超早強(qiáng)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)

超早強(qiáng)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)

道路等級(jí)一級(jí)的水泥混凝土砌塊的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)抗彎強(qiáng)度為5mpa，施工期間不得超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，即4mpa。傳統(tǒng)水泥混凝土路面通常需要28d養(yǎng)護(hù)才能通車，為了盡快達(dá)到規(guī)范通車要求，可以在混凝土內(nèi)加入合適的超早強(qiáng)減水劑，以提高混凝土的早期抗折強(qiáng)度。但是，超早強(qiáng)混凝土可能存在三方面的主要問題:一是早期強(qiáng)度雖然高，但后期強(qiáng)度可能會(huì)衰減較多且難以趨于穩(wěn)定，或趨于穩(wěn)定后不能滿足路面設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，從而影響路面耐久性;二是超早強(qiáng)混凝土的施工性與早強(qiáng)性能之間可能存在難以協(xié)調(diào)的問題，即雖可加入超早強(qiáng)劑提高早期強(qiáng)度，但混凝土的施工性不理想，尤其是坍落度經(jīng)時(shí)損失可能會(huì)很大，如果通過加入緩凝劑等來改善，又可能延緩混凝土的強(qiáng)度形成，從而導(dǎo)致混凝土在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的早強(qiáng)強(qiáng)度不符合要求;三是經(jīng)濟(jì)性問題，目前市場(chǎng)上也有1d強(qiáng)度符合要求的超早強(qiáng)混凝土材料或外加劑，但其價(jià)格昂貴，工程大面積應(yīng)用時(shí)因造價(jià)過高難以接受。對(duì)于超早強(qiáng)混凝土來說，如果不能較好地解決早期強(qiáng)度、強(qiáng)度穩(wěn)定性、施工性和經(jīng)濟(jì)性等問題，就無法大范圍推廣應(yīng)用。綜上所述，研究一種1d齡期強(qiáng)度符合通車要求(1d開放交通)、后期強(qiáng)度穩(wěn)定、坍落度經(jīng)時(shí)損失小且經(jīng)濟(jì)性好的路用混凝土，對(duì)于新建水泥混凝土路面或是路面快速修復(fù)工程而言，具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。為此，本文開展了超早強(qiáng)混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究工作，通過多種外加劑的比選和優(yōu)化組合配置，旨在提供一種強(qiáng)度、施工性、經(jīng)濟(jì)性都較好的路用超早強(qiáng)混凝土配合比。同時(shí)，為了增強(qiáng)混凝土的韌性，提高混凝土的抗沖擊、抗疲勞等路用性能，本文還對(duì)摻入混雜纖維(鋼纖維、聚丙烯纖維混雜)混凝土的配合比進(jìn)行了研究。1混凝土材料配比水泥采用拉法基水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5R普通硅酸鹽水泥;石子為石灰石，最大公稱粒徑31.5mm;砂采用中砂，細(xì)度模數(shù)為2.80，表觀密度2.6g/cm在前期研究的基礎(chǔ)上，選用普通鋼纖維和聚丙烯單絲纖維混雜的方式來提升混凝土的力學(xué)性能，鋼纖維長(zhǎng)度為35mm，直徑0.8mm，拉伸強(qiáng)度426MPa;聚丙烯纖維長(zhǎng)度19mm，直徑25-40μm，拉伸強(qiáng)度270MPa，斷裂延伸率>15%?；祀s纖維混凝土中，鋼纖維體積摻量為0.7%，聚丙烯纖維體積摻量為0.15%。素混凝土基準(zhǔn)配合比如表1，混雜纖維混凝土是在素混凝土配合比基礎(chǔ)上直接摻入纖維，為解決纖維摻入對(duì)拌和坍落度的影響，混雜纖維混凝土的水灰比提高至0.38。在基準(zhǔn)配合比基礎(chǔ)上，研究素混凝土和混雜纖維混凝土的外加劑摻入類型和用量。2試驗(yàn)中選擇超級(jí)早硬混凝土外加劑的比選2.1快速聯(lián)通的抗折強(qiáng)度較低早強(qiáng)減水劑有減水、早強(qiáng)的作用，在混凝土中加入適量的早強(qiáng)減水劑有助于提高早期強(qiáng)度。