[工作精品论文]聚羧酸系减水剂在海工高性能混凝土中的应用能

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集聚羧酸系减水剂在海工高性能混凝土中的应用陈国能，唐名举（中交四航局第二工程有限公司，广东广州510300）摘要随着现代建筑技术的快速发展，要求混凝土技术随之向高性能、高耐久性的方向发展。本文论述了聚羧酸系减水剂在海工高性能混凝土中的应用，以及应用中出现的一系列技术问题，提出了使用聚羧酸系高性能减水剂的一些注意事项。关键词聚羧酸系减水剂海工高性混凝土技术问题注意事项APPLICATIONOFWATERREDUCINGAGENTOFPOLYCARBOXYLICACIDSERIESINMARINEHIGHPERFORMANCECONCRETECHENGUONENG,TANGMINGJUTHESECONDCONSTRUCTIONCOLTDOFCCCCFOURTHHARBORENGINEERINGCOLTD,GUANGZHOU510500，CHINAABSTRACTFOLLOWINGTHERAPIDDEVELOPMENTOFMODERNCONSTRUCTIONTECHNOLOGY,CONCRETEISREQUIREDTOHAVEHIGHPERFORMANCEANDHIGHDURABILITYTHISPAPERPRESENTSTHEAPPLICATIONOFWATERREDUCINGAGENTOFPOLYCARBOXYLICACIDSERIESINMARINEHIGHPERFORMANCECONCRETEITALSOPRESENTSTECHNICALPROBLEMSAPPEAREDDURINGAPPLICATION,ANDPROPOSESOMEMATTERSNEEDINGATTENTIONINTHEUSEOFWATERREDUCINGAGENTOFPOLYCARBOXYLICACIDSERIESKEYWORDWATERREDUCINGAGENTOFPOLYCARBOXYLICACIDSERIESHIGHPERFORMANCEMARINECONCRETETECHNICALPROBLEMMATTERNEEDINGATTENTION1工程概况青岛海湾大桥桥梁结构处于北方微冻地区的近海或海洋环境，是作用等级从中等程度（C级）至严重程度（E级）的氯盐腐蚀环境，为了确保结构使用寿命达到100年的设计年限，1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。青岛海湾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，笔者进行了分析和总结，供同类工程借鉴和参考。2聚羧酸系高性能减水剂的发展与应用现状日本于1981年开始研制聚羧酸系高性能减水剂，并于1986年将产品成功打入市场。目前，聚羧酸系高性能减水剂的研究仍以日本发展较快，到2001年为止，聚羧酸系高性能减水剂用量在AE减水剂中已超过了80，主要生产厂商有日本的花王、竹本油脂、日本制纸、藤泽药品等。美国高效减水剂的发展比日本晚，目前正从萘系、蜜胺系减水剂向聚羧酸系高性能减水剂发展，主要的聚羧酸减水剂生产厂家有MASTE公司、GRACE公司等。此外，聚羧酸系高效减水剂生产厂家还有意大利的MADI公司、瑞士SIKA公司等有生产。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，在上海磁悬浮铁路高精度轨道梁的制作、东海大桥海工混凝土、洋山深水港集装箱道堆混凝土、宜万铁路宜昌长江大桥以作者简介陈国能（1976）男，工程师、质量工程师，主要从事材料试验研究、混凝土施工配合比设计及质量研究。270中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集及杭州湾大桥等工程中已得到成功的应用。3聚羧酸系高性能减水剂的性能特点混凝土外加剂的研究与生产已朝着高性能、无污染方向发展。具有梳形分子结构的聚羧酸系高性能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、水化热温升平稳、收缩小、掺量低、污染低等显著特点，适宜配制高强超高强混凝土、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。4聚羧酸系减水剂在青岛海湾大桥海工高性混凝土中的应用41海工高性能混凝土的设计指标青岛海湾大桥海工高性能混凝土强度及耐久性指标见表1。表1海工高性混凝土强度等级及耐久性要求指标84D渗透性能28D抗冻性能构件类型环境分类混凝土强度等级CL扩散系/（1012M2S1电通量/C快冻法（循环次数）预制箱梁E/DC5015100030042原材料1水泥选用PI525硅酸盐水泥，水泥中氯离子含量检测结果为0018，低于003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细集料青岛大沽河天然河砂。5粗集料大信510MM，1020MM玄武岩碎石，比例为3070。6外加剂NOFAS聚羧酸系高性能减水剂，减水率达25以上。7水拌和用水为生活用水。43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,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3D龄期进行初张拉，7D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，保证混凝土早期强度，满足张拉要求，混凝土设计过程中考虑利用磨细矿粉取代部分水泥。海工高性能混凝土施工配合见表2。表2海工高性能混凝土施工配合比混凝土试件编号水泥/KGM3矿粉/KGM3粉煤灰/KGM33D抗压强度/MPA7D抗压强度/MPA28D抗压强度/MPA124014496284474635224016872292479652326416848344512702426414472337492681从表2中的数据分析可知虽然14号配合比都能满足3D、7D以及28D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3D、7D能够有更高的保险系数，最终选择了3号。依据以上的数据我们得出了优化后的海工高性能混凝土配合比见表3。