恩聚羧酸系減水劑在高性能混凝土中的應(yīng)用
2012-08-29 來(lái)源：中國(guó)論文網(wǎng)
1、工程概況
我單位承建的青島雙積公路高紅段工程第一合同段位于青島市城陽(yáng)區(qū)，本段施工范圍為K0+000-K7+650,其中路基長(zhǎng)度6.547公里,橋梁1.103公里，其中C35混凝土20238m³，C40混凝土10193m³，C50混凝土19968m³。沿線(xiàn)的地質(zhì)主要為軟土、鹽漬土等，路線(xiàn)所經(jīng)區(qū)域主要為濱海地帶，地勢(shì)低平，地層主要為人工填土、?；鶎榆浲痢⒂倌噘|(zhì)軟粘土。由于受到地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文、通航、航空條件等因素的制約，施工條件復(fù)雜，施工技術(shù)難度大。特別是橋梁結(jié)構(gòu)處于北方微凍地區(qū)的近海環(huán)境，是作用等級(jí)從中等程度（C級(jí)）至嚴(yán)重程度（D級(jí)）的氯鹽腐蝕環(huán)境，為了確保結(jié)構(gòu)使用壽命達(dá)到100年的設(shè)計(jì)年限，必須根據(jù)膠州灣的環(huán)境氣候特征，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的海工高性能混凝土。因此，本工程應(yīng)用了NOF-AS聚羧酸系高性能減水劑，針對(duì)該減水劑在應(yīng)用中遇到的技術(shù)問(wèn)題，筆者進(jìn)行了分析和總結(jié)，供同類(lèi)工程借鑒和參考。
2、聚羧酸系高性能減水劑的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀
日本于1981年開(kāi)始研制聚羧酸系高性能減水劑，并于1986年將產(chǎn)品成功打入市場(chǎng)。目前，聚羧酸系高性能減水劑的研究仍以日本發(fā)展較快，到2001年為止，聚羧酸系高性能減水劑用量在AE減水劑中已超過(guò)了80%，主要生產(chǎn)廠(chǎng)商有日本的花王、竹本油脂、日本制紙、藤澤藥品等。美國(guó)高效減水劑的發(fā)展比日本晚，聚羧酸系高性能減水劑目前美國(guó)正從萘系、蜜胺系減水劑向聚羧酸系高性能減水劑發(fā)展，主要生產(chǎn)廠(chǎng)家有MASTE公司、GRACE公司等。另外國(guó)外還有意大利的MADI公司、瑞士SIKA公司等生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)對(duì)聚羧酸系高性能減水劑的研究起步較晚，但發(fā)展較快，上海磁懸浮鐵路高精度軌道梁的制作、東海大橋海工混凝土、洋山深水港集裝箱道堆混凝土、宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋以及杭州灣大橋、青島海灣大橋等工程中已得到成功的應(yīng)用。
3、聚羧酸系高性能減水劑的性能特點(diǎn)
混凝土外加劑的研究與生產(chǎn)已趨向朝著高性能、無(wú)污染方向發(fā)展。具有梳形分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸系高性能減水劑因其減水率高、保坍性能好、混凝土早期強(qiáng)度高、保塑性好、水化熱溫升平穩(wěn)、收縮小、摻量低、無(wú)污染、緩凝時(shí)間少、成本低等顯著特點(diǎn)，適宜配制高強(qiáng)超高強(qiáng)混凝土、高流動(dòng)性及自密實(shí)混凝土,成為國(guó)內(nèi)外混凝土外加劑研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
4、聚羧酸系減水劑在青島雙積公路項(xiàng)目海工高性混凝土中的應(yīng)用
4.1海工高性能混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)
青島雙積公路海工高性能混凝土強(qiáng)度及耐久性指標(biāo)，見(jiàn)表1
海工高性混凝土強(qiáng)度等級(jí)及耐久性要求指標(biāo)表1
構(gòu)件
類(lèi)型 環(huán)境
分類(lèi) 混凝土
強(qiáng)度等級(jí) 84d滲透性能 28d抗凍性能
Cl-擴(kuò)散系數(shù)10-12m2/s 電通量C 快凍法
?。ㄑh(huán)次數(shù)）
樁基 Ⅲ-C C35 2.0 1500 /
承臺(tái) Ⅲ-C C40 1.5 1000 /
墩身 Ⅲ-C C40 1.5 1000 /
預(yù)制箱梁 Ⅳ-D C50 1.5 1000 300
4.2原材料選擇
（1）水泥：選用青島山水P.I52.5硅酸鹽水泥，水泥中氯離子含量檢測(cè)結(jié)果為0.018%，低于0.03%的要求。
?。?）粉煤灰：使用濰坊明華I級(jí)粉煤灰。
?。?）礦粉：使用青島家樑S95礦粉。
