聚羧酸高性能減水劑在高速鐵路高性能混凝土中的試驗與應用

李林，周效諒，李桂青

（巴斯夫化學建材（中國）有限公司，上海，200137）

0 前言

至2008年底，我國鐵路營運里程已達7.9 萬公里，位居世界第三，但每萬人平均擁有的鐵路公里數量僅為0.61km, 遠遠落后于加拿大、美國、日本、歐洲等發達國家,與印度數量相近[1]。因此2004年初國家相繼批準了一大批鐵路重點工程開工，同年1月，國務院審議通過了我國鐵路史上第一個《中長期鐵路網規劃》，確定了到2020年鐵路建設的宏偉藍圖。2008年10月鐵道部又對《中長期鐵路網規劃》進行了調整, 把原定2020年鐵路營運里程達到10 萬公里以上增加到12 萬公里以上, 其中客運專線由1.2 萬公里調整為1.6 萬公里。截至2009年年底，我國鐵路營運里程達到8.6 萬公里，躍居世界第二，此時包括京滬高速鐵路等在建鐵路重點工程有二百七十四項[2]。預計2010年至2012年，新線投產達到2.6 萬公里，其中客運專線9200 公里。到2012年底，我國鐵路營業里程將達到11 萬公里以上，其中客運專線和城際鐵路將達到1.3 萬公里，建成新客站800 多座。

為充分發揮高速鐵路建設的經濟效益與社會效益，提出高速鐵路主體結構設計年限通常為100年的技術要求，為滿足工程結構耐久性要求，鐵道部于2005年頒布了《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》(鐵科技〔2005〕101 號)，對混凝土的高性能化提出了具體的技術要求。高性能混凝土（HPC）是一種新型的混凝土,區別于傳統混凝土，把耐久性作為首要技術指標。并且針對不同用途要求,高性能混凝土對耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性有重點地予以保證[3]。為此, 高性能混凝土的配制除了選用優質原材料與礦物摻合料低水膠以外，在很大程度上還必須依賴減水劑性能的大幅度提高，而第三代聚羧酸系減水劑的性能更優越、更接近于高性能混凝土對于減水劑功能的要求[4]，因此被指定為高鐵建設的專用減水劑。

1 高速鐵路混凝土對外加劑的技術要求

2005年9月鐵道部發布的鐵建設[2005]160 號文《施工質量驗收補充標準》明確規定了混凝土外加劑的各項性能，并在2009年作了修訂，要求更高更嚴謹，詳見表1。

聚羧酸高性能減水劑具有獨特的梳狀分子結構，能在水泥顆粒表面形成立體保護層，因此，同萘系、脂肪族、氨基磺酸鹽等高效減水劑相比，對多種水泥適應性更好，分散能力強，摻量少，一般為0.1%～0.4%（按固含量計，下同），常用摻量為0.15%～0.25%，當其摻量達0.2%～0.4%時，混凝土減水率大幅度增加（達20%～40%），增強幅度也顯著提高（早期達30%～140%，后期達20%～80%）；適量引氣，減少泌水，和易性好，坍落度損失少，綜合性能優越，無害雜質少（在生產過程中，不添加甲醛等有害物），有利于提高混凝土抗滲、抗凍性等耐久性能，特別適于配制高強高性能混凝土[5]。文成海等人[6]在對多個配合比進行對比后發現，萘系減水劑與聚羧酸高性能減水劑相比不易滿足高速鐵路高性能化的要求。

2 Rheoplus 329 系列聚羧酸高性能減水劑在鐵路工程中的應用

表1 鐵路工程混凝土外加劑的技術要求

巴斯夫化學建材（中國）有限公司（上海麥斯特建材有限公司、廣東柯杰外加劑科技有限公司）是首批通過鐵道部對外加劑生產企業進行企業及產品認證的八家企業之一，而Rheoplus 329 是巴斯夫化學建材（中國）有限公司專門針對中國高速鐵路高性能混凝土研發的聚羧酸高性能減水劑，本產品具有出色的減水性，其配制的混凝土具有優異的早期和后期強度、低滲透性、高耐久性等特點，完全滿足高速鐵路高性能混凝土對外加劑的要求。截止目前，Rheoplus 329 系列聚羧酸高性能減水劑已在武廣客運專線，溫福鐵路白馬河特大橋、廣深港客運專線、鄭西客運專線、貴廣鐵路、石武鐵路、太中銀鐵路等項目近百萬方C15～C50 的高性能混凝土中得到應用，取得顯著技術效果、經濟與社會效益。

