淺談聚羧酸系減水劑在京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段高性能混凝土中的應(yīng)用

陳寶良

（中國交通建設(shè)股份有限公司京滬土建六標(biāo)段項(xiàng)目部，浙江 蘇州215121）

淺談聚羧酸系減水劑在京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段高性能混凝土中的應(yīng)用

陳寶良

（中國交通建設(shè)股份有限公司京滬土建六標(biāo)段項(xiàng)目部，浙江 蘇州215121）

京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段主要為橋梁工程，采用高性能混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)壽命100年。本文主要介紹了聚羧酸系減水劑在該工程中的應(yīng)用，重點(diǎn)探討了原材料選擇、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及聚羧酸系減水劑在高性能混凝土施工中應(yīng)注意的問題，并指出高性能混凝土與普通混凝土的異同。

聚羧酸系減水劑；高性能混凝土；高速鐵路；耐久性；施工質(zhì)量控制

1 前言

京滬高速鐵路Ⅵ標(biāo)段，線路起點(diǎn)DK1148+522.48，終點(diǎn)DK1301+200，工程地點(diǎn)為常州東特大橋～上海虹橋站（不含虹橋樞紐委托代建工程），正線長度153.745km。本標(biāo)段主要工程包括：丹陽至昆山特大橋（部分）和蘊(yùn)藻浜特大橋2座橋梁，其中丹陽至昆山特大橋（總長163.787km）施工長度129.052km，蘊(yùn)藻浜特大橋長23.301km，合計(jì)橋梁總長度152.42km，占正線長度的99%。橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)為高性能混凝土，設(shè)計(jì)年限100年。

2 原材料及混凝土優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 原材料

2.1.1 砂

采用贛江中砂，其實(shí)測(cè)指標(biāo)見表1、表2。

2.1.2 水泥

水泥選用C3A含量低、需水量少,質(zhì)量穩(wěn)定的蘇州華新金貓牌P·O42.5水泥，其物理性能見表3、表4。

2.1.3 粉煤灰

粉煤灰（Fly ash）是電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末。經(jīng)過磨細(xì)加工后粉煤灰顏色越淺，含碳量越低品質(zhì)越好。粉煤灰選用蘇州望亭電廠、太倉捷杰等經(jīng)過磨細(xì)加工優(yōu)質(zhì)粉煤灰，其物理性能見表5。

2.1.4 磨細(xì)礦渣粉

江蘇沙鋼磨細(xì)礦渣粉，其物理性能見表6。

2.1.5 粗骨料

選用湖州石灰?guī)r質(zhì)碎石5～10mm、10～25mm、16～31.5mm三種級(jí)配，按照堆積密度最大，緊密空隙率最小的原則摻配成5～31.5mm連續(xù)級(jí)配，其實(shí)測(cè)指標(biāo)見表7。

表1 砂性能指標(biāo)

表2 砂級(jí)配

表3 水泥物理性能測(cè)試結(jié)果

2.1.6 外加劑

采用浙江五龍化工有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系減水劑（Ww），摻量為膠凝材料用量的1.0%。其實(shí)測(cè)指標(biāo)見表8。

2.2 混凝土配合比

2.2.1 C30鉆孔樁基礎(chǔ)混凝土

C30鉆孔樁基礎(chǔ)混凝土配合比及性能測(cè)試結(jié)果分別見表9～表11。

2.2.2 C40承臺(tái)、墩身混凝土

C40承臺(tái)、墩身混凝土配合比及性能測(cè)試結(jié)果分別見表12、13及14。

2.2.3 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體混凝土

C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體混凝土配合比及性能測(cè)試結(jié)果分別見表15～表17。

表4 水泥其他物理性能

表5 粉煤灰物理性能檢測(cè)結(jié)果

表6 礦渣物理性能檢測(cè)結(jié)果

3 原材料的質(zhì)量要求及影響

3.1 水泥

水泥細(xì)度300～350m2/kg，水泥越細(xì)強(qiáng)度越高,但會(huì)使混凝土的干縮性增大,導(dǎo)致混凝土容易產(chǎn)生裂縫,耐久性降低，因此要求水泥不宜太細(xì)。

3.2 細(xì)骨料

細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)低于2.6，配制混凝土?xí)r的需水量會(huì)增加,含泥量、泥塊含量同樣會(huì)加大用水量和外加劑用量，加大混凝土的干縮，降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。因此，細(xì)骨料含泥量小于2.0%,無泥塊的潔凈贛江砂。對(duì)于大于10mm的顆粒，必須經(jīng)過篩分后使用，儲(chǔ)料倉必須是合格砂。

表7 粗骨料性能指標(biāo)

表8 減水劑性能指標(biāo)

