聚羧酸系新水剂在海工高性能混凝土中的应用

档案号：聚羧酸系减水剂在海工高性能混凝土中的应用青岛交通工程监理咨询有限公司刘玲玲聚羧酸系减水剂在海工高性能混凝土中的应用内容提要：根据青岛海湾大桥的环境气候特征，设计满足设计与施工技术要求的海工高性能混凝土。大桥箱梁预制等工程应用了聚羧酸系高性能减水剂，针对该减水剂在应用中遇到的技术问题，进行分析和总结。主题词:聚羧酸系减水剂应用国内对聚羧酸系高性能减水剂的研究起步较晚，但发展较快，在上海磁悬浮轨道梁的制作、东海大桥、杭州湾大桥等工程中已得到成功的应用。聚羧酸系减水剂因其减水率高、保坍性能好、混凝土早期强度高、保塑性好、掺量低、污染低等显著特点，适宜配制高强混凝土、高流动性及自密实混凝土,是国内外混凝土外加剂研究开发的热点。1.聚羧酸减水剂在青岛海湾大桥海工高性混凝土中的应用1.1海工高性能混凝土的设计指标青岛海湾大桥预制箱梁海工高性能混凝土强度及耐久性指标，见表1海工高性混凝土强度等级及耐久性要求指标表1构件类型环境分类混凝土强度等级84d渗透性能28d抗冻性能Cl-扩散系数10-12m2/s电通量C快冻法（循环次数）预制箱梁Ⅲ-E/Ⅳ-DC501.510003001.2原材料(1)水泥：选用P·I52.5硅酸盐水泥，水泥中氯离子含量检测结果为0.018%，低于0.03%的要求。(2)粉煤灰：潍坊I级粉煤灰。(3)矿粉：青岛家樑S95矿粉。(4)细集料：青岛大沽河河砂。(5)粗集料：即墨大信5～10mm，10～20mm玄武岩碎石，比例为30%：70%。(6)外加剂：聚羧酸系高性能减水剂，减水率达25％以上。(7)水：生活用水。1.3配合比设计优化高性能混凝土中由于矿物掺合料用量大,水胶比小等特点，导致混凝土拌和物粘性较大,且容易出现“扒底”现象，不利于混凝土的现场浇筑施工。因此，砂率可适当高一些,经试验，确定砂率42%。掺粉煤灰的混凝土早期强度较低,且随粉煤灰掺量的增加，强度降低辐度增大,虽然后期强度增长潜力较大，但考虑到预制箱梁需要3天龄期进行初张拉，7天龄期进行终张拉，故粉煤灰掺量不宜过大。为了控制混凝土的水化热，混凝土设计过程中考虑利用磨细矿粉取代部分水泥。配合比优化试验数据见表2海工高性能混凝土施工配合比表2混凝土试件编号水泥（kg/m3）矿粉（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）3天抗压强度（Mpa）7天抗压强度（Mpa）28天抗压强度（Mpa）12401449628.447.463.522401687229.247.965.232641684834.451.270.242641447233.749.268.1从表2中的数据分析可知：虽然1-4号配合比都能满足3天、7天以及28天的强度要求，但考虑到试验室与现场施工控制条件的差异，为了使3天、7天能够有更高的保险系数，最终选择了3号。依据以上的数据得出优化后的海工高性能混凝土配合比，见表3海工高性能混凝土施工配合比表3构件类型混凝土强度等级胶材用量（kg/m3）骨料用量（kg/m3）水（kg/m3）减水剂（kg/m3）水泥矿粉粉煤灰砂碎石预制箱梁C502641684874010211545.521.4海工高性能混凝土拌合物检测及施工质量控制为了保证箱梁预制质量,要求混凝土具有良好的流动性、粘聚性和可泵性。现场施工过程中,采取坍落度和扩展度双控制，保证混凝土入模坍落度180～220mm,扩展度420～520mm。加强原材料质量控制，严格控制砂石料含泥量，砂＜2%，碎石＜0.5%，当砂含泥超标进清退，碎石含泥量超标时进行水洗，保证洗好的碎石有足够的脱水时间。施工过程中适时检测砂石含水量，调整砂石用量。外加剂掺量根据进场试拌进行动态控制。1.5海工高性能混凝土强度及耐久性混凝土施工质量控制，一方面要保证良好的工作性，满足施工要求；另一方面，硬化后的混凝土要满足设计强度和耐久性要求。预制箱梁混凝土，硬化后要保证抗压强度和弹性模量满足3天初张拉，7天终张拉要求，还要保证28天抗压强度和弹性模量。青岛海湾大桥所处的胶州湾在一般年份，12月下旬开始结冰，2月中旬消融，最冷月平均气温为-5.5℃，属于微冻地区，因而，对混凝土的抗冻性要求高。为控制海水中氯盐对混凝土结构中钢筋的腐蚀，要求混凝土有良好的抗氯离子渗透性。混凝土强度及耐久性检测成果见下表(2009年某一时段进行统计)。