?。?）細(xì)集料：選用顆粒堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、耐風(fēng)化的青島大沽河天然河砂。
?。?）粗集料：選用膠南寶山5～10mm，10～20mm石灰?guī)r碎石，比例為30%：70%。
?。?）外加劑：NOF-AS聚羧酸系高性能減水劑，減水率達(dá)25％以上。
?。?）水：拌和用水為生活用水。
4.2配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化
高性能混凝土中因膠凝材料用量大,水灰比小，摻入聚羧酸鹽系高性能減水劑等，導(dǎo)致混凝土拌含物粘性過(guò)大,出現(xiàn)“抓底”現(xiàn)象,因此，砂率可適當(dāng)高一些,經(jīng)試驗(yàn)，確定砂率40%。摻粉煤灰的混凝土早期強(qiáng)度較低,且隨粉煤灰摻量的增加而降低輻度增大,但是后期強(qiáng)度增長(zhǎng)潛力較大，考慮到預(yù)制箱梁需要7天達(dá)到張拉強(qiáng)度（45Mpa），故粉煤灰摻量不宜過(guò)大。為了保證混凝土早期強(qiáng)度，滿(mǎn)足張拉要求，控制混凝土的水化熱過(guò)高引起開(kāi)裂，混凝土設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮磨細(xì)礦粉取代部分水泥。經(jīng)驗(yàn)證，水泥:粉煤灰:礦粉=60%:15%:25%時(shí)，混凝土和易性、使用性及耐久性等均可滿(mǎn)足施工和設(shè)計(jì)要求。小石（5～10mm）:大石（10～20mm）＝30％：70％連續(xù)級(jí)配，容重最大。4.3海工高性能混凝土拌合物檢測(cè)及施工質(zhì)量控制
為了保證箱梁預(yù)制質(zhì)量,要求混凝土具有良好的流動(dòng)性、粘聚性和使用性?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,混凝土拌合物有時(shí)非常粘稠,干澀,收面后表面像膠一樣，這樣的混凝土使用性就很差；有時(shí)出拌合站后坍落度靠下限,可罐車(chē)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后,就接近上限；有時(shí)從罐車(chē)放到料斗并不稀，可吊送到梁面后異常稀，并且會(huì)出現(xiàn)大量浮灰或流漿，這些現(xiàn)象給施工質(zhì)量造成了一定的困難。因此，采取對(duì)坍落度和擴(kuò)展度雙控制，保證坍落度180～220mm,同時(shí)滿(mǎn)足擴(kuò)展度420～520mm。加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制砂石料含泥量，保證洗好的碎石有足夠的脫水時(shí)間，施工過(guò)程中根據(jù)適時(shí)檢測(cè)的砂石含水量，調(diào)整砂石用量，在保證水灰比不變的條件下，只要滿(mǎn)足施工、強(qiáng)度和耐久性要求，減水劑摻量也根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。
4.4海工高性能混凝土強(qiáng)度及耐久性
混凝土施工質(zhì)量控制，一方面要保證良好的工作性，滿(mǎn)足施工要求；另一方面，硬化后的混凝土要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和耐久性要求。青島雙積公路預(yù)制箱梁混凝土，硬化后要保證抗壓強(qiáng)度和彈性模量滿(mǎn)足7天張拉要求，還要保證28天抗壓強(qiáng)度和彈性模量。本工程所處的膠州灣在一般年份，12月下旬開(kāi)始結(jié)冰，2月中旬消融，最冷月平均氣溫為-0.5℃，屬于微凍地區(qū)，因而，對(duì)混凝土的抗凍性要求高。此外，為了控制海水中氯鹽腐蝕，必須要求混凝土有良好的抗氯離子滲透性。混凝土強(qiáng)度及耐久性檢測(cè)成果見(jiàn)下表（2010年某一時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)）。
5、聚羧酸系高性能減水劑在海工高性混凝土應(yīng)用中的若干技術(shù)問(wèn)題
5.1混凝土表面出現(xiàn)浮灰
由于聚羧酸系高能減水劑具有不同于萘系減水劑的特性,使摻有級(jí)別高的Ⅰ級(jí)粉煤灰和這類(lèi)減水劑的拌合物,尤其是當(dāng)粉煤灰摻量較小、水膠比變大的拌合物更易于出現(xiàn)泌水、離析分層、大量氣泡外冒的現(xiàn)象。致使混凝土表面出現(xiàn)浮灰，影響拉毛收面質(zhì)量和外觀(guān)。
5.2含氣量
摻聚羧酸系高能減水劑的拌合物含氣量通常較萘系的大,振搗后一段時(shí)間內(nèi)表面還有氣泡外冒，氣泡孔徑也較大,這是由該系列減水劑的組分所決定的。不能說(shuō)該外加劑混凝土引氣效果好，只能說(shuō)含氣量大，保氣性差，因?yàn)樗^的引氣是指引入而不是引出，不能犯了概念錯(cuò)誤。
5.3難以控制合適的加水量和外加劑摻量
