道面混凝土抗冻耐久性设计研究.pdf

斩癯 壶巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 道面混凝土抗冻耐久牲设计研究 付亚伟 ， 蔡良才 ， 王硕太 ， 康笑楠 ， 邸利军 ( 1 1 程火学 工程学院 ， 陕西 西安7 1 0 0 3 8 ； 2 肆一 航第 程总 队， 河北 保定0 7 1 0 5 1 ) 摘要 ： 通过测试 列配合比混凝 = 试块的含气量、 工作性、 强度和冻融循环性能， 研究道面混凝土抗冻耐久性设计参数和方法。 结果表明， 道 面混凝 基 于环境温度 的四级环境分级 ： 为严寒地区、 寒冷地区、 微冻地区和非冰冻地区， 相应的混凝土抗 冻等级分别 为 F 3 0 0 、 F 2 0 0 F 3 0 0 、 F 5 0 F I 5 0和 F 5 0 ， 4个抗 冻等级 F 道 向混凝 土的最 大水灰 比分别 为 0 4 4 、 0 4 5 、 0 4 6和 0 4 6 ，最小 水泥用量 为 2 8 0 k g m， ， 含气 罨 = 为 ( 4 O 0 5 ) 、 ( 3 0 -+ 0 5 ) 、 ( 2 5 -+ 0 5 ) ， 其 中非冰冻地区对混凝土含气量不作要求 。 提 出了基于确定设计参数的道 面混凝 上 抗冻耐久 r 殴 t 方 土 流 ， 能够保 道血 凝 的 ： 作性、 强度 和抗冻耐久性 。 关键 词： 道面混凝 ： 抗冻耐久 境分级： 执凉等级； 设计参数与方法 中图分类号 ： 【 4 l 4 1 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 9 0 0 0 9 0 5 S t u d i e s o n a n t i f r e e z e d u r a b i l i t y d e s i g n o f p a v e m e n t c o n c r e t e F U Y a w e i ， C 1 ，L i a n g c a i ， WA N G S h u o t a i ， K A NG Xia o n a n ， D I L ij u n ( 1 En g i n e e r i n g C o l l e g e ， Air F o r c e En g i n e e r i n g Un i v e r s i t y， Xi a n 71 0 0 3 8， S h a a n x i ， Ch i n a ； 2No 1 0 En g i n e e r i n g C o r p s o f Ch i n a Ai rp o r t ， B a n d i n g 0 71 0 51 ， He b e l ， Ch i n a ) Abs t r a ct ： An t if r e e z e du r a b i l i t y d e s i g n pa r a me t e r s a n d me t h o d o f p a v e me n t c o n c r e t e we r e s t u d i e d b y t e s t i n g t h e a i r c o n t e n t ， wo r k a bi l i t y， s t r e n g t h a n d f r e e z e t h a w c y c l e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e s p e c i me n s o f d i f f e r e n t mi x e s Th e r e s u l t s r e v e a l e d t ha t t h e f o u r - c l a s s e n v i r o n me