淺談聚羧酸系減水劑在京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段高性能混凝土中的應(yīng)用

陳寶良

（中國交通建設(shè)股份有限公司京滬土建六標(biāo)段項目部，浙江 蘇州215121）

淺談聚羧酸系減水劑在京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段高性能混凝土中的應(yīng)用

陳寶良

（中國交通建設(shè)股份有限公司京滬土建六標(biāo)段項目部，浙江 蘇州215121）

京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段主要為橋梁工程，采用高性能混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計壽命100年。本文主要介紹了聚羧酸系減水劑在該工程中的應(yīng)用，重點探討了原材料選擇、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、高性能混凝土配合比設(shè)計及聚羧酸系減水劑在高性能混凝土施工中應(yīng)注意的問題，并指出高性能混凝土與普通混凝土的異同。

聚羧酸系減水劑；高性能混凝土；高速鐵路；耐久性；施工質(zhì)量控制

1 前言

京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段，線路起點DK1148+522.48，終點DK1301+200，工程地點為常州東特大橋～上海虹橋站（不含虹橋樞紐委托代建工程），正線長度153.745km。本標(biāo)段主要工程包括：丹陽至昆山特大橋（部分）和蘊藻浜特大橋2座橋梁，其中丹陽至昆山特大橋（總長163.787km）施工長度129.052km，蘊藻浜特大橋長23.301km，合計橋梁總長度152.42km，占正線長度的99%。橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)為高性能混凝土，設(shè)計年限100年。

2 原材料及混凝土優(yōu)化設(shè)計

2.1 原材料

2.1.1 砂

采用贛江中砂，其實測指標(biāo)見表1、表2。

2.1.2 水泥

水泥選用C3A含量低、需水量少,質(zhì)量穩(wěn)定的蘇州華新金貓牌P·O42.5水泥，其物理性能見表3、表4。

2.1.3 粉煤灰

粉煤灰（Fly ash）是電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末。經(jīng)過磨細(xì)加工后粉煤灰顏色越淺，含碳量越低品質(zhì)越好。粉煤灰選用蘇州望亭電廠、太倉捷杰等經(jīng)過磨細(xì)加工優(yōu)質(zhì)粉煤灰，其物理性能見表5。

2.1.4 磨細(xì)礦渣粉

江蘇沙鋼磨細(xì)礦渣粉，其物理性能見表6。

2.1.5 粗骨料

選用湖州石灰?guī)r質(zhì)碎石5～10mm、10～25mm、16～31.5mm三種級配，按照堆積密度最大，緊密空隙率最小的原則摻配成5～31.5mm連續(xù)級配，其實測指標(biāo)見表7。

表1 砂性能指標(biāo)

表2 砂級配

表3 水泥物理性能測試結(jié)果

2.1.6 外加劑

采用浙江五龍化工有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系減水劑（Ww），摻量為膠凝材料用量的1.0%。其實測指標(biāo)見表8。

2.2 混凝土配合比

2.2.1 C30鉆孔樁基礎(chǔ)混凝土

C30鉆孔樁基礎(chǔ)混凝土配合比及性能測試結(jié)果分別見表9～表11。

2.2.2 C40承臺、墩身混凝土

C40承臺、墩身混凝土配合比及性能測試結(jié)果分別見表12、13及14。

2.2.3 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體混凝土

C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體混凝土配合比及性能測試結(jié)果分別見表15～表17。

表4 水泥其他物理性能

表5 粉煤灰物理性能檢測結(jié)果

表6 礦渣物理性能檢測結(jié)果

3 原材料的質(zhì)量要求及影響

3.1 水泥

水泥細(xì)度300～350m2/kg，水泥越細(xì)強度越高,但會使混凝土的干縮性增大,導(dǎo)致混凝土容易產(chǎn)生裂縫,耐久性降低，因此要求水泥不宜太細(xì)。

3.2 細(xì)骨料

細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)低于2.6，配制混凝土?xí)r的需水量會增加,含泥量、泥塊含量同樣會加大用水量和外加劑用量，加大混凝土的干縮，降低混凝土的強度和耐久性。因此，細(xì)骨料含泥量小于2.0%,無泥塊的潔凈贛江砂。對于大于10mm的顆粒，必須經(jīng)過篩分后使用，儲料倉必須是合格砂。

表7 粗骨料性能指標(biāo)

表8 減水劑性能指標(biāo)