3.3 礦物摻合料對(duì)混凝土耐久性的影響

為了保證混凝土的耐久性，摻入30%～50%的粉煤灰、礦粉，摻入的粉煤灰、礦粉后不但可以改善混凝土的和易性、減少水泥用量及節(jié)約成本，而且有利于降低混凝土的早期自身收縮，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，提高了混凝土的耐久性。

表9 C30鉆孔樁基礎(chǔ)混凝土配合比

表10 C30鉆孔樁基礎(chǔ)新拌混凝土性能

表11 C30鉆孔樁基礎(chǔ)硬化混凝土性能

表12 C40承臺(tái)、墩身混凝土配合比

表13 C40承臺(tái)、墩身新拌混凝土性能

3.4 碎石的影響

樁基、承臺(tái)、墩身的碎石選用5～10mm、 10～25mm、16～31.5mm三種級(jí)配，按一定比例摻配成5～31.5mm連續(xù)級(jí)配。施工時(shí)分級(jí)采購、分級(jí)運(yùn)輸、分級(jí)儲(chǔ)藏、分級(jí)計(jì)量。針、片狀顆粒含量、壓碎指標(biāo)值、含泥量較小、非堿—碳酸活性骨料碎石；母巖50mm立方體飽和水（水中浸泡48h）抗壓強(qiáng)度大于100MPa。

預(yù)制梁、現(xiàn)澆梁使用5～10mm、 10～20mm按一定比例摻配成5～20mm連續(xù)級(jí)配碎石， 指標(biāo)必須滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁暫行技術(shù)條件》（鐵科基［2005］120）技術(shù)要求。施工過程嚴(yán)格控制石粉含量，篩洗經(jīng)檢測(cè)合格后方可進(jìn)場(chǎng)。

表14 C40承臺(tái)、墩身硬化混凝土性能

表15 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體硬化混凝土性能

表16 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體混凝土配合比

表17 C50預(yù)制、現(xiàn)澆梁體新拌混凝土性能

3.5 外加劑

聚羧酸系減水劑是鐵路高性能混凝土的特征組分,活性礦物摻合料的使用,起到增密、增塑、減水的效果和火山灰效應(yīng)，改善骨料的界面效應(yīng)，提高混凝土性能。聚羧酸高效減水劑可以使混凝土的每方用水量減少在130～150kg之間。聚羧酸高效減水劑具有保坍性能好、適當(dāng)引氣的性能。加入適量引氣劑,可在混凝土中形成數(shù)量眾多的微小氣孔,其孔徑多小于200μm,效用如下：(1)分布均勻的微小封閉氣孔可以阻斷混凝土中連通的毛細(xì)孔通道，降低毛細(xì)水的滲透作用，并可吸收緩沖因凍融或化學(xué)腐蝕等原因所造成的混凝土內(nèi)部膨脹壓力。 (2)混凝土中引入的微小氣泡還可以減少因鹽凍引起的表面剝落，提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕的性能，降低混凝土的用水量和混凝土的水分散失，減少泌水，從而提高混凝土的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性。 (3)降低水膠比，使?jié){體既密實(shí)又有合理分布的微孔結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)可以獲得相當(dāng)良好的抗凍性能，引入的微氣泡彼此分離，不會(huì)形成連通的透水通道，故較難達(dá)到充水極限，同時(shí)對(duì)抗?jié)B性也無影響；適當(dāng)引氣劑不但能提高抗凍能力，而且使抗蝕性獲得一定的改善。

3.6 性能評(píng)定

鮑羅米公式在高性能混凝土的強(qiáng)度應(yīng)用時(shí)，強(qiáng)度值會(huì)因?yàn)榈V物摻合料的比例不同而變化，因此注意其離散性。由于礦物摻合料比例較大，我國現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)對(duì)除預(yù)應(yīng)力混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土、噴射混凝土三種以外的混凝土性能評(píng)定齡期均采用56d評(píng)定。因此，水膠比只能按照不同膠凝材料的配比具體試驗(yàn)確定，然后通過試拌予以調(diào)整。一些對(duì)普通混凝土影響不大的因素對(duì)聚羧酸系高性能混凝土的影響可能比較顯著，應(yīng)該通過一定數(shù)量的重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保其穩(wěn)定性。

4 質(zhì)量控制

4.1 拌合過程控制

4.1.1 用水量控制

拌合混凝土?xí)r，開始過程中，按要求檢測(cè)砂、石含水量，隨時(shí)調(diào)整拌合物的加水量。

4.1.2 攪拌時(shí)間的控制

采用強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)拌合，為了保證混凝土拌合物的勻質(zhì)性，拌合時(shí)間為120～180s。嚴(yán)格按高性能混凝土的投料次序進(jìn)行。