n t g r a d e s o f p a v e me n t c o n c r e t e b a s e d o n e n v i r o n me n t a l t e mp e r a t u r e s h o u l d b e f r o s t a r e a ， c o l d are a ， l e s s c o l d a r e a a n d n o - f r e e z i n g a r e a ， r e l e v a n t a n t i f r e e z e g r a d e s s h o u l d b e F 3 0 0， F2 0 0 F3 0 0， F 5 0 F1 5 0 a n d F 50 ， ma x i ma l W C s h o u l d b e O 4 4， O 4 5， O 46 a n d O4 6， mi n i mu m c e me n t q u a n t i t y s h o ul d b e a l l 2 8 0 k g m ， a i r c o n t e n t s h o u l d be( 40 0 5 ) ，( 3 0 0 5 ) ， ( 2 5 05 ) ， n o r e q u i r e - me n t o n a i r c o n t e n t i s a s k e d i n n o - f r e e z i n g a r e a ， a n d a n t i fre e z e d u r a b i l i t y d e s i g n me t h o d a n d fl o w b a s e d o n s u c h p a r a me t e r s we r e a l s o g i v e n， wh i c h c a n a s s u r e t h e w o r k a b i l i t y ， s t r e n gth a n d a n t i fre e z e du r a b i l i t y o f p a v e me n t c o n c r e t e Ke y wo r ds ： p a v e me n t c o n c r e t e ： a n t i f r e e z e d u r a bi l i t y； e n v i r o n me n t g r a d e： a n t i fre e z e gra d e ； d e s i gn p ara me t e r s a n d me t h o d 机场与公路的道面混凝土大面积在露天环境中，承受气 候和环境的长期破坏作用， 尤以冻融破坏最为严重， 因此应具 有足够的抗冻耐久性。混凝土的抗冻性在一定程度上能够反 映混凝土的综合耐久性能， 各国对此都十分重视， 制定了各种 规范对其进行控制。 但由于气候、 地理位置和理论基础等方面 的原因， 以及混凝土自身构成上的复杂性和随机性， 各国规范 对混凝土抗冻性规定的侧重点不尽相同。我国现行的机场道 面设计和施工规范中，普遍存在重强度设计而轻耐久性设计 现象_ l I， 混凝土抗冻耐久性的规定还没有系统、 完整的设计参 基金项目： 军队重 点科研项 目( K H0 7 1 7 0 0 1 ) 收稿 13期： 2 0 0 9 1 0 1 1 ； 修订 日期： 2 0 1 0 0 5 1 8 作者简介： 付亚伟 ， 男 ， 1 9 8 4年 牛， 河 南驻 马店人 ， 博 士研 究生 ， 从事 混凝土材料与施工研究。电话 ： 1 3 6 4 9 2 4 1 3 4 7 ， E ma i l ： f u y a we i 0 6 1 6 3 con 0 数和方法，且现有一些标准中耐久性参数的适用性和有效性 尚不明确， 设计缺少充分的数据和技术支持， 抗冻耐久性的设 计一直未能很好实现。 