CN112979245A - 一种高原地区机场道面混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高原地区机场道面混凝土，涉及建筑材料技术领域，其原料包括：水泥、矿物掺合料、细集料、粗集料、减水剂、反应性引气材料、气泡抑制剂、水；通过采用反应性材料，调整混凝土的引气方式，避免了过早产气而被气泡抑制剂破坏，引气效果差，导致混凝土的耐久性性能和抗裂性能降低的问题；并且无需采用额外的膨胀剂就能使混凝土整体发生膨胀，抑制水化早期的塑性收缩，降低场道混凝土开裂的风险；通过掺入气泡抑制剂，在拌和过程中消除因为搅拌夹在骨料与砂浆之间的大气泡，提高混凝土的致密性，改善了混凝土的力学性能。

Description

一种高原地区机场道面混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高原地区机场道面混凝土。

背景技术

机场跑道是机场建筑物中最重要的一部分，机场跑道的正常运行，事关机 场功能的正常发挥。普通机场道面混凝土长期承受频繁的冲击荷载，疲劳破坏 以及磨损；对于高原高寒地区机场，除了以上的不利因素之外，道面混凝土还 要额外经受特殊气候、环境条件的考验。《民用机场水泥混凝土道面设计规范》 (MHT5004-2010)中要求，水泥混凝土材料的设计强度按照28d龄期弯拉强度不 低于4.5MPa为依据，年最低月平均气温小于-10℃的地区，道面混凝土的抗冻 标号为不低于F300。按此标准配制的混凝土道面，在高原机场运行过程中实际 使用2-3年之后有的地方就开始发生各种破坏；除了气候、环境条件恶劣之外， 材料自身性质、设计环境与使用环境之间的差异，施工工艺的匹配以及质量控 制的程度，养护水平等都会对混凝土道面的混凝土的耐久性性能和抗裂性能产 生极大的影响。

根据高原机场道面混凝土的工作性特点以及抗冻融循环的需求，有针对提 出适用于该条件下的道面水泥混凝土材料，是解决上述问题的最终途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高原地区机场道面混凝土，以解决现有的用于 高原高寒地区机场道路地面的混凝土在使用中，混凝土的耐久性性能和抗裂性 能低的问题。

本发明提供的一种高原地区机场道面混凝土，包括原料：水泥、矿物掺合 料、细集料、粗集料、减水剂、反应性引气材料、气泡抑制剂、水。

本发明的实施例是这样实现的：

进一步地，所述原料的重量份数为：水泥：28-40份；矿物掺合料0-12份； 细集料58-90；粗集料98-170；减水剂0.5-1.4份；反应性引气材料0.005-0.015 份；气泡抑制剂0.05-3.0份；水10-22份。

进一步地，所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥；所述矿物掺合 料为粉煤灰、火山灰、煅烧高岭土、磷矿渣、锂矿渣中的一种或多种。

进一步地，所述细集料为机制砂、天然砂或混合中砂中的一种或多种。

进一步地，所述细集料的细度模数为2.3-3.2。

进一步地，所述粗集料为粒径范围在5-40mm的碎石，所述碎石的粒径分为 三级：5-10mm、10-20mm、20-40mm；其中粒径为20-40mm的碎石的重量比占 所述粗集料的50-65％。

进一步地，所述减水剂的减水率不低于25％。

进一步地，所述气泡抑制剂为聚醚型、有机硅型、聚醚改性有机硅型中的 一种。

进一步地，所述反应性引气材料为硫酸联氨或偶氮类材料。

本发明实施例的有益效果是：

通过采用反应性材料，调整混凝土的引气方式，避免了常规混凝土引气剂 在拌和阶段过早产气、而在运输、摊铺和强力振捣阶段气泡被破坏造成引气效 果差，从而导致混凝土的抗冻耐久性性能和抗裂性能降低的问题；并且无需采 用额外的膨胀剂就能通过产生气体的方式发生微膨胀，抑制水化早期的塑性收 缩，降低场道混凝土开裂的风险；通过掺入气泡抑制剂，在拌和过程中消除因 为搅拌产生的夹在骨料与砂浆、砂浆内部的大气泡，提高混凝土的致密性，改 善了混凝土的力学性能。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。

实施例1：

在初步对本发明实施例的进行探索的过程中发现：

高原高寒地区由于其特殊的气候条件，混凝土最常用见的病害形式是冻融 破坏，因此满足抗冻指标是高原混凝土工程的基本要求，常规经济而有效的提 高混凝土抗冻性能的技术措施是在拌和阶段通过加入引气剂一起搅拌、摩擦、 剪切而向混凝土中引入一定量的气泡。为满足机械化施工、提高施工效率的需 求，机场道面采用的基本是干硬性混凝土。而干硬性混凝土拌和困难，内部物 料间很难充分摩擦、剪切，干硬性混凝土摊铺过程中为了保证密实又必须采用 强力振捣的方式施工，强力振捣将破坏混凝土中的气泡数量和形态；这些特性 均会造成采用常规引气方案的混凝土遇到引气困难的问题。