本次配合比試驗(yàn)中，早強(qiáng)減水劑有A、B兩種，摻量為水泥質(zhì)量的1.2%、1.5%。首先對(duì)摻入A早強(qiáng)減水劑的素混凝土進(jìn)行坍落度和早期抗折強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2。兩種摻量的減水劑A混凝土，雖然初始坍落度都較大，經(jīng)時(shí)損失也較小，但其1d和1.5d早期抗折強(qiáng)度較低，不能滿足快速通車要求。因此，將減水劑更換為減水劑B，根據(jù)廠家建議，減水劑B里摻加少量消泡劑可以提高混凝土強(qiáng)度，減水劑B摻量為水泥質(zhì)量的1.2%，消泡劑占減水劑B總量的0.6%。素混凝土對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4?；炷晾飺郊訙p水劑B后，早期抗折強(qiáng)度明顯提升，1.5d齡期的強(qiáng)度為4.41MPa，達(dá)到了規(guī)范通車的強(qiáng)度要求，但是，混凝土工作性很差，初始坍落度不大且經(jīng)過約30分鐘后坍落度降低趨于零。在減水劑B中加入少量消泡劑后，其強(qiáng)度有一定的提高，1d齡期的抗折強(qiáng)度即可滿足通車要求。然而，其初始坍落度雖然有150mm，但經(jīng)時(shí)損失很大，1h坍落度下降到25mm左右，如考慮到混凝土較長(zhǎng)的運(yùn)輸距離和運(yùn)輸時(shí)間，其工作性仍然較差。對(duì)比A、B兩種早強(qiáng)減水劑可知，任何一種都不能同時(shí)滿足早期強(qiáng)度高且施工性好的要求。為解決這一問題，本文采取在早強(qiáng)減水劑B的基礎(chǔ)上，通過摻入保坍劑的手段，來克服其坍落度經(jīng)時(shí)損失問題。2.2纖維混凝土施工性能的改善保坍劑可在一定時(shí)間內(nèi)維持混凝土的良好工作性能，緩解坍落度經(jīng)時(shí)損失大的現(xiàn)象。市場(chǎng)上不同保坍劑產(chǎn)品之間性能差異較大，有的雖可很好解決混凝土經(jīng)時(shí)損失大的問題，但卻會(huì)導(dǎo)致混凝土早強(qiáng)強(qiáng)度的降低，甚至降低十分顯著。本文選取A、B兩種保坍劑進(jìn)行比選，將其與早強(qiáng)減水劑B復(fù)配使用，考察其施工性和早期抗折強(qiáng)度。鑒于混雜纖維混凝土配合比也是本文的研究?jī)?nèi)容之一，而混雜纖維的摻入無疑會(huì)進(jìn)一步影響混凝土的施工性，如果通過保坍劑能夠解決混雜纖維混凝土的坍落度及坍落度損失問題，則素混凝土施工性也可得到有效解決。因此，本節(jié)直接以混雜纖維混凝土為對(duì)象，考察保坍劑對(duì)其施工性的改善及強(qiáng)度的影響。首先選用保坍劑A與減水劑B(下文所述減水劑B均已包含0.6%消泡劑)進(jìn)行不同比例復(fù)配試驗(yàn)，得到混雜纖維混凝土的坍落度和強(qiáng)度結(jié)果如圖5和圖6。試驗(yàn)結(jié)果表明，保坍劑A摻量提高對(duì)施工性和強(qiáng)度增長(zhǎng)均有一定作用，但坍落度仍較小，難以保證混凝土的良好施工。纖維的加入會(huì)使混凝土的工作性能明顯變差，坍落度隨時(shí)間損失很快，1h后坍落度下降至零。此時(shí)各配比混凝土的抗折強(qiáng)度已經(jīng)滿足規(guī)范通車要求的4MPa。因此，有效提高坍落度、改善混凝土和易性是配合比探索試驗(yàn)的重點(diǎn)。為此，引入另一種保坍劑B，鑒于保坍劑A對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，擬采用保坍劑B復(fù)配保坍劑A的方式，進(jìn)一步對(duì)混雜纖維混凝土進(jìn)行研究，即在混雜纖維混凝土中摻入3種外加劑:減水劑B、保坍劑A、保坍劑B。依據(jù)廠家建議，保坍劑B雖然有較好保持工作性的作用，但用量過多可能會(huì)影響混凝土強(qiáng)度。經(jīng)調(diào)試，確定三種外加劑的摻入質(zhì)量比為減水劑B∶保坍劑A∶保坍劑B=7∶5∶3(減水劑B摻量為水泥質(zhì)量的1.2%)，試驗(yàn)結(jié)果如圖7和圖8。