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1、收稿日期:2014 01 20 基金项目:新疆交通运输厅重点基金项目:新疆高盐地区防盐腐蚀 混凝土施工技术研究 作者简介:王晓川 ( 1974 ) ，男，黑龙江庆安人。高级工程 师，主要从事路面工程检测与施工管理工作。E- mail: 84338249 qq. com。 DOI: 10 13379/j issn 1003-8825 2014 03 08 节水保湿养生膜用于水泥稳定 碎石基层养生的试验研究 王晓川，杨继康 ( 中交二公局第四工程有限公司，河南洛阳471013) 摘要:养生是防止水泥稳定碎石基层收缩开裂和保证其使用性能的重要施工工序。为了对水 泥稳定碎石养生提供选择依据，选用水泥稳
2、定碎石基层的节水保湿养生膜、补水养生( 麻袋) 及密封 养生( 聚乙烯薄膜) 三种养生方式开展室内试验研究和道路工程的验证。结果表明: 麻袋养生需水量 大、保温性能和抗水泥稳定碎石收缩性最差，聚乙烯薄膜养生次之，节水保湿养生膜最优。 关键词:道路工程; 水泥稳定碎石; 养生方式; 收缩; 抗裂性 中图分类号:U416. 214文献标志码:A 文章编号:1003 8825( 2014) 03 0037 04 0引言 水泥稳定碎石材料以其良好的强度、刚度和整体 性，在高等级路面中得到了广泛应用。但是，由于水 泥稳定碎石基层在温度和湿度变化时，容易产生温缩 和干缩开裂，导致沥青面层反射裂缝的形成，从
3、而影 响了半刚性基层沥青路面的使用寿命 1 3 。为了防止 半刚性基层沥青路面产生收缩开裂，道路研究人员对 刚铺筑的半刚性基层采取了一系列保湿和保温措施， 如在基层铺筑后采用按时洒水的方式，或在水泥稳定 基层承载力满足要求后立即覆盖沥青混合料面层防止 水分散失等方式进行养生。这些方式为基层的养生提 供了相对稳定的温度和湿度环境 4 。 随着道路工程养生技术的发展，先进的节水保 湿养生膜也逐步用到混凝土养生中，该养生方法在 节约用水的基础上，保障了水泥混凝土的养生，也 是半刚性基层养生可引入的一种养生方法。为了对 水泥稳定碎石基层养生方式的选取提供依据，本文 依据混凝土节水养生膜原理，选取聚乙烯
4、薄膜密封 养生、麻袋覆盖补水养生和节水保湿养生膜养生三 种代表性养生方式，对水泥稳定碎石基层收缩特性 的影响展开研究，其结果为水泥稳定碎石基层养生 方式的选择提供了依据。 1混凝土节水保湿养生膜工作原理 混凝土节水保湿养生膜是根据混凝土的水化原 理，以可控高分子吸收材料为核心原料，与塑料薄 膜复合而成的高新材料 5 。核心材料具有特种官能 团，可吸收自重数百至上千倍的水分，每平方米养 生膜能吸收 600 900 g 左右的水分，吸水后热容与 水相当。核心材料吸水后形成一个微型小水库，由 于其自有的特性，使养护膜紧贴混凝土，吸水后将 液态水变为固态水，流不掉，挤不出，又难以蒸发， 但能以毛细管现
5、象在混凝土表面传递和渗透，不间 断地提供混凝土养生用水，并反复吸收养生体的蒸 发水，因此，养生期内虽然只浇一次水，但养生体 总能保持湿润，如图1。本文利用该原理，采用节水 保湿养生膜对水泥稳定碎石进行养生，对水泥稳定 碎石养生保湿功能进行对比研究。 图 1节水保湿养生膜组成及 “小水库” 2原材料性质与试验 2. 1原材料性质 ( 1)水泥。根据公路工程水泥及水泥混凝土试 73王晓川，等:节水保湿养生膜用于水泥稳定碎石基层养生的试验研究 验规程 6 ，对本文采用的水泥进行了细度、凝结时 间、安定性和水泥砂浆强度等性质进行检验，其结 果如表 1。 表 1水泥性质 水泥 标号 细度/ % 初凝时间