混凝土的抗冻耐久性设计是解决混凝土抗冻性问题的关 键， 是确保混凝土结构达到设计使用年限的前提和基础， 合理 确定混凝土抗冻耐久性设计参数和方法已是亟需研究的内 容。 因此， 本文针对机场道面的特点和要求， 通过理论分析、 混 凝土含气量、 工作性、 强度、 快速冻融循环试验， 并借鉴相关标 准和研究成果， 研究适用于机场道面混凝土的抗冻耐久性设 计参数和方法，为实现道面混凝土抗冻耐久性设计的完全规 范化奠定基础。 1 混凝土的本构特征和抗冻耐久性设计的 技术途径 混凝土是一种非线性、 非连续、 动态的复杂多相非均质复 N E W BUI L DI NG M ATE RI AL 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 付亚伟， 等： 道面混凝土抗冻耐久性设计研究 合体， 其硬化体包含粗细骨料、 未水化的水泥内核、 C a ( 0 H ) ， 及其它结晶颗粒、 水泥凝胶、 凝胶孑 L 隙、 孔隙水及气泡等。 混凝 土冻融破坏过程是水化产物由密实体向松散体转化的过程， 微观表现为混凝土内部孔隙含量的增加和直径的扩大，并伴 随有新裂缝的出现和发展，宏观表现为强度和密实程度的降 低， 且两者相互印证。 大量研究和工程实践证明，影响混凝土抗冻性的因素较 多， 除了 C ( 水灰比) 、 含气量、 水泥用量和质量等因素有关 外， 还有混凝土的龄期和饱水程度、 砂石料和外加剂、 掺合料 种类及掺量等。 但总的来讲， 这些因素对混凝土抗冻性影响的 实质都可归结到 W C 、 含气量和水泥用量3 个方面。因此， 要 实现混凝土结构抗冻耐久性设计，就需确定类似强度设计那 样的参数和方法， W I C 、 水泥用量和含气量3 个基本参数的确 定是关键。 1 1 W C对混凝土抗冻耐久性的影响 W C是混凝土设计中最重要的参数， 混凝土产生冻融破 坏的先决条件是混凝土内部多余的水分， W C的变化对硬化 混凝土的气泡间隔系数、气泡比表面积等特征参数产生重要 影响， 从而直接影响其抗冻性。平均气泡间距越大， 则毛细孔 中的水在冻融过程中产生的静水压和渗透压越大，混凝土的 抗冻性越差。当混凝土含气量相等时， W C不同， 则其内部可 冻水的含量不同，这势必会使其气泡间距等特征参数产生差 异。 随着W C的增大， 水化后多余的水分就越多， 混凝土硬化 后残留内部的气孔就越多， 空隙率就越大， 需要填充的水分越 多， 气泡问隔系数变大， 气泡结构变差， 饱和水的开孔体积增 加， 平均孔径也增大， 这将直接降低混凝土的抗冻性。 因此，有抗冻要求的混凝土W C都有一定的上限规定， 当W C 超过该值时， 混凝土抗冻性就会急剧下降回 。 1 2 水泥用量对混凝土抗冻耐久性的影响 单方水泥用量是影响混凝土抗冻耐久性的一个重要参 数。在配制抗冻性混凝土时， 需要满足一定的水泥用量， 即最 小水泥用量， 否则会影响其抗冻耐久 3 1 0在混凝土配合比中 提出最小水泥用量要求，是保证混凝土耐久性和工作性的重 要技术措施。 工程实践和试验都已证明， 在现代条件下单方混 凝土的水泥用量对混凝土的强度、 工作性、 耐久性等各方面性 能影响十分显著，因此混凝土设计中必须考虑相应标准规范 对最小水泥用量的规定。 1 3 含气量对混凝土抗冻耐久性的影响 使硬化混凝土具有合理的气泡体系特征是混凝土抗冻性 能得以改善的根本所在，而实际上气泡尺寸和气泡间距最终 都会反映到含气量上回 。当含气量一定时， 气泡尺寸越小， 气 泡数量越多， 则气泡间距值越小； 当气泡尺寸不变时， 则含气 1 0 新型建筑材料 2 0 1 0 9 量越大， 气泡间距值越小， 抗冻性能越好 。可以说， 对混凝 土抗冻融能力的控制很大程度上是对含气量的控制。