聚羧酸高效減水劑在涼水河特大橋工程中的應用

馮春鵬 熊衛鋒 楊曉峰 龍俊余（北京東方雨虹防水技術股份有限公司技術中心，北京 101309）

工程概況

涼水河特大橋位于北京市通州區，起點里程DK21+454.97，位于臺湖鎮麥莊村境內，終點里程為DK43+018.09，位于永樂店鎮德仁務村境內，沿途穿越臺湖、牛堡屯、于家務、永樂店四個鄉鎮，中心里程為DK32+236.32，主要跨越涼水河、北京六環道路和鳳港減河，同時橋下跨越多條主要通道。涼水河特大橋全長21563.12m，基礎均設計為鉆孔樁基礎，樁徑分別為Φ1.0m、Φ1.25m 和Φ1.5m，樁長50m 左右，筒支梁橋墩每墩8～12 根樁；連續梁橋墩每墩12～15根樁。共計樁基6386 根。本特大橋承臺均為低樁承臺。橋臺采用雙線一字形橋臺，橋墩均采用圓端型，墩身采用直坡到底的圓端形等截面，托盤、頂帽形式采用矩形截面四周抹圓角并與墩身截面順接。全橋共計2 臺、666 墩共667 跨。梁部由預制簡支梁、連續梁組成。其中筒支箱梁有：(32+48+32)m 4 聯12 孔、(48+80+48)m 2 聯6 孔。本工程為京津城際軌道交通工程的附屬工程。

1 混凝土配合比設計技術條件及參數

根據《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》鐵科技[2004]120 號和《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》科技基[2005]101 號的規定，該大橋工程所使用的預應力混凝土梁混凝土的設計壽命為100年，無氯鹽、凍融破壞環境、化學侵蝕環境和磨蝕環境的作用。依據工程設計要求和混凝土的工藝要求，規定了如下混凝土設計參數：

設計混凝土強度等級：C50；

混凝土抗滲等級：＞P20

混凝土坍落度要求：160～200mm

混凝土電通量：小于1010C

2 試驗原材料及性能

2.1 水泥

工程所選用的水泥為符合相關國家標準的PO42.5 普通硅酸鹽水泥，由河北鼎新水泥有限公司生產，其主要化學組成見表1，品質檢驗結果見表2。

表1 水泥的化學成分分析

表2 水泥的物理力學性能

2.2 粉煤灰

本工程采用的粉煤灰（FA）為符合相關國家標準的Ⅰ級粉煤灰，其XRD 圖像如圖1，粒徑分布見圖2，其燒失量為3.23%，篩余量為0.80%。

圖1 粉煤灰（FA）的XRD 圖像

圖2 粉煤灰的粒徑分布

2.3 其它原材料

礦粉采用唐山瑭龍S95 磨細礦渣；砂的含泥量為1.5%，細度模數為2.8；石子采用5～25mm 連續級配碎石。外加劑選用北京東方雨虹防水技術股份有限公司生產的聚羧酸鹽高性能減水劑，固含量為20%。拌合水采用梁廠所在地的自來水。

3 混凝土性能研究

為了滿足所配制的混凝土具有一系列優良的性能，我們在進行混凝土配合比優化方面進行了如下考慮，設計依據為陳建奎和王棟民教授所提出的《混凝土全計算配合比方法》。

1）水灰比

為了充分滿足高速鐵路對高性能混凝土所提出的要求，使混凝土達到所要求的抗滲性和強度，應保證混凝土的密實性，并要求混凝土的水膠比不大于0.35[1]。

2）礦物摻和料

礦物外加劑是一類細分散的硅質材料，其在混凝土中的摻量較大，通常情況下占總膠凝材料量的20%-70%。在混凝土中使用礦物外加劑具有以下幾個方面的優點：(1)降低水化熱而提高混凝土抗溫差開裂的性能；(2)通過使孔隙的細化和改善界面過渡區來提高混凝土的最終強度和抗滲性；(3)提高耐堿集料反應和抗硫酸侵蝕的性能。本工程采用了雙摻粉煤灰和礦粉的設計方案，從而從根本上降低了工程的成本和混凝土的溫差開裂現象[2]。

3）含泥量

由于聚羧酸分子的黏土上的吸附性能要遠遠大于水泥顆粒，因此，集料中的含泥量對聚羧酸吸附分散性能的發揮起著重要的影響。為了減小黏土對新拌混凝土流動性的影響，工程對粗細集料中的黏土含量進行了嚴格的控制。

表3 C50 混凝土的配合比(kg/m3)

表4 C50 混凝土的工作性及其不同齡期的力學性能

圖4 新拌C50 混凝土效果圖

4）砂率

由于在配制高強混凝土的過程中，用水量較低，因此，當膠凝材料用量一定時，影響混凝土工作性的主要參數便是砂率、骨料空隙和含氣量。通過提高砂率和含氣量將有助于提高混凝土的流動性，改善混凝土的工作狀態[3]。砂率的選擇通常按照粗細骨料密實堆積下的空隙率情況確定。

按照上述規定和要求，對混凝土的配合比進行了如表3的設計。

表4 為該配合比下混凝土的工作性和力學性能指標。

由表4 可知：通過上述方法配制的混凝土均能獲得良好的工作性能。其力學性能也能完全滿足設計要求。試驗證明聚羧酸在配制高強混凝土過程中，表現出了良好的性能，具有很好的泵送效果，不泌水、不離析，和易性優越。同時，拆模后的混凝土具有較好的光澤[4]。圖3 為實驗室配制的新拌混凝土流變性的照片，圖4 為工程中使用聚羧酸的混凝土橋墩的照片。

圖5 涼水河特大橋橋墩

[1]左彥峰,王棟民,吳紹祖.聚羧酸系超塑化劑對水泥漿體流動性的影響[J].建筑材料學報,2004,7(2):174－177.

[2]左彥峰,王棟民,吳紹祖.交聯型聚羧酸系超塑化劑對新拌混凝土性能的影響[A].中國硅酸鹽學會年會論文集(下)[C],北京,2003.10.418－424.

[3]熊衛鋒,王棟民,左彥峰.聚羧酸梳型共聚物合成工藝研究[J].商品混凝土,2007.2:36-40

[4]陳建奎.混凝土外加劑的原理與應用[M].北京:中國計劃出版社,1997:2-3