表2 現場抽樣檢測數據

2.1 在高速鐵路武廣客運專線Ⅴ標二工區中的應用[7]

工程為武廣客運專線烏龍泉至花都段新建工程Ⅴ標（廣東韶關段），施工里程總長18.6km，設計最高時速為350km/h。工程所用混凝土均為高性能混凝土，環境條件為二級碳化環境（T2）及二級化學侵蝕環境（H2），在工程現有膠凝材料與骨料前提下，該工程對外加劑的要求非常之高。

在實際施工使用過程中，聚羧酸高性能減水劑摻量為0.65%～0.70%，不僅保證了施工對混凝土拌合物的工作性能要求，而且還保證了混凝土后期強度與耐久性能。以擴大基礎C30 泵送混凝土設計（W/B=0.44）為例，在現場試件抽檢中，28d 實測強度都在39.4～43.4MPa 之間（見表2），56d 電通量為834～877C，滿足T2H2 ≤1200C 的要求。通過室內及現場混凝土試驗發現，該聚羧酸高性能減水劑具有高減水率、低堿、低氯離子含量、高工作性能、強度高等特點。

2.2 在武廣客運專線XXTJI標（湖北咸寧段）中的應用[8]

該標段由鐵十一局二工區承建，長16.2km，主要工程包括3423.2m 淦河特大橋、3167.96m 丁泗河特大橋等十多項。施工中制作的混凝土試件強度與配合比設計時的強度比較一致，表3是在C15～C35HPC 施工過程中使用高性能減水劑施工時的配合比與所制試件的強度（為隨機抽查的強度）。

表3 XXTJI 標段施工配合比與實際強度

2.3 在武廣客運專線新廣州站C50高性能混凝土的應用[9]

武廣客運專線新廣州站及相關工程區間站前工程ZQ-Ⅱ標段由中鐵大橋局股份公司承建，全長11.859km，其主要工程包括：跨環城高速特大橋一座，全長11.322 雙線公里，架設32m 與24m 預制箱梁共278 孔，現澆連續梁(剛構)14 座。基礎設施設計速度目標值350km/h，全線采用高性能混凝土，主體結構設計壽命100年。該標段預應力混凝土梁混凝土的設計使用壽命為100年，碳化環境類別為T2，無氯鹽環境、化學侵蝕環境、凍融破壞環境和磨蝕環境的作用。同時依據客運專線無碴（有碴）軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁設計圖紙的要求，擬定混凝土設計參數如下：a)強度等級：C50；b)抗滲等級：大于P20；c)電通量（56d）：小于1000C；d)要求坍落度：180～200mm。現場進行混凝土試配，試驗數據見表4。

通過試驗，以上混凝土配合比的拌合物各項性能指標良好，考慮到預應力混凝土預制梁的施工工藝和環節較多，對梁體張拉的強度，周期要求較高，結合經濟性指標分析，選用W/B=0.33，水泥用量為390kg/m3的C50-2 作為施工配合比。

在實際施工中，混凝土28d 強度都在68.5～78.3MPa 之間，達到了設計強度的137%～157%，28d 彈性模量40GPa 左右，電通量亦能達到設計要求。

表4 混凝土配合比設計及試驗結果

表5 C25～C45HPC 配合比、強度與電通量匯總表

表6 耐久性混凝土配合比設計及試驗結果

2.4 在溫福鐵路白馬河特大橋（C25～C45HPC）中的施工應用[10]

大橋全長3126.96m，主橋寬13m，由10×32m簡支箱梁、(80m+3×145m+80m) 連續剛構、15×61m 簡支箱梁、(48m+80m+48m)連續梁、31×32m 簡支箱梁組成。全橋混凝土總量為23.4 萬m3，樁、墩、承臺等為C25～C45HPC，梁為C50HPC，建成為可滿足200km/h 高速通行的需要。