3.3 礦物摻合料對混凝土耐久性的影響

為了保證混凝土的耐久性，摻入30%～50%的粉煤灰、礦粉，摻入的粉煤灰、礦粉后不但可以改善混凝土的和易性、減少水泥用量及節(jié)約成本，而且有利于降低混凝土的早期自身收縮，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，提高了混凝土的耐久性。

表9 C30鉆孔樁基礎(chǔ)混凝土配合比

表10 C30鉆孔樁基礎(chǔ)新拌混凝土性能

表11 C30鉆孔樁基礎(chǔ)硬化混凝土性能

表12 C40承臺、墩身混凝土配合比

表13 C40承臺、墩身新拌混凝土性能

3.4 碎石的影響

樁基、承臺、墩身的碎石選用5～10mm、 10～25mm、16～31.5mm三種級配，按一定比例摻配成5～31.5mm連續(xù)級配。施工時分級采購、分級運輸、分級儲藏、分級計量。針、片狀顆粒含量、壓碎指標(biāo)值、含泥量較小、非堿—碳酸活性骨料碎石；母巖50mm立方體飽和水（水中浸泡48h）抗壓強度大于100MPa。

預(yù)制梁、現(xiàn)澆梁使用5～10mm、 10～20mm按一定比例摻配成5～20mm連續(xù)級配碎石， 指標(biāo)必須滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁暫行技術(shù)條件》（鐵科基［2005］120）技術(shù)要求。施工過程嚴(yán)格控制石粉含量，篩洗經(jīng)檢測合格后方可進場。

表14 C40承臺、墩身硬化混凝土性能

表15 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體硬化混凝土性能

表16 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體混凝土配合比

表17 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體新拌混凝土性能

3.5 外加劑

聚羧酸系減水劑是鐵路高性能混凝土的特征組分,活性礦物摻合料的使用,起到增密、增塑、減水的效果和火山灰效應(yīng)，改善骨料的界面效應(yīng)，提高混凝土性能。聚羧酸高效減水劑可以使混凝土的每方用水量減少在130～150kg之間。聚羧酸高效減水劑具有保坍性能好、適當(dāng)引氣的性能。加入適量引氣劑,可在混凝土中形成數(shù)量眾多的微小氣孔,其孔徑多小于200μm,效用如下：(1)分布均勻的微小封閉氣孔可以阻斷混凝土中連通的毛細(xì)孔通道，降低毛細(xì)水的滲透作用，并可吸收緩沖因凍融或化學(xué)腐蝕等原因所造成的混凝土內(nèi)部膨脹壓力。 (2)混凝土中引入的微小氣泡還可以減少因鹽凍引起的表面剝落，提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕的性能，降低混凝土的用水量和混凝土的水分散失，減少泌水，從而提高混凝土的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性。 (3)降低水膠比，使?jié){體既密實又有合理分布的微孔結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)可以獲得相當(dāng)良好的抗凍性能，引入的微氣泡彼此分離，不會形成連通的透水通道，故較難達到充水極限，同時對抗?jié)B性也無影響；適當(dāng)引氣劑不但能提高抗凍能力，而且使抗蝕性獲得一定的改善。

3.6 性能評定

鮑羅米公式在高性能混凝土的強度應(yīng)用時，強度值會因為礦物摻合料的比例不同而變化，因此注意其離散性。由于礦物摻合料比例較大，我國現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)對除預(yù)應(yīng)力混凝土、蒸汽養(yǎng)護混凝土、噴射混凝土三種以外的混凝土性能評定齡期均采用56d評定。因此，水膠比只能按照不同膠凝材料的配比具體試驗確定，然后通過試拌予以調(diào)整。一些對普通混凝土影響不大的因素對聚羧酸系高性能混凝土的影響可能比較顯著，應(yīng)該通過一定數(shù)量的重復(fù)試驗驗證，以確保其穩(wěn)定性。

4 質(zhì)量控制

4.1 拌合過程控制

4.1.1 用水量控制

拌合混凝土?xí)r，開始過程中，按要求檢測砂、石含水量，隨時調(diào)整拌合物的加水量。

4.1.2 攪拌時間的控制

采用強制式混凝土攪拌機拌合，為了保證混凝土拌合物的勻質(zhì)性，拌合時間為120～180s。嚴(yán)格按高性能混凝土的投料次序進行。

4.1.3 坍落度的控制

對每盤混凝土的坍落度、流動性目測觀察，并按要求對坍落度、含氣量、入模溫度進行檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。混凝土采用攪拌車運輸時，混凝土裝車前應(yīng)排干凈罐車內(nèi)積水。