早在 1 9 4 1 年， S w a y z e 就首次阐述了引气可以提高混凝土的抗冻耐 久性。混凝土含气量增大， 抗冻融次数明显增加， 但当引气剂 掺量过大， 含气量超过一定范围时， 混凝土的抗冻性也开始降 低嘲 。混凝土的气泡间隔系数随含气量的增加而减小， 但并不 是简单的指数关系， 当含气量大于4 0 时， 气泡间隔系数的 减小趋势会趋于平缓。因此， 含气量应控制在合理范围内， 对 于有抗冻要求的混凝土就有一个最佳含气量的问题。美国对 混凝土抗冻耐久性进行多年的研究表明，含有最佳含气量的 混凝土，耐用年限要比没有引气剂的混凝土耐用年限延长好 几倍。 2 道面混凝土的环境分级和抗冻等级 混凝土所处的环境和运行条件是关系混凝土耐久性设计 的重要依据。混凝土抗冻性分级必须考虑所处环境的温度等 因素。 因此， 必须将环境对混凝土的抗冻要求数量化。 对于机 场道面混凝土， 只要存在正负温度现象， 就可能对混凝土产生 冻融破坏作用。道面混凝土抗冻性定量化设计的关键是要把 混凝土的抗冻等级设计标准与道面结构的安全运行年限相联 系，而解决这一相关性的根本问题就是要解决抗冻性的室内 试验与机场道面实际运行的关系。 中国水利水电科学研究院研究表明悯 ， 我国可分为4 个易 发生混凝土冻融破坏的代表性地区， 即： 北京( 代表华北) 、 长 春( 代表东北) 、 西宁( 代表西北) 、 宜昌( 代表中南) ， 其气候平 均温度以及年混凝土冻融循环次数统计结果见表 1 。公路部 门提出严寒地区路面混凝土抗冻标号不宜低于F 2 5 0 ， 寒冷地 区不宜低于F 2 0 0 。 表 1 我 国典型地区气温及年冻融循环统计结果 ( 近 5 0年) 因此， 针对我国的气候特点， 根据机场道面混凝土的工作 特点， 提出机场道面所处的环境分级； 同时根据机场道面混凝 土安全使用年限3 0 年的要求， 结合混凝土室内外的冻融损伤 比例系数( 1 ： l 2 同 ) ， 以及不同环境的年冻融循环次数， 同时考 虑道面混凝土运行条件的安全系数，提出不同环境相应的混 凝土抗冻等级。道面混凝土的环境分级和相应的抗冻等级见 表 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 付亚伟， 等： 道面混凝土抗冻耐久性设计研究 表 2 道面混凝土的环境分级和抗冻等级 环境分级 抗冻等级 严寒 ( 最冷月平均气温低于一 1 5) 寒冷地区 ( 最冷月平均气温一 5 l 5) 微冻 ( 最冷月平均气温 0 - 5) 非冰冻 ( 最冷 月平均气温 0) 3 道面混凝土抗冻耐久性设计参数试验 3 1 试验材料与方法 试验用水泥为陕西耀县秦岭牌P 0 4 2 5 水泥；粗骨料为 泾阳石灰岩碎石， 5 2 0 m m 、 2 0 4 0 m m两级配( 4 0 ： 6 0 ) ； 细骨料 为灞河中砂， 细度模数2 7 3 ； 引气减水剂为十二烷基硫酸钠引 气剂和 A D D N S 高效减水剂复配。混凝土抗折强度按 5 0 M P a 设计， 配制强度应大于5 8 M P a ( 均方差按0 5 M P a ) ； 和 易性按机场道面常用的干硬性混凝土维勃稠度要求不超过 3 0 s ； 耐久性要求混凝土道面设计基准期3 0 年1 8 。 采用绝对体 积法进行道面混凝土配合比设计， 初选4个W I C和6 个水泥 用量， 通过优选外加剂掺量， 赋予不同的含气量， 确定3 3 个配 合比，每个配比成型3 组试件，每组3 根 1 5 0 m m x l 5 0 m m x 6 0 0 m m的标准梁，共 2 9 7 个试块。根据 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 、 G B f r 5 0 0 8 1 D2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行工作性、 含气量、 抗 折与抗压强度的测试( 结果取3 组试件的平均值) 。 