按照目前主流的混凝土耐久性理论，混凝土的抗冻性优劣，不仅仅取决于 总含气量，而且取决于气泡形态、数量及分布情况；而干硬性混凝土的引气效 果与常规的易于搅拌的混凝土的效果相比不可控性较大，这也就造成了相同配 合比的混凝土，有的可以正常工作几乎不发生破坏，有的几年时间就大面积因 冻融而发生破坏。

在初步探索时混凝土采用的引气剂为常规的表面活性类材料，依靠混凝土 拌合过程中剪切运动来实现引气，而本发明实施例采用反应性引气材料与水泥 水化过程中的产生的物质反应来实现引气。

常规的混凝土采用剪切引气的方式，剪切引气在拌合过程中产生，在运输 和摊铺过程中一直在损失，实际完成后的道面混凝土中的有效含气量少。

水泥混凝土在水化过程中体积会收缩，其内部会产生拉应力，混凝土的特 点是抗压不耐拉，拉应力可能导致混凝土开裂，因此在大尺寸铺筑时需要考虑 收缩产生的影响；常规的做法是选用收缩小的原材料、掺入膨胀剂等；常用的 膨胀剂为硫铝酸钙型混凝土膨胀剂，以及氧化镁膨胀剂等；其原理是水化产生 的水化产物体积较大，以此来抵消水泥水化产生的收缩；此类膨胀剂容易造成2 种不可控情况：

一是膨胀时间不可控，膨胀剂发生反应膨胀的时间与混凝土水化产生收缩 的时间不匹配，额外造成了混凝土体积的不规律变化；

二是膨胀量不可控，膨胀剂因质量波动或者与水泥的适应性不同，膨胀量 不一致，有可能造成不能完全补偿收缩，也有可能造成过度膨胀使混凝土开裂； 膨胀剂膨胀的过程既发生在塑性期也发生在固化体中，等发现有问题时，已为 时已晚。

因此，为克服初步探索过程时遇到的问题，提出了新的方案：

一种高原地区机场道面混凝土，其原料包括：水泥、矿物掺合料、细集料、 粗集料、减水剂、反应性引气材料、气泡抑制剂、水。

掺入气泡抑制剂，在拌和过程中消除因搅拌夹在骨料与砂浆之间的大气泡， 从而减少有害气泡的产生，提高混凝土的致密性，改善了混凝土的力学性能； 采用反应性引气，其反应的机理是用于反应性引气的材料与一定浓度的碱发生 反应，水化初期水泥矿物与水发生水化反应生成碱，需要水化一定时间才有足 够浓度的碱促使反应性引气材料发生反应。

此处采用的反应性引气材料在充分分散的情况下，需要间隔10-90分钟才开 始与碱发生反应，避免了过早产气而被气泡抑制剂破坏；主要产气过程发生在 摊铺振捣以后的一段时间，由于没有物料间的相对运动，引气材料与消泡材料 接触的机会最小，避免了被消泡。

搅拌、摊铺后分布均匀的引气材料在混凝土中开始产生气泡，由于反应引 气量与碱反应的气体可以通过掺量控制，分散良好的引气材料引入的气泡微小， 且分布均匀，在干硬性的混凝土中基本不会再移动，不会团聚成大气泡，可以 达到良好的引气效果。

本发明实施例提供的另外一个好处就是：待铺筑之后反应产生的气体，由 于无法移动，会产生一个膨胀力，气体占据一定的空间，使得混凝土整体发生 膨胀，可以抑制水化早期的塑性收缩，降低场道混凝土开裂的风险。

在上述实施例基础之上，原料的重量份数为：水泥：28-40份、矿物掺合料 0-12份、细集料58-90份、粗集料98-170份、减水剂0.5-1.4份、反应性引气 材料0.005-0.015份、气泡抑制剂0.05-3.0份、水10-22份。

另一种实施方式为：水泥32份、掺和料2份、细骨料60份、5-10mm粗骨 料25份、10-20mm粗骨料40份、20-40mm粗骨料73份、粗骨料总计144份； 减水剂1.0份、反应性引气材料0.01份、气泡抑制剂1.5份、水13份。

另一种实施方式为：水泥38份、掺和料0份、细骨料70份、5-10mm粗骨 料23份、10-20mm粗骨料39份、20-40mm粗骨料93份、粗骨料总计165份、 减水剂1.4份、反应性引气材料0.015份、气泡抑制剂0.5份、水13份。

另一种实施方式为：水泥28份、掺和料10份、细骨料70份、5-10mm粗骨 料23份、0-20mm粗骨料39份、20-40mm粗骨料93份、粗骨料总计165份、 减水剂1.4份、反应性引气材料0.015份、气泡抑制剂0.5份、水13份。

