新型聚羧酸系高性能減水劑在青島海灣大橋工程中的應用研究

段 彬，齊淑芹

(1.山東華偉銀凱建材有限公司，山東 淄博 256410;2.淄博魯潤工程管理咨詢有限公司，山東 淄博 255000)

聚羧酸系高性能減水劑在混凝土施工中得到了越來越廣泛的應用，已成為制備高性能混凝土的關鍵性材料[1]，它具有減水率高、坍落度損失小、綠色和環保等優點［2-4］。隨著“十一五”計劃的全面實施，聚羧酸系高性能減水劑將會在國家的各種基礎建設中發揮重要作用。

1 工程概況

青島海灣大橋是我國北方地區首座特大型海上集群工程，是山東省“五縱四橫一環”公路網主框架的重要組成部分，為青島市交通規劃中“一路一橋一隧”的組成部分。海灣大橋起始于膠州灣高速李村河大橋北，中間連接紅島，終于黃島經濟開發區紅石巖，順接在建的青島—萊蕪高速公路。大橋全長26.707 km，主線為雙向六車道，橋梁寬35 m，2010年底通車，為北方地區最大的海工混凝土橋梁結構，設計使用壽命為100年。

2 設計方案及原材料要求

1)該項工程的重要性是不言而喻的，因此從工程的設計、原材料的選擇、施工質量的要求各方面都是非常高的。灌注樁為C35混凝土，承臺和墩身為C40混凝土、C45混凝土，預制箱梁為C50混凝土;所有的混凝土結構，其質量都要達到高性能混凝土的要求，特別是對混凝土的抗收縮性、抗 Cl－滲透、抗滲、抗凍融等耐久性指標以及外觀質量提出了很高的要求。以大橋預制箱梁為例:該箱梁是目前我國最大的預制混凝土梁之一，單片總長為60 m，梁面寬15 m，后張預應力施工，每架箱梁混凝土用量為870 m3，梁質量可達2 200 t。設計強度C50泵送混凝土，抗凍融300次，電通量值<800 C，混凝土拆模后要求表面無氣泡，外光內實，可謂真正意義的高性能混凝土。

2)原材料選擇 ①砂子:大沽河產河砂，平均細度模數為2.80，含泥量<1.5%，級配良好;②石子:即墨店集產5～20 mm連續級配的碎石，含泥量 <0.5%，堅固性、級配滿足要求;③粉煤灰為電廠Ⅰ級灰，技術指標如表1。④礦粉為青島產 S95級磨細礦渣粉，技術指標如表2。⑤水泥為山鋁P.I52.5水泥，技術指標如表3。⑥外加劑:山東華偉銀凱建材有限公司產NOF-AS聚羧酸系高性能減水劑，技術指標達到GB8076—1997和JG223—2007一等品要求。

表1 工程用粉煤灰主要技術指標 %

表2 工程用礦渣粉主要技術指標

表3 工程用水泥主要技術指標

3 混凝土試驗研究

1)混凝土配合比的優化

大橋箱梁C50泵送混凝土配合比:針對各種原材料的情況，經過大量的試配試驗，最終優選為兩個配合比方案(見表4)。

表4 大橋箱梁混凝土配合比 kg/m3

2)不同種類聚羧酸系高性能減水劑對混凝土性能的影響

首先，針對不同的膠凝材料和混凝土配合比，聚羧酸系高性能減水劑的摻加量不同，其對新拌混凝土的性能及其力學性能的影響也是非常顯著的。為了便于選擇最佳的聚羧酸產品種類，對配合比①、配合比②進行了反復的驗證后，最終確定聚羧酸系高性能減水劑(NOF-AS)的最佳摻量范圍為膠凝材料總量的(0.30±0.02)%(以折固量計)。試驗選擇了四種類型的聚羧酸系高性能減水劑:ZL(酯類品種)、ML(醚類品種)、ZML(酯醚類)和ZMX(酯醚酰胺類)，在同摻量下(減水劑摻量為0.30%，以膠凝材料總量計)對混凝土的性能進行驗證，見表5。

表5 不同聚羧酸系高性能減水劑品種對混凝土性能的影響

表5試驗數據說明，ZMX類聚羧酸系高性能減水劑具有最佳的綜合性能，最終選擇ZMX類，即酯醚酰胺復合類聚羧酸系高性能減水劑為工程用減水劑產品。經驗證兩個配合比均能滿足設計要求，并通過了監理驗證審批。

