和易型聚羧酸減水劑在新建海南西環鐵路中的應用

張祥，鄧最亮,2，劉洋，鄒其,2

（1. 上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2. 上海建筑外加劑工程技術中心，上海 200232）

和易型聚羧酸減水劑在新建海南西環鐵路中的應用

張祥1，鄧最亮1,2，劉洋1，鄒其1,2

（1. 上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2. 上海建筑外加劑工程技術中心，上海 200232）

針對新建海南西環高鐵的地理位置和材料特點，本文通過調整配合比，提高含氣量，運用酯類減水劑，增稠劑，保水劑， VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑等手段調整混凝土狀態，確定 VIVID-500(H) 和易型具備的降粘、提高勻質性、防止泌水等性能更適合應用在高流動性，大坍落度，良好和易性的混凝土中，并以此種聚羧酸減水劑為基礎，復配出具有減水率高，含氣量低，凝結時間長的特定型混凝土外加劑，配制出的混凝土高流動性，不離析，不泌水，抗泵壓能力好，完全滿足現場泵送施工工藝要求，7d 強度可達 100%。

混凝土外加劑；減水劑；勻質性；泌水；粘聚性

0　引言

新建海南西環高鐵全長 343.95 公里，北起海口市，自海口站引出后向西環島，沿線經?？?、澄邁、臨高、儋州、昌江、東方、樂東，接入三亞站，項目投資達 271 億元，是將海南省建設成國際旅游島宏偉目標的重點基礎工程，是海南省“十二五”期間的項目之一。沿線新設 17 個車站，新建橋梁 120 座，隧道 14 座，速度目標值 200 公里每小時，計劃每年輸送 5000 萬人次，運送貨物 1000 萬噸。鳳凰機場至三亞站段已于 2012 年 9 月 28 日開工建設，鳳凰機場至?？诙斡?013 年 9 月 29 日開工，預計 2015 年 12 月 31 日建成通車。

由于海南特殊的地域問題，原材料比較緊張，長距離的運輸成本使工地現場所使用的材料很難達到鐵路的高標準要求，原材料情況復雜，從而混凝土問題也愈發難以解決。同時，由于混凝土外加劑本身存在多樣化、功能化、微量化等特性，導致工程項目中一旦出現問題總是默認為是外加劑的原因，即便不是，也要求外加劑能夠解決問題。本文通過對現場材料的分析，以 C40 水下樁混凝土為例，進行一系列應用嘗試，從而確定 VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑在該項目中的優勢。

1　混凝土性能指標及原材料特性分析

1.1C40水下樁混凝土性能技術指標

混凝土宜具有低水膠比，低含氣量，高流動性，良好抗離析性，抗泌水，抗泵能力好，坍落度經時損失小，緩凝，早強等特點，具體性能見表 1。

表1　C40水下樁混凝土技術指標

1.2原材料

（1）膠凝材料：

水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，具體性能指標見表 2。

粉煤灰：國投欽州電廠，Ⅱ級粉煤灰。

表2　水泥的化學組成 wt%

（2）細骨料：中粗河沙，細度模數 2.8～3.0；具體參數見表 3。

表3　細骨料篩分結果

細度模數 Mx=(A2.36+A1.18+A0.6+A0.3+A0.15-5A4.75)/ (100-A4.75)=2.98

（3）石子：石子篩分結果見表 4，篩分結果表明，小石子 5～10mm 檔 5mm 過多，中石子 10～16mm 檔 10mm 過多，大石子 16～25mm 檔 20mm 過多。

表4　石子篩分結果（取樣 3kg）

（4）外加劑：減水型聚羧酸減水劑；VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑

1.3試驗配合比

C40 水下樁混凝土試驗配合比見表 5。

表5　C40水下樁混凝土配合比 kg/m3

2　配合比試驗中存在的問題

原材料中存在的問題：

（1）水泥粘聚性粘聚性差，導致混凝土整體粘聚性差，砂漿包裹性差，粗骨料易裸露；

（2）砂子偏粗，從表 3 數據中可以得知，雖然砂子整體細度模數符合鐵路標準，但是由于其 0.15 級細顆粒過少，導致混凝土很容易離析，泌水；

（3）石子級配差，小石子 5mm 級別過多，中石子10mm 級別過多，大石子 20mm 過多，這樣一個整體按照理論上最佳配比大:中:?。?:4:2 進行組合，混凝土和易性很差；且石子的粒型偏差，多為針片，扁平狀的石子，也會對混凝土的和易性造成嚴重的影響。

根據試驗材料的性能和現場施工的要求，按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》進行混凝土配合比設計（見表 5），所打出的混凝土（狀態如圖 1 所示）表現出和易性差、漿體與骨料分離、水也特別容易從漿體中析出等現象，無法滿足正常的現場施工要求。

圖1　泌水狀態

3　常規解決方法

3.1配合比調整

（1）調整砂率。根據試驗過程中混凝土所表現出的現象，混凝土極易泌水且有返砂現象，通過降低或提高砂率，對混凝土狀態進行調整，調整前后的配合比見表 6，新拌混凝土狀態如圖 2、圖 3 所示。

表6　調整砂率前后的配合比 kg/m3

圖2　SP-40%

圖3　SP-44%

將砂率降至 40%，混凝土和易性沒有改善，而且混凝土顯得比較“單薄”，漿體自行流動，不會帶動石子；將砂率提至 44%，混凝土沒有流動性，且明顯感到混凝土漿體“臃腫”，沒有活性。