3 2 试验结果及分析 ( 见表3 ) 表 3 混凝土配合 比与试验结果 编 水泥 砂率 外加剂 稠度2 8 d强度 MP a 含气 编 水泥 砂率 外加剂 稠度 2 8 d强度 MP a 含气 号 用量， k g ， 类型 掺量 抗折 抗压 量， 号 用量 k g ， 类 型 掺量， 抗折 抗压 量 1 0 4 8 3 l O 3 2 8 5 8 2 4 3 7 1 0 l 8 0 4 5 3 0 o 3 2 Y1 4 J 1 0 0 0 4 2 0 6 1 8 5 0 0 3_3 2 04 8 3 0 o 3 2 Y1 4 J 1 o o 0 2 8 5 7 5 4 2 6 3 0 1 9 0 4 5 3 o o 3 2 Yl o J 1 0 0 03 2 3 66 9 5 2 1 2 4 3 0 4 8 2 8 0 3 2 Yl 4 J 1 o 0 0 3 2 O 5 61 3 9 _ 8 2 6 2 0 0 4 5 2 9 0 3 2 Y1 4 J 1 o o 0 9 1 5 55 6 3 8 4 4 2 4 0 4 6 3 2 0 3 2 1 6 5 9 7 48 4 1 0 21 0 4 5 2 9 0 3 2 Y1 4 J 1 0 0 0 6 2 2 6 0 7 45 8 3 3 5 0 4 6 31 0 3 2 25 5 6 2 4 20 1 1 2 2 0 4 5 2 9 0 3 2 Y1 o J 1 0 o 0 4 2 4 6 5 4 46 3 2 3 6 0 4 6 3 0 o 3 2 46 5 3 4 41 4 1 2 2 3 0 4 5 2 8 0 3 0 Y1 4 J 1 0 0 1 0 1 9 5 3 8 3 5 7 4 4 7 0 4 6 3 0 o 3 2 Y1 0 J 1 o o O5 9 5 O 2 3 8 7 4 4 2 4 0 45 2 8 0 3 O Y1 4 J 1 o 0 0 7 2 3 5 9 5 41 1 3 1 8 0 4 6 3 0 o 3 2 Y1 4 J 1 0 o O 3 1 6 6 1 7 5 2 O 3 0 2 5 04 5 28 0 3 O Y1 o J 1 0 o O 5 2 6 6 21 4 55 2 3 9 0 4 6 3 o o 3 2 Y1 o J 1 o 0 0 2 1 7 6 61 5 4 6 2 3 2 6 04 5 2 7 0 3 O J 1 5 5 8 1 O 0 4 6 2 9 0 3 2 Y1 0 J 1 o o 0 5 1 5 4 8 8 4 4-3 4- 3 2 7 04 4 3 0 0 3 2 Yl o J 1 0 0 O5 l 1 5 9 6 4 76 4 6 l 1 0 4 6 2 9 0 3 2 Y1 4 J l o 0 O 3 1 9 5 9 6 4 6 5 3 1 2 8 04 4 2 9 0 3 2 Y1 0 J 1 0 o O5 1 5 6 1 0 4 94 4 2 1 2 0 4 6 2 9 0 3 2 Y1 o J 1 o 0 0 2 2 2 64 5 51 0 2 2 2 9 04 4 28 0 3 O Y4 J1 6 0 1 5 1 8 6 5 2 5 0- 3 44 l 3 04 6 2 8 0 3 O Y1 o J 1 o o O 8 1 6 4 6 5 41 2 4 2 3 O 0 4 4 2 7 0 3 0 J 1 5 6 O 1 4 04 6 2 8 0 3 O Y1 4 J l o o O 5 21 5 7 6 4 2 5 3 3 3 1 O 4 _4 2 8 0 3 0 Y1 o J 1 0 o 1 O 1 8 5 1 5 3 7 O 50 1 5 04 6 2 8 0 3 O Y1 o J 1 0 o O 3 2 4 5 9 8 4 7 