3)含氣量對混凝土性能的影響

新拌混凝土適當的含氣量能改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵性;但對于≥C50的混凝土，若含氣量>4.0%，則影響混凝土的后期強度、收縮率比、電通量指標和保塑性(見表6)。

表6 含氣量對混凝土性能的影響(配合比①)

通過試驗可以得出結論:對于C50箱梁泵送混凝土的最佳含氣量范圍為2.5% ～3.0%，可通過調整減水劑的組分結構可達到此目的。

4)新型(ZMX)聚羧酸系高性能減水劑的技術指標(見表7)

表7 ZMX聚羧酸高性能減水劑的主要技術指標

4 應用中出現的問題及解決方案

青島海灣大橋建設工期為三年，期間各種原材料雖然有嚴格的控制，但不可避免地存在波動，如摻合料、砂和石料不可能保持完全一致;施工過程也經歷春、夏、秋、冬四季，氣溫變化在 －7℃ ～30℃。這些因素都會對施工及混凝土的狀態產生影響，這就需要外加劑產品應根據具體的情況作出相應的調整，以滿足施工的要求。

4.1 混凝土含氣量的問題

1)混凝土的含氣量對其初始狀態的流動度和擴展度、保塑性能、強度以及耐久性有著明顯的影響。而在減水劑同摻量的條件下，新拌混凝土的含氣量會隨著膠凝材料(尤其是摻合料)的變化而發生明顯的改變。因此，在施工和澆筑混凝土過程中要密切關注混凝土含氣量的變化，根據實測數據隨時調整減水劑的引氣組分。

2)解決方案:每次開盤、每澆筑40 m3混凝土均須測定混凝土的坍落度和含氣量(包括初始含氣量、經運輸后泵送前的含氣量、入模含氣量)以掌握混凝土含氣量的變化。

聚羧酸系減水劑產品在生產過程中應先消除產品本身引入的氣泡，再根據施工現場的情況，引入適量的穩定氣泡。

4.2 環境氣溫變化對混凝土保塑性和可泵性的影響

1)隨著施工環境溫度和濕度的變化，混凝土的保塑性和可泵性會發生明顯的變化。氣溫偏低時，混凝土容易出現板結、泌水、泵送后離析;氣溫偏高時(夏季)由于水分蒸發較快，容易出現混凝土泵送后失去流動性，混凝土表面初凝后易出現微裂縫。

2)解決方案:根據氣溫的變化分為四個區間:－7℃ ～5℃、>5℃ ～15℃，>15℃ ～25℃，>25℃～35℃。在某個氣溫季節中，減水劑組分選擇不同的搭配比例進行合成生產，然后用現場配合比加以驗證，使其與施工環境因素相匹配，以確保混凝土的施工質量。

5 工程應用效果

海灣大橋大型箱梁從施工至今已順利進行了兩年多的時間，數百架箱梁已經驗收并成功安裝到位。整個過程可概括為:原材料嚴格把關，施工過程精心控制，順利地施工和預期張拉、拆模;外觀質量:光亮、無氣泡、色澤均勻;混凝土的各項力學指標、耐久性指標均完全達到設計驗收要求。見圖1。

6 結束語

通過對青島海灣大橋特大型預制箱梁C50泵送混凝土新型高性能減水劑的研究應用，可歸納為以下四點:

1)高性能混凝土的制備應對原材料進行嚴格的控制，配合比要進行優選;

圖1 驗收合格箱梁

2)單一品種的聚羧酸減水劑很難滿足高性能混凝土的特殊要求，應采用復合類的聚羧酸減水劑;

3)含氣量對混凝土的各種性能的影響非常明顯，應根據具體情況找出最佳含氣量范圍;

4)關注施工環境的溫度、濕度變化，根據情況調整減水劑組分進行生產以適應變化的施工環境，確保施工要求。

[1] 王棟民，熊衛峰，左彥峰，等.聚羧酸鹽高性能減水劑的制備、作用機理及應用現狀［J］.混凝土，2008(5):64-67.

[2] 郭延輝，郭京育.聚羧酸系高性能減水劑及其工程應用發展綜述［C］//聚羧酸系高性能減水劑及其工程應用研究會議論文，北京:中國鐵道出版社，2007(6):1-9.

[3] 李崇智，李永德，馮乃謙.聚羧酸鹽系高性能減水劑的研制及其性能［J］.混凝土與水泥制品，2002(2):3-6.

[4] 李崇智，馮乃謙.聚羧酸類高性能減水劑的研究進展［J］.化學建材，2001(6):10-12.