6、/ min 终凝时间/ min 安定 性 抗压强度/MPa 3d28d P. O 32. 51. 7291435合格17. 135. 4 ( 2)集料及级配。本文采用的集料有 4 种规格， 分别为 26. 5 9. 5 mm、9. 5 4. 75 mm、4. 75 2. 36 mm 和石屑。按照公路工程集料试验规程 7 的相关 试验要求，对各种集料的性质进行检验，其结果见 表 2。集料级配，见表 3，是影响水泥稳定碎石性能 的要素之一，本文试验选用公路路面基层施工技术 规范 8 中表 3. 2. 2 的 3 号级配范围中值进行试验。 表 2集料的基本性质 各规格集料密度/( gcm 3) 26
7、. 5 9. 5mm9. 5 4. 75mm4. 75 2. 36mm石屑 30min 吸水率/%压碎值/%针片状含量/% 2. 752. 712. 722. 680. 148. 89. 7 表 3级配组成 筛孔尺寸/mm31. 5 26. 5199. 54. 75 2. 36 0. 60. 075 通过百分率/%10095. 0 80. 5 57. 0 39. 0 26. 0 15. 0 3. 5 ( 3)节水保湿养生膜。其基本性质如表 4。 表 4节水保湿养生膜的基本性质 有效保水 率/% 固水量/ ( gm 2) 28d 后固水量/ ( gm 2) 保温 性能/ 磨耗量/ ( kgm 2
8、) 92800 1000200 4 3 2. 2试验方法 水泥稳定碎石中的水泥剂量选用 4 %，成型 100 mm 100 mm 400 mm 的中梁试件，从试模脱出后分 别采用聚乙烯薄膜、麻袋及节水保湿养生膜包裹，每 组3 个试件，置于 25 恒温环境中，保持包裹材料 内部的相对湿度大于95 %，养生6 天，记录6 天养生 的用水量。将养生 6 天后的中梁试件浸入水中 24 小 时，取出后分别用聚乙烯薄膜、麻袋和节水保湿养生 膜包裹，将试件放到室外干温缩试验架上，其中 2 个 试件用千分表监测中梁试件的收缩变化规律，1 个用 干湿泡温度计对试件的温度和湿度的变化规律进行跟 踪监测及测试水分散
9、失引起的质量变化。 3试验结果与分析 3. 1三种养生方式的用水量 以试件 400 mm 100 mm 为观察面，将养生用 水量换算为单位面积用水量，以便路面施工参考， 观察结果如图 2。 由图 2 可知:为了保证水泥稳定碎石试件养生 湿度恒定，在 1 6 天龄期内三种养生方式下都需要 为试件补水，其中麻袋养生补水最多，其次为聚乙 烯薄膜养生，且两种养生条件下用水量随龄期的变 化具有相同的趋势，都是随龄期显著增大。而节水 保湿养生膜的补水量随龄期增加不明显。这说明， 麻袋和聚乙烯薄膜的保水性较节水保湿养生膜差， 二者的养生用水量大概为节水保湿养生膜的 7 10 倍。节水保湿养生膜内部添加了吸水
10、保水高分子材 料，因此，相对于麻袋和聚乙烯薄膜，节水保湿养 生膜多了吸水和固水的功能。 图 2三种养生方式的用水量随龄期的变化 3. 2三种养生方式的温度和湿度 图 3 和图 4 是试件浸水取出第 1 天三种养生方 式下 24 小时内试件表面温度和湿度随时间变化曲 线。试件所处环境为室外自然环境，在监测试件温 湿度变化同时也监测了大气温湿度变化。 图 3三种养生方式 24 h 内的温度变化规律 由图 3 可以看出:三种养生方式下试件表面温 度与大气温度变化均有相似的趋势，但是变化幅度 83 路 基 工 程 Subgrade Engineering2014 年第 3 期 ( 总第 174 期)
11、不同，麻袋养生温度最接近大气温度，在无阳光照 射大气温度降低的 18 时至次日凌晨 4 时，聚乙烯薄 膜养生温度降低速度较快，内部温度低于麻袋养生 温度。整个监测过程中，节水保湿养生膜的保温效 果最佳，养生温度最高时，高于大气温度达 20 。 这是因为，吸水后的节水保湿养生膜吸收了大气和 水泥水化释放的热量，而水的比热比较大，所以膜 内的温度较高;当外界温度降低时，养生膜又具有 较好的密封性能，能降低表层的空气流通，防止热 量散失。因此，节水保湿养生膜具有较强的增加膜 内温度和保温效果。 图 4三种养生方式 24 h 内的湿度变化规律 由图 4 可以看出:除节水保湿养生膜养生方式 外，另外两种