7 2 2 3 2 0 4 4 2 8 0 3 0 Y4 J 1 4 0 1 2 2 O 62 4 5 2 7 3- 3 1 6 0 4 6 2 7 0 3 O J 1 5 5 2 3 3 0 4 4 2 8 0 3 0 Y 2 J 1 8 0 0 5 2 3 6 5 8 5 3 5 2 2 1 7 0 4 5 3 o 0 3 2 Y1 4 J1 o o O 7 1 2 5 7 0 4 1 5 4 4 注： Y代表引气剂、 J 代表减水剂， 其后面数字分别表示复配的引气减水剂中引气剂和减水剂的质量比。 由表3 可知， 6 、 l 6 、 2 、 3 0 混凝土的维勃稠度均超过了 3 0 s ； 2 、 3 、 5 一 7 、 1 、 l 3 、 1 4 、 1 7 、 2 o # 、 2 3 、 3 1 混凝土的抗折 强度均低于5 8 M P a ， 不满足设计要求。 对满足工作性和强度要求的剩余 1 8 个混凝土配比， 利用 T D I t 一 1 6 V型微机控制混凝土快速冻融试验机进行冻融循环 试验。试件采用1 0 0 m m x l 0 0 m in x 4 0 0m m的棱柱体， 以6 个 为1 组， 共 1 8 组、 1 0 8 个试块。在规定试验龄期前4 d 将试件 从标准养护室取出， 放进 1 5 2 0 的水中浸泡4 d 。到试验龄 期时， 从水中取出试件， 擦除表面水分， 进行外观检查， 称重并 测量其横向 基频的初始值， 以后每冻融循环2 5 次对试件质量 和动弹模量测量 1 次， 计算质量损失和相对动弹性模量， 然后 将试件调头重新装入试件盒，继续试验。每次冻融循环应在 2 4 h内完成， 融化时间不得小于整个冻融时间的l 4 ， 冻结 和融化温度应分别控制在( 一 1 7 2 ) c C 和( 8 2 ) 。 当遇到以下3 种情况之一即可停止试验： ( 1 ) 已达到3 0 0 次冻融循环； ( 2 ) 相对动弹性模量下降至初始值的6 0 以下； ( 3 ) 质量损失率达5 。 混凝土的抗冻耐久性以混凝土所能经受的最大快速冻融 N E W BUI L DI NG MAT ER I AL S 1 1 啪 一 一 啪 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 付亚伟， 等： 道面混凝土抗冻耐久性设计研究 循环次数表示，所能经受的快速冻融循环次数应以同时满足 大循环次数表示。试验结果见表4 。 相对动弹性模量不小于6 0 和质量损失率不超过5 时的最 表 4 抗冻试验 结果 综合表3 和表4的试验结果可知： ( 1 ) W I C为0 4 8 时， 混凝土未掺引气减水剂( 1 ) 的工作 性、 强度均满足要求， 但抗冻等级尚不足F 5 0 ； 掺入引气减水 剂后， 混凝土( 2 、 3 强度不满足设计要求。因此， 道面混凝土 水灰比应小于0 4 8 。 W C为0 4 6时， 混凝土( 8 、 9 、 1 1 、 1 2 、 1 5 工作性、 强度 均满足设计要求， 抗冻等级达到F 1 0 0 F 1 7 5 。 W C为0 4 5时， 混凝土( 1 8 、 1 9 、 2 l 、 2 2 、 2 4 工作性、 强 度均满足设计要求， 抗冻等级达到F 2 0 0 F 2 7 5 。 W C为0 4 4 ， 混凝土( 2 7 一 2 9 、 3 2 ) 工作性、 强度均满足设 计要求， 抗冻等级达到F 3 0 0 及F 3 0 0以上。 因此， 道面混凝土的最大W C在非冰冻地区和微冻地区 应为0 4 6 ， 寒冷地区应为0 4 5 ， 严寒地区应为0 4 4 。 ( 2 ) 水泥用量不小于2 8 0 k g m 时， W C 为0 4 6的混凝土 ( 8 * 、 9 、 1 1 、 1 2 、 1 5 和易性、 强度均满足设计要求， 抗冻等级 达到F l 0 0 F 1 7 5 ； g C 为 0 4 5的混凝土 ( 1 8 、 l 9 、 2 1 、 2 2 、 2 4 # ) 工作性、 强度均满足设计要求， 抗冻等级达到 F 2 0 0 一 F 2 7 5 ： W C为0 4 4 的混凝土( 2 7 2 9 、 3 2 工作性、 强度均满足设计 要求， 抗冻等级达到F 3 0 0 及F 3 0 0以上。 水泥用量小于2 8 0 k g m 时，无论 W C为0 4 6 、 0 4 5 或 0 4 4 ， 混凝土( 1 、 2 6 、 3 的工作性均不能满足要求。 因此， 在各个环境分级中， 道面混凝土最小水泥用量均不 应低于2 8 0 k g m 。 ( 3 ) 对于满足工作性和强度要求的配合比( 表4 ) ， 当混凝 土含气量小于2 0 时， 抗冻等级尚不足F 5 0 ( 1 * ) ； 混凝土含气 量不小于2 0 时， 抗冻等级达F 1 2 5 一 F 3 0 0 ； 混凝土含气量不 小于3 0 时， 抗冻等级均在F 1 5 0 F 3 0 0 ； 混凝土含气量不小 于4 0 时， 抗冻等级均在F 3 0 0以上( 2 7 - 2 9 9 。 而混凝土含气 量不小于5 0 时， 强度不能满足要求( 3 1 。 3 3 道面混凝土抗冻耐久性设计参数的建议 针对机场道面安全使用年限3 0 年的耐久性要求、 道面混 凝土的工作性、 强度设计要求和不同环境分级的抗冻要求， 根 据上述试验结果与分析， 提出相应的道面混凝土最大 W C 、 最 小水泥用量和含气量等设计参数建议值( 见表5 ) 。 1 2 新型建筑材料 2 0 1 0 9 表 5 机场道面混凝土抗冻耐久性设计参数的建议值 4 道面混凝土的抗冻耐久性设计方法 道面混凝土的传统设计方法是一种基于经验的方法， 考 虑的性能较单， 缺乏耐久性要求的设计手段， 且由于外加剂 的掺入，基于经验的配合比设计方法难以配制出具有特殊性 能的混凝土， 耐久性较差， 适用寿命较短， 因此传统的配合比 设计方法不能适用于受环境影响比较大的道面混凝土的配合 比设计。近几年， 许多专家认为， 配合比设计的指导思想应从 强度设计向多种性能设计转化，从可行性设计向优化设计转 化。 国内外也提出了多种耐久性混凝土配比设计方法， 主要有 O o m o n e P L J 法、 日本阿部道彦法、 M e h t a 和A i t e i n 法、 美国混 凝土协会( A C I ) 法、 法国路桥中心实验室( L C P ) 法、 吴中伟院 士提出的简易绝对体积法、廉慧珍提出的高性能混凝土设计 方法及陈建奎的全计算法等。 道面混凝土的抗冻性设计和普通混凝土的最大区别就是 充分考虑道面的抗冻耐久性要求，注重道面的使用寿命， 因 此， 其设计方法和步骤不可能全同于上述设计方法。 针对道面 混凝土的组成和性能要求特点， 参考马国靖、 王硕太等提出的 机场道面水泥混凝土配合比设计方法【 ， 在理论分析、 借鉴 其它配合比设计方法和试验研究的基础上，提出一种由最大 W C 、最小水泥用量和含气量3 个参数进行控制的道面混凝 土抗冻耐久性设计方法， 以满足道面混凝土工作性、 强度和抗 冻耐久性要求。 该设计是一种经验加理论设计方法， 即建立在 普通道面混凝土配合比设计方法的基础之上，按照抗冻耐久 性参数( 见表5 ) 得到的混凝土设计方法， 设计流程见图1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 付亚伟 ， 等： 道面混凝土抗冻耐久性设计研究 司 雨 图 1 遭 面混 凝 土 的 抗冻 耐 久性 设 计 流 程 没 计方法的主要特点有： ( 1 ) 根据道面混凝土工作性、 强度和不同环境分级相应的 抗冻耐久性要求( 见表5 ) ， 确定相应的最大 W C 、 最小水泥用 量和含气量3 个参数； ( 2 ) 优选原材料； ( 