摘要:聚羧酸系高效減水劑具有減水率高，保塑性好，混凝土早期強(qiáng)度高，水化熱溫升平穩(wěn)，收縮小的顯著特點(diǎn)。與適量超細(xì)礦渣粉和粉煤灰的復(fù)合使用，可配制出滿(mǎn)足大跨度多向預(yù)應(yīng)力箱梁施工要求的高性能混凝土，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。采用NOF2AS 聚羧酸系高效減水劑及超細(xì)礦渣粉和粉煤灰配制的C60 高性能混凝土，成功應(yīng)用于宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋，該工程是國(guó)內(nèi)鐵路工程史上首次使用聚羧酸系高效減水劑的工程。為同類(lèi)工程可起到良好的借鑒。
關(guān)鍵詞:聚羧酸系高效減水劑 保塑性 早期強(qiáng)度 高性能混凝土
盅圖分類(lèi)號(hào):TU5281042 ； U4451466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
1 工程概況
宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋，于2003 年11 月26 日開(kāi)工，2007 年2 月9 日主體工程建成，由中鐵大橋局集團(tuán)一公司施工。其主跨結(jié)構(gòu)采用縱橫豎三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)柔性拱結(jié)構(gòu)。主跨總長(zhǎng)度810 (130 + 2 ×275 + 130) m ，其跨度之大在同類(lèi)橋梁中居亞洲第一、世界第二。主梁頂面寬1414 m ，底寬912～1218 m ，墩頂箱梁高1415 m。三個(gè)主墩的0 # 塊體，混凝土用量近3 000 m3 ，材料總共近萬(wàn)噸，故稱(chēng)為“萬(wàn)噸0＃ 塊”。宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋結(jié)構(gòu)新穎，質(zhì)量要求高，施工難度大。其核心技術(shù)之一的C60 高性能混凝土應(yīng)用研究，被確定為鐵道部科技司的科研項(xiàng)目，由中南大學(xué)負(fù)責(zé)。大橋工程對(duì)混凝土性能的要求:
①4 d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90 %以上，以便實(shí)施預(yù)應(yīng)力張拉；
②要求降低混凝土黏度，減小塌落度損失，以保證混凝土的正常澆筑施工；
③降低水化熱，延遲水化熱峰值出現(xiàn)，以避免溫升開(kāi)裂；
④要求混凝土流動(dòng)性好，能充分填滿(mǎn)模板的各個(gè)角落；
⑤減少混凝土表面氣泡，做到內(nèi)實(shí)外光，棱角分明；
⑥要求混凝土本身低堿、無(wú)氯，低收縮、高抗?jié)B，以滿(mǎn)足耐久性要求。
2 混凝土配合比及性能試驗(yàn)
課題組、工程項(xiàng)目組在有關(guān)各方面的配合下，開(kāi)展了混凝土配合比的系統(tǒng)試驗(yàn)研究。在主要材料(水泥、砂、石) 確定的條件下，系統(tǒng)試驗(yàn)了不同外加材料(減水劑、礦物摻和料) 對(duì)混凝土性能的影響。
2.1 主要材料
1) 水泥: 葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的P1O 4215 水泥，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。
2) 細(xì)骨料為洞庭湖中砂，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。
3) 粗骨料: 采用宜昌碎石，粒徑5～20 mm ，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。
2.2 外加材料
1) 減水劑:選擇了國(guó)內(nèi)外廠家萘系減水劑和聚羧酸系高效減水劑。
2) 礦物外加劑: 葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的粉煤灰礦渣超細(xì)粉，其比例為:礦渣∶粉煤灰= 1∶3 ，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。
2.3 配合比試驗(yàn)
為了提高混凝土的性能，科研組通過(guò)大量的試驗(yàn)最終確定在混凝土中摻加20 %的粉煤灰礦渣混合超細(xì)粉，用以填充水泥顆粒之間的空隙，提高混凝土的密實(shí)度。同時(shí)決定摻加高效減水劑，盡量減少用水量以提高混凝土的各種物理力學(xué)性能。開(kāi)始設(shè)計(jì)的試拌配合比中，使用萘系減水劑。發(fā)現(xiàn)該混凝土雖然坍落度大，但是流動(dòng)速度慢，黏性大，不能滿(mǎn)足泵送施工。而且4 d 齡期的強(qiáng)度不能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90 % ，因此，不能滿(mǎn)足宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋梁體的塊段施工。
在我國(guó)剛開(kāi)始使用的聚羧酸系減水劑是一種最新型的減水劑，其作用機(jī)理在很大程度上不同于萘系減水劑。聚羧酸系的減水率可達(dá)40 %左右，相對(duì)于萘系減水劑來(lái)說(shuō)是一個(gè)質(zhì)的提高，且其他方面的性能也優(yōu)于萘系減水劑。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)廠家較少生產(chǎn)合成聚羧酸系減水劑，科研組當(dāng)時(shí)采用了國(guó)外的兩個(gè)廠家的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該種類(lèi)型減水劑能有效地降低混凝土的黏度，提高混凝土早期的強(qiáng)度，但成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于萘系減水劑。為了在保證質(zhì)量的前提下降低成本，科研組又在國(guó)內(nèi)幾個(gè)生產(chǎn)聚羧酸系減水劑廠家進(jìn)行了調(diào)研，并選擇了三個(gè)生產(chǎn)規(guī)模大且產(chǎn)品穩(wěn)定性好的廠家進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)以上幾家的外加劑在性能和價(jià)格上進(jìn)行了比較，綜合各方面的因素最終選擇了山東華偉銀凱生產(chǎn)的NOF2AS 型聚羧酸系減水劑。在工程使用中期，混凝土的強(qiáng)度和性能控制的較好，為了進(jìn)一步提高混凝土的性能，我們又對(duì)配和比進(jìn)行了調(diào)整。通過(guò)試驗(yàn)我們?cè)诨炷林袚郊臃勖夯业V渣混合超細(xì)粉的摻量提高到了30 %。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。