由上圖結(jié)果可知，經(jīng)過多次優(yōu)化配置改善后，由三種不同外加劑復(fù)配而成的混凝土，無論在早期強(qiáng)度還是施工性上都已經(jīng)達(dá)到預(yù)期，其中1d抗折強(qiáng)度大于4.0MPa，可實(shí)現(xiàn)1d快速開放交通的目標(biāo)?！端嗷炷谅访媸┕ぜ夹g(shù)細(xì)則》中指出，常溫狀態(tài)下，混凝土拌合物出料到運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)允許時(shí)長(zhǎng)為1h，混雜纖維混凝土在正常情況下，由于纖維的加入會(huì)使混凝土攪拌較為困難，且施工性及其保持上均效果不佳。而本論文試驗(yàn)研究提供的混雜纖維混凝土配合比，初始坍落度大(相比無保坍劑B時(shí)大幅提高)，坍落度經(jīng)時(shí)損失較小，1.5h后坍落度仍有75mm，施工性好，說明保坍劑B不僅能夠大幅提高混凝土的拌和施工性，還能有效解決混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失大的問題。3配合比b保坍劑b根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，早強(qiáng)混凝土在后期強(qiáng)度會(huì)有不同程度的下降，因此，本文對(duì)經(jīng)外加劑優(yōu)化配置后的素混凝土和混雜纖維混凝土進(jìn)行了1d,3d,7d,14d,28d及10個(gè)月共六個(gè)齡期的強(qiáng)度試驗(yàn)，以考察由上述配合比所配置出的混凝土各齡期強(qiáng)度是否滿足要求，以及后期強(qiáng)度是否趨于穩(wěn)定。相比于混雜纖維混凝土，素混凝土因無纖維影響故其施工性更好，為保證其強(qiáng)度，外加劑配合比為減水劑B∶保坍劑A∶保坍劑B=7∶5∶1.5;混雜纖維混凝土為保證施工性良好，其外加劑配合比為減水劑B∶保坍劑A∶保坍劑B=7∶5∶3(同2.2節(jié)試驗(yàn))，試驗(yàn)結(jié)果如圖9-圖13。從施工性角度來看，素混凝土和易性好，無泌水、離析現(xiàn)象，初始坍落度大(170mm)、坍落度經(jīng)時(shí)損失較小，1.5h后的坍落度仍然可達(dá)130mm?；祀s纖維混凝土的施工性，已在本文2.2節(jié)中有介紹，本節(jié)不再贅述。從強(qiáng)度來看，無論是素混凝土還是混雜纖維混凝土，1d齡期抗折強(qiáng)度都接近5MPa，均達(dá)到了通車強(qiáng)度要求，且1d之后的各齡期下，混凝土抗折強(qiáng)度都大于5MPa，完全滿足路面設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。對(duì)素混凝土來說，抗折強(qiáng)度在1到14d齡期呈上升趨勢(shì)，28d齡期強(qiáng)度雖然有所回落，但10個(gè)月齡期強(qiáng)度又有回升。總體而言，素混凝土早期抗折強(qiáng)度高，后期抗折強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求且趨于穩(wěn)定。另一方面，素混凝土的抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)較少，但也較穩(wěn)定。對(duì)混雜纖維混凝土來說，抗折強(qiáng)度在7d和28d齡期時(shí)也出現(xiàn)小幅下降，但10個(gè)月齡期強(qiáng)度同樣回升并維持在5MPa以上?？箟簭?qiáng)度方面，混雜纖維混凝土在7d齡期時(shí)達(dá)到峰值，后期強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。與素混凝土相比，混雜纖維混凝土抗折、抗壓強(qiáng)度相對(duì)略偏低，一方面是其水灰比略高于素混凝土，另一方面也是因?yàn)槠渑浜媳戎斜Ｌ畡〣摻量較高，保坍劑B在改善施工性的同時(shí)，會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度有一定降低作用。4保坍劑b用量對(duì)混凝土施工性影響分析(1)早強(qiáng)減水劑類型比選表明，減水劑A的增強(qiáng)效果不理想，配制出的混凝土早期強(qiáng)度低于4MPa，減水劑B雖然增強(qiáng)效果較好，但施工性不佳。(2)保坍劑A能進(jìn)一步提升混凝土的抗折強(qiáng)度，但混凝土施工性仍然不理想，坍落度損失較大。復(fù)配保坍劑B后，在改善混凝土工作性能方面起到了較好的效果，能提升纖