12、方式为试件的养生提供的湿度环境均 与环境湿度有相同的变化趋势。这是因为，当外界 环境湿度降低时，聚乙烯薄膜和麻袋养生的密封性 不好，导致内部湿度散失，而节水保湿养生膜除密 封性好外，高分子吸水材料吸收的水分可持续通过 毛细作用为水泥稳定碎石释放水分，保证了养生的 相对湿度。从监测结果看，麻袋养生的保湿能力最 差，节水保湿养生膜最优。 3. 3三种养生方式的收缩 采用三种养生材料包裹试件下，在自然条件下 采用干温缩试验架监测水泥稳定碎石的收缩变形及 失水量，结果如图 5、图 6。 图 5三种养生方式下收缩应变随时间的变化 由图 5 可知:随着试件暴露于大气时间的增长， 三种养生方式下水泥稳定碎石
13、试件收缩不断增长， 其中麻袋养生收缩应变最大，聚乙烯薄膜养生次之， 节水保湿养生膜养生收缩应变最小。在 100 小时后， 各试件的失水量已经保持稳定状态，此时干缩应变 基本稳定。因此，在 100 小时后，试件的应变受温 度变化而出现较大波动。 研究表明，毛细水蒸发引发的水泥稳定碎石收 缩最大 9 ，从图 5 也可明显找到收缩最明显的时间 段。可以看出，麻袋养生过程中，毛细水蒸发阶段 发生最早，持续时间最长，而节水保湿养生膜可明 显推迟毛细水蒸发阶段，而且收缩时间最短，这样 可大大降低基层养生期间发生收缩开裂的可能性。 图 6三种养生方式下失水量随时间的变化 由图 6 可知:三种养生方式下，麻袋
14、养生失水 量最大，节水保湿养生膜初期失水量最小，后期失 水量较聚乙烯薄膜大。失水量大，水泥稳定碎石的 收缩变形也大。 由图 6 还可看出:在整个水泥稳定碎石的保水、 失水过程中，麻袋防止水分散失的能力最差，初期 节水保湿养生膜的高分子材料吸水，防止了水分的 散失，但随着暴露时间的发展，水泥稳定碎石材料 吸收高分子材料保存的水分，散失出去，导致后期 水分散失加快。 此外，从图 3 也可以看出，三种养生方式下， 麻袋和聚乙烯薄膜养生对试件的保温作用最弱，因 此引起的温缩变形也大。温缩和干缩叠加起来，导 致麻袋养生下水泥稳定碎石材料收缩最大，节水保 湿养生膜养生引起的材料收缩最小。 4工程应用 为了
15、验证室内试验结果，2013 年 8 月在某厂道 路工程的基层施工过程中，分别采用了上述三种养 生方式进行现场对比试验，见图 7。由于三种养生 方式为水泥稳定碎石基层养生创造的温度和湿度不 同，因此对该试验段三种养生方式下水稳碎石表面 93王晓川，等:节水保湿养生膜用于水泥稳定碎石基层养生的试验研究 温度和湿度进行了监测，见图 8。 图 7现场布膜 图 8水泥稳定基层表面温度测试 结果表明:不同监测时间节点下节水保湿养生 膜可提高膜内温度 4 15 ，麻袋可提高 0 5 ， 聚乙烯薄膜养生可提高 0 12 ，为保障该路段的 养生，麻袋养生的补水频率最高，节水保湿养生膜 补水频率最低，与室内试验得
16、到的规律一致。 5结论 本文通过室内试验比较了麻袋养生、聚乙烯薄 膜养生和节水保湿养生膜养生，三种养生方式下水 泥稳定碎石养生的用水量、温度环境和收缩特性， 通过实体工程验证了室内试验结果，结论如下: ( 1)在保证水泥稳定碎石养生湿度恒定的条件 下，麻袋养生及聚乙烯薄膜养生所需要的水量是节 水保湿养生膜的 7 10 倍，节水保湿养生膜具有较 强的吸水、固水作用，在养生过程中，可形成一个 个 “小水库” ，对节水养生起到了重要作用。 ( 2)三种养生方式中，节水保湿养生膜的保温 效果最佳，养生温度最高高于大气温度达 20 ，在 阳光照射下，聚乙烯薄膜次之，在无阳光照射且大 气温度较低时，麻袋的
