淺談聚羧酸系減水劑在京滬高速鐵路Ⅵ標段高性能混凝土中的應用

陳寶良

（中國交通建設股份有限公司京滬土建六標段項目部，浙江 蘇州215121）

淺談聚羧酸系減水劑在京滬高速鐵路Ⅵ標段高性能混凝土中的應用

陳寶良

（中國交通建設股份有限公司京滬土建六標段項目部，浙江 蘇州215121）

京滬高速鐵路Ⅵ標段主要為橋梁工程，采用高性能混凝土結構，設計壽命100年。本文主要介紹了聚羧酸系減水劑在該工程中的應用，重點探討了原材料選擇、生產過程質量控制、高性能混凝土配合比設計及聚羧酸系減水劑在高性能混凝土施工中應注意的問題，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；施工質量控制

1 前言

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

2 原材料及混凝土優化設計

2.1 原材料

2.1.1 砂

采用贛江中砂，其實測指標見表1、表2。

2.1.2 水泥

水泥選用C3A含量低、需水量少,質量穩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。經過磨細加工后粉煤灰顏色越淺，含碳量越低品質越好。粉煤灰選用蘇州望亭電廠、太倉捷杰等經過磨細加工優質粉煤灰，其物理性能見表5。

2.1.4 磨細礦渣粉

江蘇沙鋼磨細礦渣粉，其物理性能見表6。

2.1.5 粗骨料

選用湖州石灰巖質碎石5～10mm、10～25mm、16～31.5mm三種級配，按照堆積密度最大，緊密空隙率最小的原則摻配成5～31.5mm連續級配，其實測指標見表7。

表1 砂性能指標

表2 砂級配

表3 水泥物理性能測試結果

2.1.6 外加劑

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

2.2 混凝土配合比

2.2.1 C30鉆孔樁基礎混凝土

C30鉆孔樁基礎混凝土配合比及性能測試結果分別見表9～表11。

2.2.2 C40承臺、墩身混凝土

C40承臺、墩身混凝土配合比及性能測試結果分別見表12、13及14。

2.2.3 C50預制、現澆梁體混凝土

C50預制、現澆梁體混凝土配合比及性能測試結果分別見表15～表17。

表4 水泥其他物理性能

表5 粉煤灰物理性能檢測結果

表6 礦渣物理性能檢測結果

3 原材料的質量要求及影響

3.1 水泥

水泥細度300～350m2/kg，水泥越細強度越高,但會使混凝土的干縮性增大,導致混凝土容易產生裂縫,耐久性降低，因此要求水泥不宜太細。

3.2 細骨料

細骨料的細度模數低于2.6，配制混凝土時的需水量會增加,含泥量、泥塊含量同樣會加大用水量和外加劑用量，加大混凝土的干縮，降低混凝土的強度和耐久性。因此，細骨料含泥量小于2.0%,無泥塊的潔凈贛江砂。對于大于10mm的顆粒，必須經過篩分后使用，儲料倉必須是合格砂。

表7 粗骨料性能指標

表8 減水劑性能指標

3.3 礦物摻合料對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生，提高了混凝土的耐久性。

表9 C30鉆孔樁基礎混凝土配合比

表10 C30鉆孔樁基礎新拌混凝土性能

表11 C30鉆孔樁基礎硬化混凝土性能

表12 C40承臺、墩身混凝土配合比

表13 C40承臺、墩身新拌混凝土性能

3.4 碎石的影響

樁基、承臺、墩身的碎石選用5～10mm、 10～25mm、16～31.5mm三種級配，按一定比例摻配成5～31.5mm連續級配。施工時分級采購、分級運輸、分級儲藏、分級計量。針、片狀顆粒含量、壓碎指標值、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）抗壓強度大于100MPa。

預制梁、現澆梁使用5～10mm、 10～20mm按一定比例摻配成5～20mm連續級配碎石， 指標必須滿足《預應力混凝土預制箱梁暫行技術條件》（鐵科基［2005］120）技術要求。施工過程嚴格控制石粉含量，篩洗經檢測合格后方可進場。

