寒冷天气混凝土地面改进技术
John L. Daniels1 , M.ASCE, P.E., Rajaram Janardhanam2 , James R. Starnes3 , Nicholas DeBlasis4 和 Koyett Miles5
摘要
本文描述了低温天气混凝土技术在水泥土稳定中的应用。对于混凝土来说，典型的方法是使用化学添加剂来降低凝固点，加速固化过程，引发其他变化，使水泥反应在低温下进行胶凝反应。同样，胶凝反应对水泥土稳定性也很重要。为此，进行了一系列实验来评估三种市售化学添加剂对以6％水泥的稳定的局部土壤的无侧限抗压强度的影响。特别地，化学添加剂在三种剂量水平上进行了测试，分别在1天，7天和28天固化期以及两个不同的固化温度下进行强度测量。在-2°C（28.4oF）下固化时，控制未改性混合物的平均7天强度为295kPa（42.8psi）。对于在相同养护温度下的相同混合物，Gilco，Polarset和Daraccel牌化学添加剂的平均7天强度分别增加到1318kPa（191 psi），1050 kPa（152 psi）和1332kPa（193 psi）。经测试，与使用这些添加剂相关的增量成本从8％到41％不等，使其成为广泛的切割和/或土工合成材料的可行选择。
介绍
当路基土壤特定的设计在构造覆盖层之前，将土壤留在原位，并将重点放在稳定上，这往往是有效的。当被认为不适合其现有条件时，两种一般选择是削弱/消除或稳定/加强。“土壤稳定”一词可指降低粘土的塑性/膨胀潜力，降低可压缩性或提供粉尘抑制。有添加剂可以完成所有这些任务并增加强度，但是，本文的重点主要是利用水泥来增加强度。长期以来，水泥一直用于改善土壤，这可能是1935年第一个有记录的案例，南卡罗来纳州Johnsonville附近的一条国家公路的路基通过混合当地的土壤和水泥而得到改善（PCA 2005）。然而，在寒冷天气下，使用水泥改良土壤通常受到限制，因为低温会阻止足够的强度发展（Daniels and Janardhanam 2007）。
类似的问题促使人们在低温天气的混凝土浇筑领域进行了大量研究。例如，如果混凝土在达到很大的强度之前就冻结了，那么其总体潜在强度将会无法恢复到一半以上（Korhonen 2002）。由于这些和其他原因，美国混凝土学会要求混凝土混合保持在5°C（41oF）以上，除非采取特别的预防措施（ACI 1988）。
Korhonen（2002）研究了多种化学添加剂在混凝土在低温条件下固化的用途。发现这些添加剂既降低了凝固点，又加速了水泥的水化速度。随着时间的推移，水泥水化率的增加表现为强度的增加。对于在低温条件下固化的未改性样品，早期强度较差，但是经过28天，大多数改性混合物达到或超过了对照样品的无侧限抗压强度，这种趋势持续了56天。
在实验室和现场条件下，研究了市售添加剂在冷藏和低温冻结条件下新浇混凝土的固化程度（Korhonen etal .2004）。在他们的研究项目开始时，一个目标是开发一种混合物，使混凝土能够固化到-5°C的内部温度。根据历史天气数据，实现这一目标的影响将会大幅度延长施工季节。例如，在北卡罗莱纳州，这基本上意味着全年建设。从本质上讲，如果允许温度下降到-5°C而不是典型的 5°C限制，整个美国将允许至少3-4个月的建设。更具体地说，项目目标是“开发可用于商业用途的，目前已批准的和常用的外加剂混合物，这些混合物可以用于生产寒冷天气混凝土，在安置时表现得像普通混凝土一样，在混凝土滑槽的末端对工人来说是lsquo;无缝rsquo;的。”
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