恩聚羧酸系減水劑在高性能混凝土中的應(yīng)用
2012-08-29 來源：中國論文網(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區(qū)，本段施工范圍為K0+000-K7+650,其中路基長度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。沿線的地質(zhì)主要為軟土、鹽漬土等，路線所經(jīng)區(qū)域主要為濱海地帶，地勢低平，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，是作用等級從中等程度（C級）至嚴(yán)重程度（D級）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)計年限，必須根據(jù)膠州灣的環(huán)境氣候特征，設(shè)計滿足設(shè)計與施工技術(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，針對該減水劑在應(yīng)用中遇到的技術(shù)問題，筆者進(jìn)行了分析和總結(jié)，供同類工程借鑒和參考。
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。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減水劑中已超過了80%，主要生產(chǎn)廠商有日本的花王、竹本油脂、日本制紙、藤澤藥品等。美國高效減水劑的發(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)廠家有MASTE公司、GRACE公司等。另外國外還有意大利的MADI公司、瑞士SIKA公司等生產(chǎn)。國內(nèi)對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、宜萬鐵路宜昌長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
混凝土外加劑的研究與生產(chǎn)已趨向朝著高性能、無污染方向發(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、混凝土早期強度高、保塑性好、水化熱溫升平穩(wěn)、收縮小、摻量低、無污染、緩凝時間少、成本低等顯著特點，適宜配制高強超高強混凝土、高流動性及自密實混凝土,成為國內(nèi)外混凝土外加劑研究開發(fā)的熱點。
4、聚羧酸系減水劑在青島雙積公路項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)計指標(biāo)
青島雙積公路海工高性能混凝土強度及耐久性指標(biāo)，見表1
海工高性混凝土強度等級及耐久性要求指標(biāo)表1
構(gòu)件
類型 環(huán)境
分類 混凝土
強度等級 84d滲透性能 28d抗凍性能
Cl-擴散系數(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 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
?。?）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結(jié)果為0.018%，低于0.03%的要求。
?。?）粉煤灰：使用濰坊明華I級粉煤灰。
?。?）礦粉：使用青島家樑S95礦粉。
?。?）細(xì)集料：選用顆粒堅硬、強度高、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。
（7）水：拌和用水為生活用水。
4.2配合比設(shè)計優(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大,出現(xiàn)“抓底”現(xiàn)象,因此，砂率可適當(dāng)高一些,經(jīng)試驗，確定砂率40%。摻粉煤灰的混凝土早期強度較低,且隨粉煤灰摻量的增加而降低輻度增大,但是后期強度增長潛力較大，考慮到預(yù)制箱梁需要7天達(dá)到張拉強度（45Mpa），故粉煤灰摻量不宜過大。為了保證混凝土早期強度，滿足張拉要求，控制混凝土的水化熱過高引起開裂，混凝土設(shè)計過程中考慮磨細(xì)礦粉取代部分水泥。經(jīng)驗證，水泥:粉煤灰:礦粉=60%:15%:25%時，混凝土和易性、使用性及耐久性等均可滿足施工和設(shè)計要求。小石（5～10mm）:大石（10～20mm）＝30％：70％連續(xù)級配，容重最大。4.3海工高性能混凝土拌合物檢測及施工質(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性、粘聚性和使用性?，F(xiàn)場施工過程中,混凝土拌合物有時非常粘稠,干澀,收面后表面像膠一樣，這樣的混凝土使用性就很差；有時出拌合站后坍落度靠下限,可罐車運到現(xiàn)場后,就接近上限；有時從罐車放到料斗并不稀，可吊送到梁面后異常稀，并且會出現(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，采取對坍落度和擴展度雙控制，保證坍落度180～220mm,同時滿足擴展度420～520mm。加強原材料質(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間，施工過程中根據(jù)適時檢測的砂石含水量，調(diào)整砂石用量，在保證水灰比不變的條件下，只要滿足施工、強度和耐久性要求，減水劑摻量也根據(jù)實際情況進(jìn)行動態(tài)控制。
4.4海工高性能混凝土強度及耐久性
混凝土施工質(zhì)量控制，一方面要保證良好的工作性，滿足施工要求；另一方面，硬化后的混凝土要滿足設(shè)計強度和耐久性要求。青島雙積公路預(yù)制箱梁混凝土，硬化后要保證抗壓強度和彈性模量滿足7天張拉要求，還要保證28天抗壓強度和彈性模量。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?；炷翉姸燃澳途眯詸z測成果見下表（2010年某一時段進(jìn)行統(tǒng)計）。
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,使摻有級別高的Ⅰ級粉煤灰和這類減水劑的拌合物,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。
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。不能說該外加劑混凝土引氣效果好，只能說含氣量大，保氣性差，因為所謂的引氣是指引入而不是引出，不能犯了概念錯誤。
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溫度、用水量、拌和時間、骨料品質(zhì)級配及細(xì)骨料含泥量等較為敏感?？刂撇缓茫蜁霈F(xiàn)混凝土拌合料異常干澀、無法卸料，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)度等對聚羧酸系減水劑的效應(yīng)，對某些水泥來說，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候,使用了多個水泥廠家與外加劑廠家來調(diào)試,有時候用相同的配合比,只是使用不同廠家的外加劑與水泥，混凝土拌合物非常粘稠，粘的時候用鐵锨鏟著都非常費力,混凝土拌合出鍋后過5分鐘就不會流動，顯得很“死”。經(jīng)過多次的試驗，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)用中必須注意的問題
6.1嚴(yán)格控制振搗半徑和振搗時間
6.2加強初期養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)防開裂
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，加強初期養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)防混凝土早期收縮開裂是關(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)酸性與鐵制品長期接觸會發(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存，才能保證產(chǎn)品儲存的穩(wěn)定性。
6.5堅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，混凝土拌合物的良好流動性隨之消失，也直接影響可泵性和混凝土的強度。
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題
當(dāng)超量時，會產(chǎn)生離析、泌水、板結(jié)及含氣量過大等不良現(xiàn)象，所以拌制摻聚羧酸系高效減水劑的混凝土?xí)r，其計量設(shè)備和計量精度必須準(zhǔn)確和靈敏。該外加劑對用水量、砂石級配、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)過程中砂石含水量，適時調(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量，動態(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、流動性和可泵性。
6.7正確面對聚羧酸系減水劑與水泥/摻合料適應(yīng)性問題
聚羧酸系高性能減水劑依然存在與水泥適應(yīng)性問題，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，僅做檢驗凈漿流動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
聚羧酸系高性能減水劑具有減水率高、流動性好、增強性好、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)正確面對聚羧酸系高性能減水劑在應(yīng)用中出現(xiàn)技術(shù)問題，進(jìn)行認(rèn)真的分析和總結(jié)，找出解決問題的方法，揚長避短，充分利用聚羧酸外加劑帶來的優(yōu)良性能，這是提高建設(shè)工程質(zhì)量的關(guān)鍵。