混凝土强度、弹性模量检测成果统计表4性能名称抗压强度（MPa）弹性模量（GPa）龄期（d）37283728砼组数n2222116222236Max50.260.469.536.137.840.4Min29.249.159.127.832.835.5平均值x40.954.064.331.835.338.1σ4.43.22.02.41.61.3Cv（%）1163753统计时段09.8.1-8.3109.8.1-8.3109.9.20-10.2009.8.1-8.3109.8.1-8.3109.8.2-10.1混凝土耐久性能检测成果统计表5性能名称28d抗冻性能（冻融次数300）84d抗氯离子渗透性能项目相对动弹模量（%）质量损失率（%）Cl-扩散系数(10-12m2/s)电通量Cn881920max96.10.671.35745min93.50.390.88328x94.40.511.16560σ2.20.060.12113.7Cv（%）2121020统计时段09.3.1-10.109.3.1-10.109.8.6-10.609.8.2-10.5以上结果表明：混凝土的抗压强度、弹性模量、抗冻性以及抗氯离子渗透性均满足设计要求,混凝土生产控制优良。2.聚羧酸高性能减水剂在预制箱梁应用中的若干技术问题：2.1混凝土表面出现浮灰由于聚羧酸系高性能减水剂具有不同于萘系减水剂的特性,使掺有Ⅰ级粉煤灰和这类减水剂的拌合物,尤其是当粉煤灰掺量较小、矿粉掺量较大及水胶比变大的拌合物更易出现泌水、离析分层、大量气泡外冒的现象。致使混凝土表面出现浮灰，影响拉毛收面质量和外观。2.2含气量掺聚羧酸系减水剂的拌合物含气量大,振捣后一段时间内表面还有气泡外冒，气泡孔径较大,但不能认为聚羧酸外加剂有引气作用，这种气泡与引气剂引入的气泡无论从气泡的大小、形态以及分布均匀性有很大的区别，从根本上说这是由于该系列减水剂的分子结构和其聚合程度所决定的。所以不能认为该系列外加剂混凝土引气效果好，只能说含气量大，保气性差。2.3难以控制合适的加水量和外加剂掺量掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土对温度、用水量、拌和时间、骨料品质级配及细骨料含泥量等较为敏感。掺量过低，就会出现混凝土拌合料异常干涩、无法泵送。掺量过高,则拌合物出现严重的离析。2.4水泥与聚羧酸系减水剂适应性由于水泥矿物组成、细度等对聚羧酸系减水剂的效应，在试配配合比时，特别是外加剂厂商固定的时候，一定要选择与外加剂相适应的水泥厂家。3.聚羧酸系减水剂在工程应用中必须注意的问题3.1严格控制振捣半径和振捣时间插入式振动棒时宜快插慢拔，垂直点振，不得平拉，不得漏振，谨防过振；振动棒移动距离应不超过振动棒作用半径的1.5倍（约40cm），每点振动时间约20s～30s，振动时振动棒上下略为抽动，振动棒插入深度以进入前次灌筑的砼面层下50mm为宜。浇筑过程中注意加强倒角、交界面以及钢筋密集部位的振捣。3.2加强初期养护，严防开裂海工高性能混凝土胶材料用量大，必须加强初期养护，严防混凝土早期收缩开裂是关键。3.3施工单位应与混凝土制备者和外加剂供应者密切合作3.4避免聚羧酸系减水剂与铁制材料接触采用聚乙烯塑料桶或不锈钢储存，才能保证产品储存的稳定性。3.5坚决避免其它品种外加剂的混入聚羧酸系高效减水剂严禁与萘系高效减水剂及复配产品混合应用。若复配则将导致混凝土拌合物的良好流动性随之消失，直接影响可泵性和混凝土的强度。3.6聚羧酸高效减水剂的超掺量和砂石含水量变化影响问题当超量时，会产生离析、泌水、板结及含气量过大等不良现象，所以拌制掺聚羧酸系高效减水剂的混凝土时，其计量设备和计量精度必须准确和灵敏。该外加剂对用水量、砂石级配、环境温湿度等较为敏感，在保证混凝土理论配合比基本不变情况下，根据生产过程中砂石含水量，适时调整砂石用量和拌合用水量。并严格控制外加剂和拌合水计量，动态调整外加剂掺量，防止超掺量，控制浮灰流浆，保证混凝土粘聚性、流动性和可泵性。3.7正确面对聚羧酸系减水剂与水泥等掺合料适应性问题聚羧酸系高性能减水剂存在与水泥适应性问题，水泥、粉煤灰和矿粉组合使用与聚羧酸高效减水剂适应性，也应引起重视。聚羧酸系高效减水剂在应用过程中，仅检验净浆流动度及砂浆减水率是不够的，必须通过试拌混凝土，确保混凝土工作性良好才能认定聚羧酸减水剂与水泥/掺合料具有较好的适应性。聚羧酸系减水剂具有减水率高、流动性好、保坍性能优良等综合性能，可减少混凝土的收缩，提高混凝土的耐久性，这些在青岛海湾大桥混凝土应用中得到充分的体现。但在其应用过程中还存在许多的难点，技术人员怎样第一时间找出问题所在，怎样第一时间正确调整混凝土施工配合比解决出现的情况,减少对过程质量的损害。所以工程技术人员应正确面对聚羧酸系高性能减水剂在应用中出现技术问题，进行认真的分析和总结，找出解决问题的方法，扬长避短，充分利用聚羧酸外加剂带来的优良性能，这是提高建设工程质量的关键。