2.4 配合比優(yōu)化
在使用前科研組又對(duì)該配合比進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，與有關(guān)科研部門(mén)一起對(duì)使用的萘系減水劑和被選擇的聚羧酸系減水劑在耐久性試驗(yàn)，干縮性試驗(yàn)、Cl離子滲透試驗(yàn)、收縮徐變?cè)囼?yàn)、耐腐蝕試驗(yàn)中進(jìn)行了比較。結(jié)果證明聚羧酸系減水劑在以上性能上比萘系減水劑有所提高，不影響混凝土的各項(xiàng)性能，可泵性更好，坍落度損失小，特別是在外觀上明顯好于摻萘系減水劑的混凝土。由于聚羧酸系減水劑氯堿含量很低，使每方混凝土的堿含量也有所降低，特別適用于高強(qiáng)度的高性能混凝土。混凝土性能測(cè)試值如下:
① 混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)為817 ×10- 9 cm2Ps ；
②混凝土中鋼筋的脫鈍時(shí)間110年；
③混凝土的抗凍標(biāo)號(hào)> D200 ；
④混凝土對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕；
⑤混凝土的干縮性較高強(qiáng)混凝土在28 天的干縮性降低20 %左右； ⑥混凝土的徐變性能較高強(qiáng)混凝土在28 天的徐變度和徐變系數(shù)降低15 %左右。
3 NOF2AS 型聚羧酸減水劑在工程中的使用效果
1) 目前水泥品種及減水劑品種繁多，隨著對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能要求的不斷提高，萘系減水劑在適應(yīng)性上已很難滿(mǎn)足工程要求。通過(guò)大量試驗(yàn)及工程應(yīng)用證明，聚羧酸系減水劑在適應(yīng)性上要優(yōu)于萘系減水劑。而聚羧酸系減水劑往往可以通過(guò)調(diào)整摻量來(lái)改變混凝土的性能以滿(mǎn)足施工要求，這在宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋的施工中已得到了很好的印證，并很好的解決了施工中的難題。
2) 羧酸系減水劑能有效調(diào)節(jié)混凝土的含氣量。當(dāng)混凝土含氣量增大時(shí)，可以調(diào)整聚羧酸系減水劑中消泡劑的含量來(lái)調(diào)節(jié)混凝土含氣量，滿(mǎn)足施工要求。
3) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土工作性好、坍落度損失小、流動(dòng)性好、可泵性好、不易堵管。在普通混凝土施工中泵管中的混凝土至少二十分鐘須活動(dòng)一次，否則容易堵管，而摻聚羧酸系減水劑的混凝土在泵管中存放一個(gè)小時(shí)也不會(huì)堵管。
4) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土，水化放熱平穩(wěn)。通過(guò)調(diào)整可使摻聚羧酸系減水劑的混凝土的初凝時(shí)間大于28 h。在宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋的0 # 塊施工中，通過(guò)埋置的測(cè)溫元件測(cè)得混凝土最高溫升在3 天到7天基本保持一致。
5) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土的流動(dòng)性好，能充分填滿(mǎn)模板的各個(gè)角落。加上本身有一定的自密實(shí)性，在同樣條件下?lián)骄埕人嵯禍p水劑的混凝土的外觀光亮，氣泡較少且表面密實(shí)，棱角分明。
4 使用聚羧酸系減水劑的注意事項(xiàng)
1) 聚羧酸系減水劑具有高減水率，高保塑性，雖然適應(yīng)性比萘系減水劑要好，但膠凝材料特別是水泥變化較大時(shí)也要注意。使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C3A 含量小于5 %時(shí)一定要注意聚羧酸系減水劑的摻量。這時(shí)候混凝土很容易發(fā)生坍落度在半個(gè)小時(shí)后變大，產(chǎn)生板結(jié)泌水現(xiàn)象；有時(shí)候坍落度也會(huì)變小，在施工過(guò)程中很難控制。雖然水泥的C3A 含量小于5 % 的概率很小，但要引起高度重視。
2) 聚羧酸系減水劑因?yàn)橛休^高的減水率，在施工過(guò)程中其摻量不宜太高，最好在飽和點(diǎn)下降011 個(gè)百分點(diǎn)，這樣在施工過(guò)程中容易控制混凝土的性能，利于混凝土施工。在施工過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格控制混凝土的用水量，用水量的少量變化雖然對(duì)強(qiáng)度影響不是特別大，但是對(duì)混凝土的坍落度和和易性影響會(huì)較大，不利于工程施工。
3) 使用聚羧酸系高效減水劑試配時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，攪拌時(shí)間應(yīng)> 3 min。
5 結(jié)束語(yǔ)
聚羧酸系高效減水劑具有低摻量，高減水率、良好的保塑性，坍落度經(jīng)時(shí)損失小，與水泥有較好的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，這在宜萬(wàn)鐵路宜昌大橋得到了充分體現(xiàn)。但在具體的施工中應(yīng)正確的使用聚羧酸系高效減水劑，應(yīng)根據(jù)工程中各種材料的情況以及工程的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)多次試配來(lái)確定聚羧酸系高效減水劑的最佳使用方案。