17、保温效果强于聚乙烯薄膜。 麻袋和聚乙烯薄膜养生湿度受大气湿度影响较大， 节水保湿养生膜受环境湿度影响较小。 ( 3)三种养生方式下水泥稳定碎石试件收缩不断 增长，麻袋养生水泥稳定碎石收缩应变最大，聚乙烯 薄膜养生次之，节水保湿养生膜养生收缩应变最小。 参考文献: 1 胡力群，沙爱民 商开高速公路水泥稳定碎石基层抗裂性研究 J 中外公路，2005，25 ( 2) :25 27 2 王海涛，吴宇，刘义春 某二级公路水稳碎石基层裂缝成因及防治措 施浅析 J 路基工程，2012 ( 2) :192 194 3 张鹏，李清富，黄承逵 聚丙烯纤维水泥稳定碎石抗弯拉强度试验研 究 J 新型建筑材料，2007
18、 ( 7) :52 54 4 沈卫国，杨志峰，黄继业，等 半刚性路面基层养生方式的研究 J 公路交通科技，2007，24 ( 6) :62 65 5 马慧 高吸水保水土工养护膜的研究开发 D杭州:浙江理工大 学，2013 6 JTG E302005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 S 北京:人 民交通出版社，2005 7 JTJ 0582000公路工程集料试验规程 S北京:人民交通出版 社，2000 8 JTJ 0342000公路路面基层施工技术规范 S 北京:人民交通出 版社，2000 9 王海朋 掺细废旧料水泥稳定碎石抗裂性研究 D西安:长安大 学，2011 Test Study on C
19、ement Stabilized Macadam Base Cured by Water- saving Damp- preservation Curing Membrane WANG Xiaochuan，YANG Jikang ( The 4th Engineering Co. ，Ltd. of CCCC Second Highway Engineering，Luoyang 471013，Henan，China) Abstract:Curing is a very important construction process to prevent cement stabilized maca
20、dam base from shrinking and cracking，and ensure its service performance In order to provide the selection basis for cement stabilized macadam base curing，three curing methods，including water- saving damp- preservation membrane， water curing ( gunny bag)and coating- sealing curing ( polyethylene film
21、) ， were selected to carry out the indoor tests and verification by road engineering The results show that gunny bag curing is characterized by large water demand，and worst thermal insulation and anti- shrinking performance，in respect of which polyethylene film curing is the second，second and water- saving damp- preservation curing membrane performs best Key words:road engineering;cement stabilized macadam;curing method，shrinkage，cracking resistance 04 路 基 工 程 Subgrade Engineering2014 年第 3 期 ( 总第 174 期)