聚羧酸高效減水劑在鋼纖維商品混凝土中的應用研究

肖麗君，毛卓勛，毛卓榮

（1. 浙江恒立交通工程有限公司，浙江 寧波 315153；2.浙江老虎山建材有限公司，浙江 江山 324123）

1 引言

聚羧酸超塑化劑作為新一代減水劑，因其具有減水率高、粘聚性好、收縮率小、流動性能優越及更強的塑化和分散水泥顆粒等作用，在流態混凝土中具有能夠提高混凝土拌合物的工作性、坍落度損失小等優點，越來越被工程施工所采用。特別是在高強混凝土施工工程中，聚羧酸超塑化劑的作用和效果更為明顯。

鋼纖維混凝土作為一種新型復合材料，近年來迅速發展起來。由于其抗拉強度、抗彎強度、耐磨性、耐沖擊性、耐疲勞性、韌性、抗裂性和抗爆性都較普通混凝土有很大提高，多被用于公路路面、機場工程、橋面鋪裂、隧道襯里等工程。特別在需要薄斷面或不規則形狀斷面，不易或不能配置普通鋼筋時，采用鋼纖維混凝土更加體現出顯著效果。

寧波莊橋機場某工程因工程設計中的特殊要求，采用C60鋼纖維混凝土，該工程上部結構為拱形屋面，施工中混凝土澆注采用分格錯位、從低往高逐步澆搗，其混凝土斷面小，泵送高度12～13m。該工程現場無攪拌設施，整個工程23000多方混凝土采用商品混凝土供應。寧波恒立混凝土公司承擔該工程全部混凝土的生產，攪拌站距工地25公里，運輸時間約為30～40分鐘。由于工程的特殊性，采用泵送流態高強鋼纖維混凝土，寧波恒立混凝土公司采用浙江老虎山建材有限公司生產的“虎塔牌”TOR809聚羧酸超塑化劑生產C60鋼纖維泵送混凝土。其結果無論從工作性或強度質量等方面都取得令人十分滿意的效果。

2 混凝土原材料的篩選

2.1 水泥（C）

鋼纖維混凝土水泥可采用42.5和52.5的普硅水泥，鋼纖維混凝土的水泥用量普遍高于普通混凝土。經與其它廠家水泥對比試驗，最終采用浙江紅獅產P·O52.5普通硅酸鹽水泥。性能指標見表1。

2.2 摻合料

鋼纖維混凝土中根據性能和成本的考慮，我們摻用一定量的摻合料。

（1）粉煤灰（Fa）：采用寧波地區北侖電廠產Ⅰ級粉煤灰。性能指標見表2。

表1 水泥性能指標

表2 粉煤灰性能指標

（2）礦渣粉（S95）：采用張家港恒昌新型建筑材料廠生產的S95礦粉。性能指標見表3。

表3 礦渣粉性能指標

2.3 鋼纖維（S）

采用北京產GS-2000（工順牌）盾鈴型鋼纖維。性能指標見表4。

表4 鋼纖維性能指標

2.4 砂

砂的細度模數對鋼纖維混凝土強度有一定的影響，粗砂較細砂相比，粗砂配制的混凝土要比細砂強度高，但過粗容易泌水，過細則會增加水泥用量，宜采用中粗砂。寧波地區常采用淡化海砂，通過試配比較，最終我們采用福建中粗砂，細度模數為2.9。

2.5 石子

鋼纖維混凝土采用表面較粗糙的碎石，能產生機械嵌鎖作用。石子粒徑不宜過大，否則影響鋼纖維的分散。本次生產我們采用本地產火山石，最大粒徑20mm。

2.6 混凝土外加劑

本次工程的外加劑分別采用萘系高效混凝土泵送劑和聚羧酸超塑化劑作試驗比較，然后用不同廠家的聚羧酸超塑化劑作試驗對比，最后在確定一個外加劑品牌的基礎上，通過不同溫度、不同材料及不同配比進行工作性、強度等試驗，最后確定采用浙江老虎山建材有限公司生產的“虎塔牌”TOR809聚羧酸超塑化劑。性能指標見表5。