（2）調整大中小三檔石子比例，見表 7。調整后新拌混凝土的狀態如圖 4、圖 5 所示。

表7　調整石子配比

圖4　C40-5

圖5　C40-6

與圖 1 相比較，將石子配比調整至 C40-4，混凝土狀態基本上沒有多少改變，混凝土和易性差，漿體與骨料無法成為一體，放置 2～3min，很容易泌水；將配比調整至 C40-5，去掉 5～10mm 一檔石子，混凝土出現斷級嚴重，走漿現象特別明顯，對于泵送性混凝土，基本無法滿足施工；如果按照C40-6 進行試驗，混凝土漿體特別飽滿、柔和，包裹性也很好，但由于大石子過多，導致混凝土發“虛”，混凝土骨架純粹是大石子構建起來的，中間缺少密實度。

（3）增加膠材

每方增加 20 公斤水泥和 10 公斤的粉煤灰，混凝土和易性改善的不是很明顯，而且混凝土變得更重和更粘。

3.2提高含氣量

正常情況下，增加混凝土的含氣量可以有效改善混凝土的包裹性，但由于現場材料中，砂子 0.15mm 檔量比較少，且石子的粒型多為針片狀，所以如果能夠達到水下樁所要求的狀態，所需的代價是混凝土含氣量急劇升高，容重下降明顯，這顯然也不符合試驗的初衷，如圖 6 所示，混凝土表面氣泡較多且長時間不破。

圖6　僅增加混凝土含氣量的混凝土狀態圖

3.3改用酯類聚羧酸減水劑

酯類減水劑采用的 MPEG 類單體，不同于醚類的HPEG、TPEG 類單體，對水泥有較強的適應性，可有效改善因水泥與醚類減水劑不適應所造成的問題，且其本身的含氣量要高于醚類，可有效將規則型氣泡引入到混凝土里面，從而有效改善混凝土的包裹性和和易性。目前由于酯類的主要原材料需進口且成本高昂，再加上其工藝復雜，要求嚴苛，所以國內有能力生產酯類產品的廠家很少。圖 7 為聚羧酸減水劑的分子結構式。

3.4增稠劑

針對混凝土的和易性差，沒有粘聚性，在常規的方法中可以適當添加增稠劑來改善混凝土的粘聚性，本試驗中分別通過添加一定量的聚丙烯酸鈉，3～5 萬分子量的纖維素醚來驗證增稠劑在本次試驗中的效果。試驗結果顯示，聚丙烯酸鈉在本次試驗中對于增加粘聚性沒有特別好的效果，而纖維素醚增稠的效果非常明顯，但對減水率的影響特別大，使用纖維素醚改善混凝土的粘聚性需要將減水劑的摻量提高0.5%，而且纖維素醚在水中的溶解度特別小，不容易操作。

圖7　聚羧酸減水劑的分子結構式

3.5保水劑

由于砂子中細顆粒缺少且膠材顆粒偏粗，混凝土靜置2～3min 后極易泌水，無法通過正常途徑（調整砂率，提高含氣量）解決時，通常情況下可以考慮加入一定量的保水劑，能夠有效解決混凝土的靜置泌水現象。本次試驗中分別加入遼寧科隆保水劑和三瑞保水劑，前者效果不明顯，后者使混凝土不會再泌水，但會對減水率有影響，需要適當的提高減水劑的摻量。

3.6VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑

在常規醚類減水劑（VIVID-500F）中，用 VIVID-500(H)和易型聚羧酸減水劑替代其中的 30%，會相應的提高減水率，且混凝土的和易性、包裹性和流動性都得到顯著的改善（如圖 8），同時混凝土的含氣量 Air=3.1% 也符合要求，7天試塊平均強度 43MPa。

圖8　使用 H 打出的混凝土

4　VIVID-500(H) 在其他工程中的應用

由于其良好的工作性能，VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑在其他項目中也得到了良好的反饋。目前，已經在內蒙古呼倫貝爾新取規劃一橋，安徽淮南鳳臺淮河二橋，新建成貴鐵路三，四標段等國家重點項目中投入使用，各方反應良好。相信憑借著其優于市面常用聚羧酸減水劑的工作性能，未來必定在減水劑行業中占據重要的一席。

5　結論

混凝土中一般包含了膠凝材料，骨料，水以及外加劑等，其內部微觀體系的分布決定了宏觀體系力學性能的變化。如混凝土中水與膠凝材料分布不均勻時會導致漿體粘度發生變化出現泌水現象；膠凝材料與骨料分布不均勻時會使得粗骨料下沉，導致沉降，離析等勻質性問題；而骨料分布不均勻會使得混凝土的填充密實度下降，從而導致混凝土最終強度下降。VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑根據水，膠凝材料和骨料之間親疏水性的差異，量身打造分子結構和表面活性，將水均勻分散至組分周圍形成“滾珠效應”，其良好的流動性避免了“分子—水—分子”之間的化學作用力，有效鎖住水分，增大了組分之間的粘聚性，解決了離析，泌水等問題，從而實現鐵路高標準混凝土的要求。

[1] 鄧最亮，陳濤，馮中軍，等．VIVID-500 系列聚羧酸減水劑與萘系減水劑在重大工程中應用性能對比[J]．混凝土，2013(5): 76-79．

[2] 薛慶．引氣劑與混凝土高性能化[J]．混凝土，2005,4: 22-25．

[3] 干健平．高性能混凝土配合比設計技術措施[J]．國外建材科技，2006,6: 28-29．

[4] 王培銘．蔗糖對硅酸鹽水泥凝結時間的影響[J]．上海建材學院學報，1996,9(2): 104．

［通訊地址］上海市喜泰路 237 號徐匯功能材料產業園 17 號樓（200232）

張祥（1991—），技術服務工程師，從事聚羧酸減水劑與水泥適應性以及工程應用研究。