271中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集表3海工高性能混凝土施工配合比胶材用量/KGM3骨料用量/KGM3构件类型混凝土强度等级水泥矿粉粉煤灰砂碎石水/KGM3减水剂/KGM3箱梁C5026416848740102115455244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,混凝土拌合物有时非常粘稠、干涩,收面后表面像胶一样，这样的混凝土可泵性就很差；有时出机坍落度接近坍落度控制下限,可罐车运到现场后,就接近上限；有时混凝土从罐车放到地泵并不离析，可泵送到梁面后严重离析，这些现象给施工过程中造成了一定的困难。因此，采取坍落度和扩展度双控制，保证混凝土入模坍落度180220MM,扩展度420520MM。加强原材料质量控制，严格控制砂石料含泥量，砂2，碎石05，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的砂石含水量，调整砂石用量，在保证水胶比不变的条件下，只要满足施工、强度和耐久性要求，外加剂掺量也根据实际情况进行动态控制。45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。青岛海湾大桥预制箱梁混凝土，硬化后要保证抗压强度和弹性模量满足3D初张拉，7D终张拉要求，还要保证28D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05，属于微冻地区，因而，对混凝土的抗冻性要求高。此外，为了控制海水中氯盐对混凝土结构中钢筋的腐蚀，必须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。表4混凝土强度、弹性模量检测成果统计性能名称抗压强度/MPA弹性模量/GPA龄期/（D）37283728砼组数N2222116222236MAX502604695361378404MIN292491591278328355平均值X409540643318353381443220241613CV/（）1163753统计时段098183109818310992010098183109818310982101表5混凝土耐久性能检测成果统计性能名称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/（1012M2S1电通量/CN881920MAX961067135745MIN935039088328X944051116560220060121137CV/（）2121020统计时段0931101093110109861060982105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,混凝土生产控制状态优良。272中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集5聚羧酸系高性能减水剂在海工高性混凝土应用中的若干技术问题51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、矿粉掺量较大以及水胶比变大的拌合物更易于出现泌水、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。52含气量掺聚羧酸系高能减水剂的拌合物含气量较萘系的大,振捣后一段时间内表面还有气泡外冒，气泡孔径也较大,但是我们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。所以我们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，因为所谓的引气是指引入而不是引出，不能犯了概念错误。53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。54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，对某些水泥来说，与聚羧酸系减水剂适应性十分明显。所以在试配配合比时，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。6聚羧酸系减水剂在工程应用中必须注意的问题61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15倍（约40CM），每点振动时间约20S30S，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。62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。63施工管理单位应与混凝土制备者和外加剂供应者密切合作64避免聚羧酸系减水剂与铁制材料接触由于聚羧酸高效减水剂产品常呈现酸性与铁制品长期接触会发生缓慢反应，甚至使产品色泽变深、变黑，导致产品性能下降，建议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。65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。66聚羧酸系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273中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集加剂掺量，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。67正确面对聚羧酸系减水剂与水泥/掺合料适应性问题聚羧酸系高性能减水剂依然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。68预先稀释与充分搅拌聚羧酸系高性能减水剂的分子量大,表观粘度就较大且掺量较小,因此建议在加入搅拌机前,将其预先稀释58倍以便于计量,并在短时间拌合。这样可以充分发挥其分散作用,试验获得的数据也会比较稳定。掺有该外加剂和矿物掺和料及水胶比较低的拌合物必须依靠良好的搅拌设备才能够搅拌均匀,满足需要的工作度。7结语聚羧酸系高性能减水剂具有减水率高、流动性好、增强性好、保坍性能优良等综合性能，可以减少混凝土的收缩和提高混凝土的耐久性，这些在青岛海湾大桥海工高性能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，如砂石级配波动、混凝土出现浮浆等情况时，工程技术人员该怎样第一时间找出问题的所在，怎样第一时间正确调整混凝土施工配合