4.1.4 加強與施工班組的協(xié)調(diào)

采用泵送混凝土施工時，盡量減少停泵時間，如確需停泵，必須每隔5min左右泵送幾下，確保泵管內(nèi)混凝土不出現(xiàn)離析、堵管的異常。

4.2 振搗、養(yǎng)護及耐久性檢測

4.2.1 混凝土振搗

施工中振搗棒要快插慢拔，使混凝土內(nèi)部氣泡排出，避免過振造成混凝土離析，影響混凝土外觀質(zhì)量。振搗時要遵循“垂直插搗，防止漏振、避免過振、快插慢拔”的振搗方法，振搗時間不應(yīng)超過30s。漏振造成露骨，過振會造成混凝土表面出現(xiàn)“砂線”，影響外觀質(zhì)量。更重要的是將引入的微小氣泡排除，降低混凝土耐久性。

4.2.2 根據(jù)實測膠凝材料堿含量、氯離子含量計算混凝土中的總堿含量和氯離子含量

見表18。

表18 混凝土中的總堿含量和氯離子含量

4.2.3 混凝土養(yǎng)護

結(jié)構(gòu)物成型后立即覆蓋，外界氣溫超過15℃時，應(yīng)該向混凝土表面灑水養(yǎng)護，灑水的次數(shù)以保證混凝土表面時刻處于濕潤狀態(tài)為度，同時模板表面也應(yīng)該灑水養(yǎng)護時間不應(yīng)少于14d。在低溫施工時應(yīng)該加強表面保溫，混凝土表面溫度不得低于5℃。寒潮沖擊情況下日降溫幅度大于8℃，應(yīng)加強表面保護，防止開裂。

混凝土內(nèi)外溫差大于15℃，建議采用熱水養(yǎng)護，使混凝土的內(nèi)外溫差低于15℃，避免混凝土產(chǎn)生裂縫。

4.2.4 混凝土強度及耐久性檢測

按要求對混凝土進行抽樣，除試驗室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件外，承臺、墩身還應(yīng)該留制與結(jié)構(gòu)物的同條件養(yǎng)護試件2—5組，進行14d、28d、56d強度耐久性檢驗，混凝土拌合物進行含氣量、入模溫度以及0.5h、1h泌水率檢驗，確保混凝土入模溫度在5—30℃。夏季施工過程中必須有足夠的措施降低混凝土的溫度。保證入模溫度滿足要求。

5 聚羧酸系減水劑在高性能混凝土施工中注意的問題

（1）聚羧酸系減水劑摻量低，混凝土對外加劑用量非常敏感，要求拌合計量系統(tǒng)必須準(zhǔn)確，否則會造成坍落度不穩(wěn)定，影響混凝土拌合物質(zhì)量。

（2）聚羧酸系減水劑對不同品種、同一品種不同批次、同一批次不同存放時間的水泥、膠材中不同批次粉煤灰存在適應(yīng)性差異的問題，施工過程中需加強復(fù)拌、試拌，調(diào)整最佳摻量，以維持混凝土狀態(tài)的穩(wěn)定性。

（3）聚羧酸系減水劑對砂、石料的質(zhì)量尤其是砂中的含泥量，碎石中的石粉含量比較敏感，施工中必須嚴(yán)格控制骨料含泥量、石粉含量。

（4）聚羧酸系減水劑配制的混凝土在較低坍落度下保坍值不是很理想。如出機坍落度為170mm的拌合物,1h后坍落度只有80～100mm。

6 結(jié)論

京滬高速鐵路土Ⅵ標(biāo)段高性能混凝土現(xiàn)已完成 560萬m3，經(jīng)過抽樣辦批次檢測，混凝土力學(xué)性能、耐久性（抗?jié)B性、抗凍性、抗氯離子滲透）結(jié)果滿足設(shè)計要求，工程成本相應(yīng)較低。

陳寶良（1965-），工程師，主要研究高速鐵路路基填筑質(zhì)量控制、CRTSⅠ、Ⅱ型板式無砟軌道充填層灌注工藝試驗研究等高速鐵路新材料、新技術(shù)應(yīng)用。

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