聚羧酸高性能減水劑在該大橋工程樁、墩、承臺等C25～C45 各類HPC 中被大量應用，表5是在施工過程中使用聚羧酸高性能減水劑所制試件的相關數據，實際強度達設計強度的130%～176%（為隨機抽查63 組的強度）；主要耐久性指標56d 電通量設計值為800～2000C，實際僅為362～627C；抗裂性能好，連續28d 觀察，無肉眼可見裂紋，能夠很好滿足設計與施工要求。

2.5 在貴廣鐵路GGTj-13標段的施工應用

貴廣鐵路GGTj-13 標段起點三水青歧涌，經三水南站，終點佛山機場附近，地處廣東省佛山市境內，由中交四航局承建。本標段主要包括正線橋梁9 座21.31km，隧道1 座3.75km，路基13.61km，車站2 座（三水南站、佛山西站）；橫江疏解區聯絡線橋梁2 座4.516km，中基2.688km；箱梁制（存）梁場1 處，特大橋3 座，北江特大橋全長11.5km。通過室內試驗及現場施工所制試件，使用聚羧酸高性能減水劑配制的高性能混凝土各項性能指標良好，滿足設計要求。

3 結束語

（1）高速鐵路主體結構設計年限通常為100年，因此提高混凝土耐久性意義重大，區別于傳統混凝土, 高性能混凝土把耐久性作為首要技術指標，其配制特點是選用優質原材料與低水膠比，且在很大程度上還必須依賴減水劑性能的大幅度提高，聚羧酸系減水劑優越的性能使其滿足高性能混凝土對于減水劑功能的要求。

（2）同萘系、脂肪族、氨基磺酸鹽等高效減水劑相比，聚羧酸高性能減水劑對多種水泥適應性更好，分散能力強, 摻量少, 混凝土拌合物的流動性和流動保持性好，坍落度損失小，綜合性能優越，特別適于配制高強高性能混凝土。

（3）巴斯夫公司生產的Rheoplus 329 系列聚羧酸高性能減水劑已成功應用于武廣客運專線、溫福鐵路、廣深港客運專線、鄭西客運專線、貴廣鐵路、石武鐵路等眾多重大鐵路工程項目，各項指標均符合《鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準》與《鐵路耐久性混凝土設計暫行規定》的設計與施工要求，其產品性能的穩定性及廣泛的原材料適應性得到了充分的驗證和考驗，并取得了顯著的技術效果、經濟與社會效益，可大量推廣使用，為聚羧酸高性能減水劑在更大范圍的推廣應用積累了大量的經驗，奠定了良好基礎，進而加快中國混凝土技術進步的進程。

[1] 張勇,楊富民.高性能混凝土在我國高速鐵路工程中的應用與展望[J].施工技術，2009(1).

[2] http://www.gxnews.com.c n.2009-12-10.

[3] 吳中偉, 廉慧珍.高性能混凝土[M].北京: 中國鐵道出版社, 2005.

[4] 延輝，郭京育，趙霄龍,等. 聚羧酸系高性能減水劑及其應用技術—現狀、發展趨勢和我們的任務[A ]. 聚羧酸系高性能減水劑及其應用技術[M]. 北京:機械工業出版社, 2005, 8: 3- 10

[5] 黃耀明等. KJ 系列緩凝高效減水劑與KJ - J S 高性能減水劑在混凝土公路及橋梁工程上的應用[J]，混凝土，2007（7）.

[6] 文成海，成晚香. 京津城際鐵路涼水河特大橋下部結構高性能配合比的選定[J]. 鐵道標準設計，2006:42-45

[7] 鄧素軍. 聚羧酸KJ-JS 高性能減水劑在武廣客運專線Ⅴ標高性能混凝土的選擇與應用[A]/聚羧酸高性能減水劑研究與工程應用[C].2007, 2.

[8] 畢寶山.聚羧酸KJ-JS 高性能減水劑在武廣客運專線XXTJI 標高性能混凝土中的應用[A]/聚羧酸高性能減水劑研究與工程應用[C].2007, 3.

[9] 中鐵大橋局股份有限公司. C50 預應力梁混凝土配合比設計書[M].2006, 9.

[10] 劉嶺. 聚羧酸KJ-JS 高性能減水劑在白馬河特大橋高性能混凝土中的耐久性試驗與應用[J]. 商品混凝土，2007, 3.