4.1.3 坍落度的控制

對(duì)每盤混凝土的坍落度、流動(dòng)性目測(cè)觀察，并按要求對(duì)坍落度、含氣量、入模溫度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整?；炷敛捎脭嚢柢囘\(yùn)輸時(shí)，混凝土裝車前應(yīng)排干凈罐車內(nèi)積水。

4.1.4 加強(qiáng)與施工班組的協(xié)調(diào)

采用泵送混凝土施工時(shí)，盡量減少停泵時(shí)間，如確需停泵，必須每隔5min左右泵送幾下，確保泵管內(nèi)混凝土不出現(xiàn)離析、堵管的異常。

4.2 振搗、養(yǎng)護(hù)及耐久性檢測(cè)

4.2.1 混凝土振搗

施工中振搗棒要快插慢拔，使混凝土內(nèi)部氣泡排出，避免過振造成混凝土離析，影響混凝土外觀質(zhì)量。振搗時(shí)要遵循“垂直插搗，防止漏振、避免過振、快插慢拔”的振搗方法，振搗時(shí)間不應(yīng)超過30s。漏振造成露骨，過振會(huì)造成混凝土表面出現(xiàn)“砂線”，影響外觀質(zhì)量。更重要的是將引入的微小氣泡排除，降低混凝土耐久性。

4.2.2 根據(jù)實(shí)測(cè)膠凝材料堿含量、氯離子含量計(jì)算混凝土中的總堿含量和氯離子含量

見表18。

表18 混凝土中的總堿含量和氯離子含量

4.2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

結(jié)構(gòu)物成型后立即覆蓋，外界氣溫超過15℃時(shí)，應(yīng)該向混凝土表面灑水養(yǎng)護(hù)，灑水的次數(shù)以保證混凝土表面時(shí)刻處于濕潤狀態(tài)為度，同時(shí)模板表面也應(yīng)該灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14d。在低溫施工時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)表面保溫，混凝土表面溫度不得低于5℃。寒潮沖擊情況下日降溫幅度大于8℃，應(yīng)加強(qiáng)表面保護(hù)，防止開裂。

混凝土內(nèi)外溫差大于15℃，建議采用熱水養(yǎng)護(hù)，使混凝土的內(nèi)外溫差低于15℃，避免混凝土產(chǎn)生裂縫。

4.2.4 混凝土強(qiáng)度及耐久性檢測(cè)

按要求對(duì)混凝土進(jìn)行抽樣，除試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件外，承臺(tái)、墩身還應(yīng)該留制與結(jié)構(gòu)物的同條件養(yǎng)護(hù)試件2—5組，進(jìn)行14d、28d、56d強(qiáng)度耐久性檢驗(yàn)，混凝土拌合物進(jìn)行含氣量、入模溫度以及0.5h、1h泌水率檢驗(yàn)，確?；炷寥肽囟仍?—30℃。夏季施工過程中必須有足夠的措施降低混凝土的溫度。保證入模溫度滿足要求。

5 聚羧酸系減水劑在高性能混凝土施工中注意的問題

（1）聚羧酸系減水劑摻量低，混凝土對(duì)外加劑用量非常敏感，要求拌合計(jì)量系統(tǒng)必須準(zhǔn)確，否則會(huì)造成坍落度不穩(wěn)定，影響混凝土拌合物質(zhì)量。

（2）聚羧酸系減水劑對(duì)不同品種、同一品種不同批次、同一批次不同存放時(shí)間的水泥、膠材中不同批次粉煤灰存在適應(yīng)性差異的問題，施工過程中需加強(qiáng)復(fù)拌、試拌，調(diào)整最佳摻量，以維持混凝土狀態(tài)的穩(wěn)定性。

（3）聚羧酸系減水劑對(duì)砂、石料的質(zhì)量尤其是砂中的含泥量，碎石中的石粉含量比較敏感，施工中必須嚴(yán)格控制骨料含泥量、石粉含量。

（4）聚羧酸系減水劑配制的混凝土在較低坍落度下保坍值不是很理想。如出機(jī)坍落度為170mm的拌合物,1h后坍落度只有80～100mm。

6 結(jié)論

京滬高速鐵路土Ⅵ標(biāo)段高性能混凝土現(xiàn)已完成 560萬m3，經(jīng)過抽樣辦批次檢測(cè)，混凝土力學(xué)性能、耐久性（抗?jié)B性、抗凍性、抗氯離子滲透）結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，工程成本相應(yīng)較低。

陳寶良（1965-），工程師，主要研究高速鐵路路基填筑質(zhì)量控制、CRTSⅠ、Ⅱ型板式無砟軌道充填層灌注工藝試驗(yàn)研究等高速鐵路新材料、新技術(shù)應(yīng)用。

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