3 ) 按照普通混凝土配 合比设计的方法， 确定理论W C 、 水泥用量和计算配合比； ( 4 ) 将理论 、 水泥用量和最大 W C 、 最小水泥用量参数进行 比较取其小者，根据水泥用量和含气量参数，确定引气剂掺 量， 然后进行试拌， 测试其工作性， 得到基准配合比； ( 5 ) 在基 准配合比的基础上成型， 测试混凝土的强度和抗冻性， 只要有 1 项指标不满足设计要求， 就要调整配合比， 重新试拌并成型 试件进行测试， 直到测试的所有指标都满足设计要求为止， 该 配合比即为试验室配合比； ( 6 ) 最后换算成工地配合比， 即可 用于工程施工， 满足道面混凝土强度、 工作性和抗冻耐久性要 求。 可以看出，该方法的优点在于在借鉴其它配合比设计方 法优点的基础上引入了最大 W C 、 最小水泥用量和含气量来 实现配合比计算； 综合考虑了对工作性、 强度和耐久性3 方面 的设计； 参考确定参数进行部分试验， 从而大大减少了试验工 作量； 摈弃了大量依靠经验数据的做法， 主要数据基本来自 试 验测试， 从而使混凝土配合比设计更加可靠与科学； 设计过程 简单， 易于操作。 5 结语 ( 1 ) 针对混凝土的本构特征， 提出了基于最大W C 、 最小 水泥用量和含气量3 个参数的混凝土抗冻耐久性设计技术途 径。 ( 2 ) 针对机场道面的工作特点和安全使用年限要求， 通过 试验研究和借鉴相关研究成果，提出了道面混凝土的四级环 境分级和相应的抗冻等级， 确立了相应的最大W C 、 最小水泥 用量和含气量等抗冻耐久性设计参数。给出了相应的道面混 凝土的抗冻耐久性设计方法和具体的设计流程，已 存多个机 场道面设计与施工中应用。 工程实践表明， 所提抗冻耐久性设 计参数和方法能够很好地保证道面混凝土的工作性、 强度和 抗冻耐久性要求。 ( 3 ) 对于掺加矿物掺和料的道面混凝土的抗冻耐久性设 计， 还有待进一步研究。 参考文献I 1 】 金伟 良， 赵羽习 混凝土结构耐久性研究的回顾 与展望f J 1 浙江大 学学报 ( 工学版) ， 2 0 0 2 ， 3 6 ( 4 ) ： 3 7 l 一 3 8 1 2 】 曹四伟 高抗冻 混凝土 的试验 研究 D 杨凌： 西北农林科技大 学， 2 0 0 7： 7 -l 1 【 3 】 靳彩 二级配十硬混凝 土抗冻耐久性 的试验研究l J 1 新型建筑 材 料 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 2 0 2 3 【 4 宋拥军 含气量对 混凝土抗冻性能的影 响 J 】 _ 中国三峡建设， 1 9 9 9 ， l 7( J ) ： 4 5 - 4 7 【 5 郑秀华 ， 张宝生 引气轻集料混凝土工作性和 力学性 能的研 究 J 材料科学与工艺， 2 0 0 5 ， 1 3( 2 ) ： 1 4 6 1 5 0 【 6 李金玉 ， 彭小平， 邓正刚， 等 混凝士抗冻性 的定量化设计 J 1 _ 混凝 上 ， 2 0 0 0 ( 9 ) ： 6 1 6 6 f 7 J 李 红 ， 傅智 路 面水 泥混凝 土配 合 比设计 要求【 J J 公 路， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 7 )： 1 O 一2 5 8 马 国靖 ， 王硕太 ， 吴永 根， 等 高性 能道面混凝土 【J J 混凝 土， 2 0 0 0 ( 6 ) ： 21 2 3 9 】 王硕太 ， 马国靖 ， 朱志远 ， 等 高性能道面混凝土配合比设计l J J 公 路交通科技， 2 0 0 7 ， 2 4( 4 ) ： 2 5 2 9 A N E W BUI L DI NG MAT ER I AL 5 l 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m