表5 鋼纖維性能指標

2.7 水

寧波自來水公司供應的潔凈水。

3 鋼纖維混凝土（SFRC）配合比設計

我們依據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55—2000）和《鋼纖維混凝土結構設計和施工規范》（CECS38:92），同時參照陳建奎教授的流態混凝土全計算法，對C60鋼纖維混凝土配合比經過嚴密的計算設計，其設計要求必須滿足：①工程所需的抗壓強度和抗拉強度的要求；②混凝土拌合料的耐久性應滿足施工的要求；③充分發揮鋼纖維的增強和增韌作用，合理確定鋼纖維的用量；④降低鋼纖維混凝土的成本。在試驗室經過多次試拌，其配合比的主要特點為：鋼纖維的摻量在1%左右時，其影響較小，超過1.8%時變化十分明顯。對粗骨料最大粒徑為15mm時能獲得最大強度，粗骨料最大粒徑超過25mm時鋼纖維分散最差，其強度影響也最大。砂石含水率對鋼纖維的分散較為突出，含水率＜3%時，其分散性不受影響，在含水率超過4%時混凝土易出現直徑為10cm的鋼纖維結團。由于摻入眾多細長帶鉤的鋼纖維，從而引起流動性的顯著降低，要保持超大流動性和可泵性采用簡單的加水和加大砂率是不能解決問題的。聚羧酸超塑化劑憑借著本身的優勢，對配合比中其他材料的不足起著決定性的互補作用。配合比見表6。

表6 C60鋼纖維泵送混凝土配合比 kg/m3

4 鋼纖維混凝土攪拌工藝試驗

混凝土攪拌是保證鋼纖維在混凝土基體中均勻分布的重要環節，鋼纖維混凝土攪拌的投料順序和方法，以攪拌過程中鋼纖維不產生結團和保證一定的生產能力為原則。鋼纖維結團和粗骨料的粒徑以及砂中的含水率有密切關系，同時與投料的順序（先濕法或后濕法）以及攪拌時間有直接的關系。鋼纖維在粗骨料中攪拌時間過長自身會產生一定的磁力，引起結團現象。在試驗中我們發現，試驗室與攪拌樓攪拌工藝也不盡相同。

4.1 試驗室攪拌工藝

（1）試驗室攪拌工藝，見圖1。

（2）攪拌樓攪拌工藝，見圖2。

圖1 試驗室攪拌工藝

圖2 攪拌樓攪拌工藝

兩種攪拌設備的不同，加料順序和攪拌時間都有所調整，其中將砂調整在第一道投料是因為攪拌樓的裝料系統原因。

5 工程準備與應用

聚羧酸超塑化劑的性能特性決定其不能與其它外加劑混合使用同一系統設備，否則會嚴重影響其各項性能。在同一系統設備中使用聚羧酸超塑化劑必須全面清洗干凈。聚羧酸超塑化劑的儲罐應用塑料桶作為長期儲罐，否則儲藏超過三個月，就會影響其效果。因此我們建立了一個單獨上料系統，運輸車則采取清洗的方法。

鋼纖維混凝土由于使用復配后的（TOR809-Ⅲ）聚羧酸高效減水劑，攪拌時間較實驗室時間有所縮短，出機坍落度控制在120～140mm，通過25公里長距離運輸，實際送到工地出機坍落度保持在180±20mm以上。鋼纖維混凝土在攪拌樓出機時顯得比較干稠，影響運輸車的裝料時間和順暢。我們采用折掉運輸車的進料擋板，從而滿足裝車的速度。

本工程現場采取分格錯位澆注混凝土，泵送高度12～13m，每車8m3混凝土泵送時間為7分鐘左右。現場觀察，混凝土流動性非常理想且無泌水現象發生，經過保養混凝土未見裂縫，施工現場交貨三方驗證試塊強度檢測結果。3d強度平均42MPa為設計強度70%，7d強度61MPa為設計強度的102%，28d強度75MPa為設計強度的125%，達到施工預期效果。

6 結論

（1）聚羧酸超塑化劑生產高強鋼纖維混凝土憑借其性能的優越，可以彌補混凝土中摻入鋼纖維后造成的流動度、粘聚性、坍落度及強度的損失。

（2）鋼纖維混凝土的配合比區別于普通混凝土配合比設計，水灰比、砂率、鋼纖維摻量上有嚴格的要求（水灰比取決于鋼纖維混凝土強度和鋼纖維含量，砂率必須控制在45%～50%，鋼纖維摻量一般應控制在0.5%～1.5%，超過限值則會成團）。

（3）攪拌工藝中各區段的攪拌時間和投料順序，應以鋼纖維不結團為準。

[1]沈榮熹，王璋水，崔玉忠.纖維增強水泥與纖維增強混凝土[M].北京：化學工業出版社，2006

[2]陳建奎.流態混凝土全計算法[M].