湿度饱和度，对混凝土内部进行全方位的养护，降低混凝土发生自收缩损伤，提高了抗塑性开裂性能；内养生剂的掺入，有效锁住自由水分蒸发量，均匀分布于混凝土内部充当“蓄水池”，并在后期养护逐渐释放水分使混凝土实现“自我内部逐步养生”。

图1 传统养护示意图

图2 内养护示意图

1.3 内养生水泥混凝土制备工艺

按规定称好原材料，往搅拌机内顺序加入粗集料、细集料、水泥和内养生剂，开启搅拌机，采用干拌方式将材料拌和均匀，相比普通混凝土，内养生水泥混凝土干拌时间延长约5 s，在拌和过程中徐徐加入水和外加剂，拌和均匀即可制备得到内养生水泥混凝土。具体投料顺序如图3所示。

图3 内养生混凝土投料顺序图

2 工程应用

2.1 工程概况

保泸高速公路起于云南省保山市隆阳区瓦窑镇老营村，止于怒江州泸水市六库镇北小沙坝，路线全长85.174 km，按双向4车道标准建设，整体式路基宽度为25.5 m，分离式路基宽度为2×12.75 m，设计时速为80 km/h。根据设计文件要求，桥面铺装焊网采用冷轧带肋钢筋焊网，焊网钢筋公称直径为10 mm，间距为10 cm×10 cm，钢筋焊网采用扣接法固定，桥面混凝土浇筑前预先测定各孔各片裸梁纵横向的控制点标高，以确定是否需要调整其铺装厚度。如需调整，应注意调整后现浇混凝土层跨中附近的最小厚度宜≥5 cm，支点附近最大厚度宜≤15 cm。

2.2 原材料

水泥为普通硅酸盐水泥P.O52.5；机制砂取自保山羊支茂采石场I类中砂，细度模数为2.97，河砂取自保山会东采砂场Ⅱ类中砂，细度模数为2.61；碎石来源于保山羊支茂采石场，为一档料，粒径范围为4.75～19 m；水为市政生活用水；外加材料为北京桥智恒信科技有限公司的LZ-RI(标准型)；内养生剂系广西交科集团有限公司自主研发产品。本工程应用细集料采用机制砂与河砂对掺，机制砂与河砂对掺质量比为6∶4。内养生水泥混凝土配合比如表1所示。

表1 项目混凝土配合比表(kg/m3)

2.3 内养生水泥混凝土工作性评价

如下页表2所示为水泥混凝土经时坍落度情况，从表中可知内养生水泥混凝土的初始坍落度比基准混凝土降低5 mm，原因是掺加的内养生剂在混凝土拌和期间预吸收了部分自由水分，使混凝土内部自由水分含量降低，导致混凝土流动性下降。经过2 h的混凝土搅拌车运输，基准混凝土坍落度损失55 mm，掺加内养生的混凝土经时损失度优于基准混凝土，这归功于内养生剂具有吸水、保水及释放的特性，内养生剂预吸水后具有保水性，保障了内养生混凝土在运输及浇筑过程中锁住自由水分、抑制自由水分蒸发，同时预吸水的内养生剂膨胀呈圆形状，有效润滑了界面，降低了混凝土的黏度，保证了混凝土的经时坍落度，满足混凝土施工要求。

表2 混凝土经时坍落度表(mm)

2.4 内养生水泥混凝土抗压强度评价

混凝土立方体抗压强度结果如图4所示，可发现，基准混凝土7 d龄期的强度为59.7 MPa，比内养生混凝土同龄期强度提高了3.4 MPa，这主要的原因是内养生剂在拌和中预吸收水拌和物中的自由水分，在0～7 d龄期时缓慢释放水分以致混凝土内部缺少自由水量，未能与水泥发生水化反应形成密实的水化产物，同时吸水后的内养生剂因膨胀使混凝土内部存在较多的薄弱孔隙，因此，内养生水泥混凝土7 d龄期强度较低。随着龄期的增长，内养生混凝土内部内养生剂预吸收的水分逐渐释放以提供水泥水化需水，生成大量的水泥水化产物，且产物填充了引入内养生剂释水后的孔隙，使混凝土内部更加密实。相比基准混凝土，内养生混凝土28 d龄期的强度提高了5.9%，因此，采用掺加内养生材料能够充当“蓄水池”作用，能够在细观结构局部为环境形成湿度养护效应，保证水泥充分水化，有效降低混凝土构件养护难导致强度不足的风险。见图4。

图4 混凝土抗压强度图

2.5 内养生水泥混凝土外观效果评价

在浇筑过程中，内养生混凝土流动度较好，有利于混凝土桥面铺装的施工，有效解决了混凝土经时坍落度损失严重、泌水离析等技术问题。内养生水泥混凝土成型抹面后，覆盖土工布，养护前7 d，每3 d进行一次洒水养护，而基准混凝土按照规范要求进行养护。经28 d龄期，基准混凝土桥面局部出现微裂缝，而内养生混凝土桥面未出现肉眼可见的裂缝，这说明基准混凝土在浇筑过程中自由水分蒸发严重，且后期洒水养护，水分较难进入混凝土内部补偿水泥水化需水，导致混凝土严重收缩开裂；内养生混凝土内部引入内养生剂，内养生剂预吸收水分，在混凝土浇筑过程中有效抑制了自由水分的蒸发，而且均匀分布于混凝土内部进行全方位的内养护，抑制了混凝土的干燥收缩，显著提升了混凝土的抗开裂性能。

3 结语

(1)内养生材料的掺入在混凝土拌和过程中吸收部分自由水分，轻微降低了混凝土的初始坍落度；但预吸水的内养生剂膨胀呈圆形状，有效润滑了界面，有利于保障混凝土的经时坍落度。

(2)内养生水泥混凝土中内养生材料能够充当“蓄水池”作用，能够在细观结构局部为环境形成湿度养护效应，保证水泥充分水化，有效保障混凝土的强度及有效抑制混凝土的干燥收缩，在减少养护用水量的同时，显著提升了桥面铺装混凝土的抗塑性开裂性能，工程应用价值显著。