浅谈高效减水剂后掺法在寺坪水电站

浅谈高效减水剂后掺法在寺坪水电站混凝土施工中应用肖志涛葛洲坝二公司摘要：高效减水剂后掺法在不改变混凝土物理力学性能和工作性能的前提下，相比减水剂同掺法，可以节省水泥和外加剂用量。通过试验和比较，在工程实践中选择了一种可行的方案，取得了较好的经济效益。关键词：减水剂后掺法；试验和应用；寺坪水电站1、工程概况寺坪水电站工程位于汉江中游右岸支流南河上段的粉清河上，坝址在湖北省保康县寺坪镇肖家湾，距寺坪镇5km，距河口102.4km。电站建筑物采用岸边引水式厂房型式。布置于南河右岸，柳木沟北侧。工程枢纽主要由混凝土面板砂砾石坝、右岸溢洪道、右岸引水式电站及开关站等建筑物组成。工程开发任务以发电为主，兼有防洪、灌溉、水产养殖、库区航运、旅游等综合利用效益。电站装机60MW，保证出力10.9MW，多年平均发电量1.72亿Kw.h。工程规模为大（2）型水库，中型电站。电站厂房为地面式，混凝土工程量约50000m3。2、高效减水剂后掺法的发展背景水工混凝土根据不同的需要掺入不同种类的混凝土外加剂来改善工作性能及物理力学性能的方法由来已久。工程中最常用到的就是利用减水剂来改变水泥浆体的流变性能，进而改变水泥及混凝土结构，改善混凝土性能，在保持流动性及水胶比不变的条件下，减少用水量和水泥用量。减水剂从最早开始使用的木质素磺酸钙到现在的第三代聚羧酸类高效减水剂,效用越来越高，但在这些外加剂大量使用的十几年间，从其发明的那一天起水泥与外加剂的适应性就产生出了各种各样的问题。水泥品种不同，将影响减水剂的减水、增强效果，其中对减水效果影响更明显。高效减水剂对水泥的选择性也更强，不同水泥其减水率相差较大，水泥矿物组成、掺和料、调凝剂、碱含量、细度等都将影响减水剂的使用效果，对于某些掺减水剂的混凝土将产生速硬、速凝、泌水、流变性降低、含气量激增、后期强度急剧下降等等不同的后果，所以现在的水工混凝土在做配合比之前都要选择与水泥较为适用的减水剂。但即便如此，在长期的使用过程中依然会出现意料之外的变故。我们在重庆鲤鱼塘水库工程的施工中就曾经发生过本来相互之间能够较好适应的水泥和萘系高效减水剂却在使用过半年之后出现了速凝和流变性降低的问题，随后更换了六个厂家十几个不同种类的萘系及聚羧酸类的高效减水剂都未能很好的解决问题，却在偶然的情况下发现先加水搅拌后再加入外加剂溶液的方式即所谓后掺法，使得减水剂变得和水泥适应起来，而且部分萘系高效减水剂先掺和后掺的水泥浆体流变性能变化相当大。从有关的参考文献上我们了解到高效减水剂后掺法确实对消除水泥与减水剂不适应的情况有好处。因为减水剂使得水泥颗粒分散程度增加，加速了水泥颗粒的水化，使部分自由水变为结合水。采用先掺法，吸附在水泥颗粒或早期水化产物上的减水剂，或是被水化产物包裹，或是与水化产物反应，消耗大量减水剂，使减水剂含量降低，导致Zeta电位下降，降低了减水剂的分散能力，造成水泥颗粒凝聚，宏观上使得混凝土流动性下降。对于水泥与减水剂适应性较差的情况，减水剂后掺法可以避免或减少上述情况的发生。而且对于适应性良好的水泥，后掺法也能够更好地发挥高效减水剂的作用。但是后掺法对混凝土性能的改善到底有多少，能够带来多大的经济效益，现有的各种技术资料没有详细的论述。由此我们决定在寺坪水电站工程电站厂房的混凝土施工中通过试验来验证混凝土外加剂后掺法对混凝土性能的改变，并对其产生的效益进行量化试验和应用，希望能为混凝土质量控制和经济效益的提高做出有益的探讨。3、主要试验目的本次试验主要是通过室内和现场各种材料及混凝土的试验、检测工作来完成，大致划分为以下几个步骤：3.1通过室内试验完成混凝土各种组成材料包括：水泥、粉煤灰、骨料、外加剂的检测（包括水泥与外加剂的适应性）工作。3.2掌握萘系高效减水剂同掺法和后掺法达到相同流变性能状况所需的不同用水量及掺量。3.3室内调整已完成的混凝土配合比，掌握在混凝土工作性能及物理力学性能不变的情况下，后掺法调整出来的配合比在经济上的优势。