表14 C40承臺、墩身硬化混凝土性能

表15 C50預制、現澆梁體硬化混凝土性能

表16 C50預制、現澆梁體混凝土配合比

表17 C50預制、現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，改善骨料的界面效應，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、適當引氣的性能。加入適量引氣劑,可在混凝土中形成數量眾多的微小氣孔,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孔通道，降低毛細水的滲透作用，并可吸收緩沖因凍融或化學腐蝕等原因所造成的混凝土內部膨脹壓力。 (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性和穩定性。 (3)降低水膠比，使漿體既密實又有合理分布的微孔結構，混凝土結構可以獲得相當良好的抗凍性能，引入的微氣泡彼此分離，不會形成連通的透水通道，故較難達到充水極限，同時對抗滲性也無影響；適當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 性能評定

鮑羅米公式在高性能混凝土的強度應用時，強度值會因為礦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，我國現行鐵路標準對除預應力混凝土、蒸汽養護混凝土、噴射混凝土三種以外的混凝土性能評定齡期均采用56d評定。因此，水膠比只能按照不同膠凝材料的配比具體試驗確定，然后通過試拌予以調整。一些對普通混凝土影響不大的因素對聚羧酸系高性能混凝土的影響可能比較顯著，應該通過一定數量的重復試驗驗證，以確保其穩定性。

4 質量控制

4.1 拌合過程控制

4.1.1 用水量控制

拌合混凝土時，開始過程中，按要求檢測砂、石含水量，隨時調整拌合物的加水量。

4.1.2 攪拌時間的控制

采用強制式混凝土攪拌機拌合，為了保證混凝土拌合物的勻質性，拌合時間為120～180s。嚴格按高性能混凝土的投料次序進行。

4.1.3 坍落度的控制

對每盤混凝土的坍落度、流動性目測觀察，并按要求對坍落度、含氣量、入模溫度進行檢測，發現問題及時調整。混凝土采用攪拌車運輸時，混凝土裝車前應排干凈罐車內積水。

4.1.4 加強與施工班組的協調

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

4.2 振搗、養護及耐久性檢測

4.2.1 混凝土振搗

施工中振搗棒要快插慢拔，使混凝土內部氣泡排出，避免過振造成混凝土離析，影響混凝土外觀質量。振搗時要遵循“垂直插搗，防止漏振、避免過振、快插慢拔”的振搗方法，振搗時間不應超過30s。漏振造成露骨，過振會造成混凝土表面出現“砂線”，影響外觀質量。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 根據實測膠凝材料堿含量、氯離子含量計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 混凝土養護

結構物成型后立即覆蓋，外界氣溫超過15℃時，應該向混凝土表面灑水養護，灑水的次數以保證混凝土表面時刻處于濕潤狀態為度，同時模板表面也應該灑水養護時間不應少于14d。在低溫施工時應該加強表面保溫，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℃，應加強表面保護，防止開裂。

混凝土內外溫差大于15℃，建議采用熱水養護，使混凝土的內外溫差低于15℃，避免混凝土產生裂縫。

4.2.4 混凝土強度及耐久性檢測

按要求對混凝土進行抽樣，除試驗室標準養護試件外，承臺、墩身還應該留制與結構物的同條件養護試件2—5組，進行14d、28d、56d強度耐久性檢驗，混凝土拌合物進行含氣量、入模溫度以及0.5h、1h泌水率檢驗，確保混凝土入模溫度在5—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，混凝土對外加劑用量非常敏感，要求拌合計量系統必須準確，否則會造成坍落度不穩定，影響混凝土拌合物質量。

（2）聚羧酸系減水劑對不同品種、同一品種不同批次、同一批次不同存放時間的水泥、膠材中不同批次粉煤灰存在適應性差異的問題，施工過程中需加強復拌、試拌，調整最佳摻量，以維持混凝土狀態的穩定性。

（3）聚羧酸系減水劑對砂、石料的質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。如出機坍落度為170mm的拌合物,1h后坍落度只有80～100mm。

6 結論

京滬高速鐵路土Ⅵ標段高性能混凝土現已完成 560萬m3，經過抽樣辦批次檢測，混凝土力學性能、耐久性（抗滲性、抗凍性、抗氯離子滲透）結果滿足設計要求，工程成本相應較低。

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

[單位地址]蘇州市工業園區唯亭鎮浦田路202號（215121）