聚羧酸減水劑在海工混凝土中的應(yīng)用

賈偉光，王聰聰，李 崇

(科之杰新材料集團有限公司，福建 廈門 361000)

近年來，隨著國家海洋資源的開發(fā)利用，配套的海工構(gòu)筑物建設(shè)逐年增加，海工構(gòu)筑物由于長期處于暴露在惡劣的海洋環(huán)境下，其耐久性是工程界的關(guān)注重點[1-3]。除此之外，海工混凝土的工程量一般較大，對其工作性能要求也較高，高性能聚羧酸減水劑的采用是海工混凝土獲得良好工作性的重要保證。聚羧酸系減水劑具有高減水、低摻量、低坍損和環(huán)保等優(yōu)點，是目前使用最廣泛的一類減水劑。然而在當(dāng)前水泥、砂石等原材料波動情況下，聚羧酸減水劑在海工混凝土中的應(yīng)用仍然存在一些難點，減水劑較敏感，箱梁等大體積混凝土的水化熱較高，易引起墩身裂縫等[4-6]。寧波舟山港主通道位于浙江省舟山群島中部，全長36.78 km，建成后將與甬舟高速相連接，使舟山連島工程總建設(shè)里程達(dá)86.68 km，跨越八個島嶼，擁有十座大橋，建成之后將成為世界最長的連島高速公路和世界規(guī)模最大的跨海橋梁群。本文以寧波舟山港非通航孔橋70 m跨徑橋梁的墩身和箱梁的預(yù)制為例，分析了聚羧酸減水劑在海工混凝土中起到的作用，并闡述了聚羧酸減水劑在適配和施工過程中的注意事項。

1 試驗

1.1 試驗用原材料

水泥：寧海強蛟海螺水泥有限公司 P·II 52.5 級水泥，強度富余系數(shù)1.10，其物理性能見表1。

粉煤灰: 中國國電集團諫壁發(fā)電廠I級粉煤灰，淺灰色、無結(jié)塊，其物理性能見表2。

礦粉: 張家港恒昌新型建筑有限公司S95礦粉，其物理性能見表3。

表1 水泥物理性能

表2 粉煤灰物理性能

表3 礦粉物理性能

砂：江西贛江河砂，細(xì)度模數(shù)2.78，表觀密度2600 kg/m3，堆積密度1510 kg/m3，含泥量0.8%，空隙率42%。

石：寧波北侖碎石，粒徑5～25 mm連續(xù)級配，表觀密度2651 kg/m3，堆積密度1540 kg/m3，含泥量0.3%，空隙率42%，吸水率1.02%。

外加劑：科之杰新材料集團有限公司生產(chǎn)的Point-TBS聚羧酸減水劑，減水率30%，含氣量2.5%，壓力泌水率30%。Point-AF阻銹劑，摻量為膠凝材料的4%。

1.2 混凝土配合比

依據(jù)橋梁的墩身和箱梁所處環(huán)境侵蝕情況不同，以寧波舟山港非通航孔橋70 m跨徑橋梁的墩身和箱梁的預(yù)制為例，其混凝土的配合比要求較高，需要混凝土的抗離析、和易性較好，故應(yīng)采用坍落度和擴展度雙控制[7]。另由于混凝土體量較大，要求降低水化熱，因此配合比設(shè)計中應(yīng)加大礦物摻和物比例，控制砂率在40%～42%。

預(yù)制墩身、墊石和封錨為C45海工混凝土，位于浪濺區(qū)的預(yù)制墩身為摻阻銹劑的C45海工混凝土，采用坍落度和擴展度雙控制，坍落度要求160～200 mm，擴展度(450±50) mm，總堿含量<1.8 kg/m3，氯離子含量<0.06%，RCM法測84 d抗氯離子滲透性≤2.0×10-12m2/s。預(yù)制箱梁為C55海工混凝土，坍落度要求180～220 mm，總堿含量<1.8 kg/m3，氯離子含量<0.06%，RCM法測84d抗氯離子滲透性為≤1.5×10-12m2/s。具體的配合比設(shè)計方案見表4。

表4 不同部位海工混凝土配合比 kg/m3

1.3 測試方法

混凝土的力學(xué)性能依照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》進行測試。坍落度、擴展度、含氣量依照 GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行測試。混凝土總堿含量和氯離子含量依照GB/T 176-2008《水泥化學(xué)分析方法》，GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，GB/T 11896-1989《水質(zhì)氯化物的測定硝酸銀滴定法》進行測試。混凝土氯離子擴散系數(shù)依照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(RCM法)進行測試。