3.4现场试验调整拌和系统，如何在不影响施工质量的情况下合理高效地完成后掺法。3.5现场试验对比同掺法和后掺法实际工效，对比室内调整的后掺法混凝土配合比在实际施工中与同掺法作出的混凝土配合比在混凝土性能上的区别。4、主要试验内容4.1混凝土原材料检测4.1.1水泥本次试验采用的是葛洲坝水泥厂生产的三峡牌普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5。经检验，该水泥物理力学指标及化学指标满足GB175－1999中对P.O32.5水泥的技术要求,检验结果见表4.1.1-1、表4.1.1-2、表4.1.1-3。表4.1.1-1水泥物理力学性能检验结果表项目细度（﹪）烧失量安定性（mm）凝结时间抗压强度抗折强度初凝（min）终凝（h）3d（mpa）28d（mpa）3d（mpa）28d（mpa）规范要求≤10≤5.0≤5≥45≤10≥11.0≥32.5≥2.5≥5.5三峡P.O32.53.33.9101804.022.041.04.78.5表4.1.1-2水泥化学成份检验结果表水泥名称三氧化硫(SO3)氧化镁(MgO)碱含量规范要求≤3.5≤5.0—三峡P.O32.52.242.811.03表4.1.1-3外加剂与水泥适应性名称掺量（﹪）净浆流动度（mm）减水率（﹪）含气量（﹪）凝结时间差（min）初凝终凝UNF0.622015.0----+60+94.1.2骨料本次试验采用的砂石骨料为寺坪水电站工程砂石料场生产的骨料，粗、细骨料均为本地的天然骨料，检验结果见表4.1.2-1、表4.1.2-2。表4.1.2-1细骨料技术指标检验结果检验项目表观密度（kg/m3）吸水率（﹪）云母含量（﹪）含泥量（﹪）细度模数有机质含量技术指标≥2500/≤2≤32.2～3.0浅于标准色细骨料26401.400.82.8浅于标准色表4.1.2-2粗骨料技术指标检验结果检验项目表观密度（kg/m3）吸水率（﹪）含泥量（﹪）针、片状颗粒含量（﹪）有机质含量技术指标＞2550≤2.5≤1≤15浅于标准色小石（5-20mm）27001.00.56浅于标准色中石（20-40mm）27401.60.414浅于标准色4.1.3减水剂减水剂采用的是荆州强达混凝土外加剂厂生产的高效减水剂UNF，检验结果见表4.1.3-1。表4.1.4-1掺高效减水剂的混凝土性能指标序号检验项目质量指标UNF1减水率（%）≥1515.02含气量（%）＜3.01.33泌水率比（%）≤9547.74凝结时间（Min）初凝-60～+90+60终凝-60～+90+95抗压强度比（%）3d≥1301377d≥12512528d≥120120628d收缩率比（%）＜1251187抗冻标号≥50300外加剂适应性型号掺量（%）初始扩散度（mm）30min扩散度（mm）60min扩散度（mm）UNF0.623.522.021.04.2减水剂同掺法及后掺法用水量及掺量对比分析在混凝土各组成材料检测结束后，进行了UNF高效减水剂在同掺法和后掺法两种情况下，达到相同扩散度时的用水量及掺量对比试验，对比试验结果见表4.2-1。表4.2-1减水剂同掺法、后掺法用水量及掺量对比试验汇总表掺入方式水泥用量（g）掺入量(%)用水量（ml）初始扩散度（mm）30min扩散度（mm）60min扩散度（mm）同掺法3000.687220200160后掺法3000.677220205165后掺法3000.4587220215205从表4.2-1可以看出：在保证混凝土扩散度相同的情况下，后掺法比同掺法可以降低大约11.5％的用水量或降低25％的外加剂掺量，而且用后掺法降低外加剂掺量后得到的水泥浆流动度经时损失更低。