在上述实施例基础之上，所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥； 所述矿物掺合料为粉煤灰、火山灰、煅烧高岭土、磷矿渣、锂矿渣中的一种或 多种；需要说明的是并不限于以上提出的几种材料，只要能满足本发明实施例 的需求且可作为矿物掺合料的材料即可。

在上述实施例基础之上，所述细集料为机制砂、天然砂或混合中砂中的一 种或多种；需要说明的是并不限于以上提出的几种材料，只要能满足本发明实 施例的需求且可作为细集料的材料即可。

在上述实施例基础之上，所述细集料的细度模数为2.3-3.2。

在上述实施例基础之上，所述粗集料为粒径范围在5-40mm的碎石，所述碎 石的粒径分为三级：5-10mm、10-20mm、20-40mm；其中粒径为20-40mm的碎 石占所述粗集料的50-65％；需要说明的是并不限于以上提出的几种材料，只要 能满足本发明实施例的需求且可作为粗集料的材料即可。

在上述实施例基础之上，所述减水剂的减水率不低于25％；

在上述实施例基础之上，所述气泡抑制剂为聚醚型、有机硅型、聚醚改性 有机硅型中的一种；需要说明的是并不限于以上提出的几种材料，只要能满足 本发明实施例的需求且可作为气泡抑制剂的材料即可。

在上述实施例基础之上，所述反应性引气材料为硫酸联氨或偶氮二异丁腈； 需要说明的是，只要符合本发明实施例中提出的引气方式的材料即可。

于是，采用本实施例所述的反应性引气材料与常规液态引气剂进行对照实 验，如表1所示：

表1混凝土对比方案

试验编号	方案	掺加量	含气量(％)
				KB	常规液态引气剂	1.2/万	4.8
K-1	反应性引气材料	3/万	1.4
				K-2	反应性引气材料	1/万	1.7

得到力学性能对比情况，如表2所示：

表2力学性能对比

得到干燥收缩性能对比情况，如表3所示：

表3干燥收缩性能对比

得到冻融循环对比情况，如表4所示：

表4冻融循环对比

从表可得出：在标准试验条件、拌和条件较好、没有运输等施工过程造成 损失的情况下，常规引气方案可以有比较好的抗冻性能，然而实际施工中由于 搅拌效率下降、长距离运输、强力振捣的作用，本表中KB方案的实际性能非常 不稳定；而本发明实施例中的反应性引气材料能够在一定程度上提高力学性能 (抗压强度、劈拉强度、抗弯强度)；掺入反应性引气材料与常规液态引气剂 (试验室无损失条件下)相比具有相当甚至更佳的抗冻性能，在实际施工时由 于稳定性更佳，反应性引气方案应更具有优势。

本发明实施例提供的一种高原地区机场道面混凝土，改变了常规的引气方 式，避免了常规引气剂在场道混凝土中引气效果不稳定的问题；反应引气方案 中与碱反应的气体量可以通过掺量控制，引入的气泡微小且分布均匀，在干硬 性的混凝土中基本不会再移动，不会团聚成大气泡，可以达到良好的引气效果； 待铺筑后，反应产生的气体由于无法移动，会产生一个膨胀力，气体占据一定 的空间，使得混凝土整体发生膨胀，正好可以抑制水化早期的塑性收缩，降低 场道混凝土开裂的风险，无需额外添加其他膨胀剂；通过掺入气泡抑制剂，在 拌和过程中消除因为搅拌夹在骨料与砂浆之间的大气泡，提高混凝土的致密性， 改善了混凝土的力学性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。应当注意，同时本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避 免不必要地限制本发明。

Claims (9)

1.一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，其原料包括：水泥、矿物掺合料、细集料、粗集料、减水剂、反应性引气材料、气泡抑制剂、水。

2.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，原料的重量份数为：水泥：28-40份、矿物掺合料0-12份、细集料58-90份、粗集料98-170份、减水剂0.5-1.4份、反应性引气材料0.005-0.015份、气泡抑制剂0.05-3.0份、水10-22份。

3.根据权利要求1或2所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥；所述矿物掺合料为粉煤灰、火山灰、煅烧高岭土、磷矿渣、锂矿渣中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述细集料为机制砂、天然砂或混合中砂中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述细集料的细度模数为2.3-3.2。

6.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述粗集料为粒径范围在5-40mm的碎石，所述碎石的粒径分为三级：5-10mm、10-20mm、20-40mm；其中粒径为20-40mm的碎石的重量比占所述粗集料的50-65％。

7.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述减水剂的减水率不低于25％。

8.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述气泡抑制剂为聚醚型、有机硅型、聚醚改性有机硅型中的一种。

9.根据权利要求1所述一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于：所述反应性引气材料为硫酸联氨或偶氮类材料。