2 結(jié)果與討論

初期為了使混凝土保持良好的狀態(tài)，采用和易性較好的減水劑母液，但由于采用水泥的標(biāo)號較高，減水劑比較敏感，導(dǎo)致混凝土的粘性較高，施工不便，后續(xù)加入一些降粘、保坍、引氣組分進行復(fù)配。應(yīng)用復(fù)配后的聚羧酸減水劑，現(xiàn)場生產(chǎn)C45墩身混凝土卸料時狀態(tài)為：坍落度200 mm，擴展度440 mm，含氣量3.3%，滿足施工要求；現(xiàn)場生產(chǎn)C55箱梁混凝土卸料時狀態(tài)：坍落度220 mm，擴展度470 mm，含氣量2.8%，滿足施工要求；混凝土狀態(tài)良好，順利完成澆筑。各部位混凝土力學(xué)性能、耐久性能等見表5和表6。

表5 各部位海工混凝土力學(xué)性能、總堿含量和氯離子含量

表6 各部位海工混凝土氯離子擴散系數(shù) /×10-12m2/s

墩身和箱梁各部位海工混凝土3 d、7 d和28 d實際抗壓強度與配合比設(shè)計的抗壓強度基本吻合，控制較好。其中摻阻銹劑的C45墩身混凝土的各齡期強度均高于未摻阻銹劑墩身混凝土強度。這是由于阻銹劑能通過物理或化學(xué)吸附作用在鋼筋表面成膜(包括鈍化膜、吸附膜、沉淀膜等)，有效隔絕水、氧氣及氯離子等腐蝕介質(zhì)的滲入，此外阻銹劑內(nèi)的某些成分可與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成難溶性的沉淀物，使混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu)更密實，從而延緩鋼筋銹蝕速率，提高混凝土的抗?jié)B性及抗氯離子滲透性能，延長混凝土的服役壽命[8]。各部位海工混凝土的總堿含量和氯離子含量也符合規(guī)范要求。各齡期的氯離子擴散系數(shù)小于規(guī)定要求，具有較高的抗氯鹽侵蝕性能。

澆筑后混凝土有浮漿現(xiàn)象，考慮加水過多導(dǎo)致。混凝土在生產(chǎn)時，一般通過電流大小來預(yù)判混凝土狀態(tài)，從而控制水用量，因此用水量需嚴(yán)格控制。由于夏季施工為了降溫加入冰屑，使混凝土w/c略高，造成墩身浮漿的出現(xiàn)。因此在滿足施工情況下擴展度應(yīng)盡量控制小一些，減少浮漿的出現(xiàn)。

具體施工控制措施有以下幾點：(1)混凝土的澆筑對混凝土的質(zhì)量有很大的影響，在施工過程中，特別注意：調(diào)度的協(xié)調(diào)，保證混凝土不壓車，施工順暢；(2)模板的穩(wěn)定性，保持模板不走動，防止跑漿漏漿；(3)采用插入式人工振搗的方式，振動棒宜快插慢拔，垂直方式振動，振搗時間控制在20～30 s。多層澆筑振搗時，插入深度要插入前一次澆筑層下50 mm；振搗應(yīng)連續(xù)，均勻。離模板在合適的位置，不要過振，要求有效控制浮漿；(4)混凝土的收面采用二次收面的方式確保箱梁側(cè)面表觀良好，拆模后預(yù)制墩身有效控制浮漿問題，達(dá)到預(yù)期效果，墩身表觀良好。

在施工過后C55箱梁側(cè)面表觀良好，無麻面，氣泡較少。

3 結(jié)語

聚羧酸高性能減水劑是配制海工混凝土的主要組成材料，對海工混凝土性能尤其是和易性、耐久性能等有重要影響。海工混凝土耐久性等方面的研究與應(yīng)用能帶來巨大的經(jīng)濟效益，提高海工混凝土的耐久性是混凝土發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)然實際施工過程中，常常出現(xiàn)減水劑不能滿足要求，需要對聚羧酸減水劑進行復(fù)配以滿足對不同部位海工混凝土施工性能需求，因此工程技術(shù)人員應(yīng)正確面對聚羧酸系減水劑在應(yīng)用中出現(xiàn)技術(shù)的問題，從減水劑復(fù)配、嚴(yán)格施工工藝等多方面入手，認(rèn)真反思和總結(jié)，將聚羧酸減水劑等外加劑的作用發(fā)揮至最大。