4.3减水剂后掺法混凝土施工配合比的调整本次试验中我们利用寺坪水电站工程葛洲坝中心试验室为寺坪电站厂房工程设计的一组C25W6F200二级配常态混凝土施工配合比（该配合比设计时高效减水剂为同掺法加入）进行了后掺法的修正试验，修正试验的前提是保证混凝土强度等指标不降低，修正前后的混凝土配合比及相应的混凝土物理力学指标见表4.3-1表4.3-1减水剂后掺法混凝土配合比与原配合比的混凝土力学性能比较编号水泥厂家品种强度等级混凝土强度等级掺入方法水胶比水泥用量（kg）用水量（kg）砂（kg）小石（kg）中石（kg）UHF（kg）NOF-AE（kg）坍落度（cm）含气量（﹪）抗压强度(mpa)耐久性7d28dW6F200W1三峡牌P.O32.5水泥C25F200二级配同掺法0.372971105616698181.7820.05945524.733.7W12F300W2后掺法0.372751025816738231.6500.05555.521.830.6W12F300W3后掺法0.372971105616698181.5000.05945.35.525.335.2W12F300从表4.3-1可以看出，在保证混凝土抗压强度、抗渗、抗冻等性能指标的前提下，利用减水剂后掺法进行的配合比调整，均比原配合比在材料上有所节省。其中若采用编号为W2的配合比，可节省水泥7.7%，节省高效减水剂7.7%；其中若采用编号为W3的配合比，可节省高效减水剂25%。虽然配合比经过调整之后，混凝土强度有所变化，但都能满足设计指标，表明采用减水剂后掺法，同时对原配合比进行调整在技术上是可行的，可以保证混凝土质量不降低。通过一个月时间的现场试验也验证了这个结论。试验中采取的减水剂后掺法的具体做法是：混凝土材料在加水搅拌60s后，加入减水剂搅拌60s后结束。现场试验对后掺法W2配合比与原配合比拌制混凝土强度值进行了统计对比，对比结果见表4.3-2。表4.3-2减水剂同掺法与后掺法实际混凝土施工对比试验结果掺入方式混凝土标号取样组数月统计强度最小值月统计强度最大值月强度平均值同掺法W1C25W6F2003227.3MPa32.5MPa33.2MPa后掺法W2C25W6F2002126.1MPa36.1MPa33.9MPa4.4减水剂后掺法的经济效益对比减水剂后掺法可以在不降低混凝土性能的条件下适量减少水泥用量或外加剂用量。通过对混凝土配合比中各种掺料的适当调整，可以降低拌和材料用量，从而节省材料投入，提高经济效益。调整前后混凝土配合比单价见表4.4-1。表4.4-1后掺法混凝土调整后配比与原配比的单价对比表编号掺入方式水泥价格水价格砂价格小石价格中石价格UNF价格NOF-AE价格总价（元/m3）单价--350元/吨10元/吨20元/吨38.7元/吨38.7元/吨6000元/吨12500元/吨--W1同掺1041.111.225.931.710.70.74185.3W2后掺961.011.626.031.99.90.69177.4W3后掺1041.111.225.931.79.00.74183.6从上表可以看出，采用减水剂后掺法进行的混凝土配合比调整，可以节省材料费用，其中采用W2配合比，每m3混凝土节省材料费7.9元，若采用W3配合比，每m3混凝土节省材料费6.2元。寺坪水电站厂房混凝土总量5万m3，若采用W2配合比，可以节省材料费39.5万元，若将此项技术推广到本工程的引水洞和调压井混凝土工程，尚有4万m3混凝土得以降低成本，可以节省材料费31.6万元，两项合计可以节约混凝土材料费71.1万元，经济效益较为可观。5、减水剂后掺法在混凝土施工中的应用通过试验室内试验试验和现场生产性试验，确定了减水剂后掺法在实际生产中技术上是可行的，经济上是合理的，因此在后续的混凝土生产中采用了此种方法，并选取W2后掺法混凝土配合比作为施工配合比。在现场施工中，对原混凝土拌和工艺进行了如下改进。5.1拌和程序：混凝土材料在加水搅拌60s后，加入减水剂搅拌90s后结束。总搅拌时间比施工规范里规定的时间延长了30s，主要是因为减水剂溶液的浓度较高，简单的在加完水后再将高浓度的减水剂溶液加入容易造成搅拌不匀,所以需要延长搅拌时间。5.2经过多次的对比试验，确定在用后掺法混凝土拌和时减水剂溶液的浓度不宜大于10％，水和外加剂的掺入量均