摻聚羧酸系高能減水劑的混凝土對(duì)溫度、用水量、拌和時(shí)間、骨料品質(zhì)級(jí)配及細(xì)骨料含泥量等較為敏感?？刂撇缓茫蜁?huì)出現(xiàn)混凝土拌合料異常干澀、無(wú)法卸料，更甭提澆注使用；混凝土拌合物澆注后,集料與漿體分層嚴(yán)重；混凝土拌合物泌水量和流漿異常驚人。因此，控制合適的用水量和控制外加劑的摻量極為重要。
5.4水泥與聚羧酸系減水劑適應(yīng)性
由于水泥礦物組成、細(xì)度等對(duì)聚羧酸系減水劑的效應(yīng)，對(duì)某些水泥來(lái)說(shuō)，與聚羧酸系減水劑適應(yīng)性十分明顯。工程初期我們做配合比的時(shí)候,使用了多個(gè)水泥廠(chǎng)家與外加劑廠(chǎng)家來(lái)調(diào)試,有時(shí)候用相同的配合比,只是使用不同廠(chǎng)家的外加劑與水泥，混凝土拌合物非常粘稠，粘的時(shí)候用鐵锨鏟著都非常費(fèi)力,混凝土拌合出鍋后過(guò)5分鐘就不會(huì)流動(dòng)，顯得很“死”。經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)，最終選取了融合的最好的外加劑與水泥。
6、聚羧酸系減水劑在工程應(yīng)用中必須注意的問(wèn)題
6.1嚴(yán)格控制振搗半徑和振搗時(shí)間
6.2加強(qiáng)初期養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)防開(kāi)裂
海工高性能混凝土膠材料用量大，尤其當(dāng)表面出現(xiàn)浮灰和流漿時(shí)，加強(qiáng)初期養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)防混凝土早期收縮開(kāi)裂是關(guān)鍵。
6.3施工管理單位應(yīng)與混凝土制備者和外加劑供應(yīng)者密切合作
6.4避免聚羧酸系減水劑與鐵制材料接觸
由于聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品常呈現(xiàn)酸性與鐵制品長(zhǎng)期接觸會(huì)發(fā)生緩慢反應(yīng)，甚至使產(chǎn)品色澤變深、變黑，導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，建議采用聚乙烯塑料桶或不銹鋼儲(chǔ)存，才能保證產(chǎn)品儲(chǔ)存的穩(wěn)定性。
6.5堅(jiān)決避免其它品種外加劑的混入
聚羧酸系高效減水劑嚴(yán)禁與萘系高效減水劑及復(fù)配產(chǎn)品混合應(yīng)用。若混合的話(huà)，混凝土拌合物的良好流動(dòng)性隨之消失，也直接影響可泵性和混凝土的強(qiáng)度。
6.6聚羧酸系高效減水劑的超摻量和砂石含水量變化影響問(wèn)題
當(dāng)超量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生離析、泌水、板結(jié)及含氣量過(guò)大等不良現(xiàn)象，所以拌制摻聚羧酸系高效減水劑的混凝土?xí)r，其計(jì)量設(shè)備和計(jì)量精度必須準(zhǔn)確和靈敏。該外加劑對(duì)用水量、砂石級(jí)配、環(huán)境溫濕度等較為敏感，在保證混凝土理論配合比基本不變情況下，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中砂石含水量，適時(shí)調(diào)整砂石用量和拌合用水量。并嚴(yán)格控制外加劑和拌合水計(jì)量，動(dòng)態(tài)調(diào)整外加劑摻量，防止超摻量，控制浮灰流漿，保證混凝土粘聚性、流動(dòng)性和可泵性。
6.7正確面對(duì)聚羧酸系減水劑與水泥/摻合料適應(yīng)性問(wèn)題
聚羧酸系高性能減水劑依然存在與水泥適應(yīng)性問(wèn)題，水泥、粉煤灰和礦粉組合使用與聚羧酸高效減水劑適應(yīng)性，也應(yīng)引起重視。聚羧酸系高效減水劑的應(yīng)用，僅做檢驗(yàn)凈漿流動(dòng)度及砂漿減水率是不夠的，必須試拌混凝土，混凝土的適應(yīng)性成功才算是真正的成功。
7、結(jié)語(yǔ)
聚羧酸系高性能減水劑具有減水率高、流動(dòng)性好、增強(qiáng)性好、保坍性能優(yōu)良等綜合性能，可以減少混凝土的收縮和提高混凝土的耐久性。這些在青島雙積公路海工高性能混凝土應(yīng)用中得到充分的體現(xiàn)。工程技術(shù)人員應(yīng)正確面對(duì)聚羧酸系高性能減水劑在應(yīng)用中出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)行認(rèn)真的分析和總結(jié)，找出解決問(wèn)題的方法，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分利用聚羧酸外加劑帶來(lái)的優(yōu)良性能，這是提高建設(shè)工程質(zhì)量的關(guān)鍵。
