聚羧酸系A(chǔ)DVA高效減水劑在杭州灣跨海大橋中的應(yīng)用
2006-09-14 00:00
摘要：ADVA高效減水劑具有摻量低（0.4%－1.2%）,減水率高（25%－40%）與大摻量粉煤灰，礦粉復(fù)摻，混凝土拌和物工作性好。配制的高性能海工混凝土具有Cl－擴散系數(shù)小，收縮值低，混凝土水化溫升平緩，滿足“海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范”及“杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范”技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞：聚羧酸鹽系，高性能混凝土，抗氯離子滲透，跨海大橋
關(guān)鍵詞：聚羧酸鹽系，高性能混凝土，抗氯離子滲透，跨海大橋
一、 前言：
目前世界上在建的最長的跨海大橋——杭州灣跨海大橋，北起乍浦港跨越東海杭州灣寬闊海面于南岸灘涂，止于慈溪水路灣，全長36公里，其中橋長35.67公里，雙向6車道高速公路，橋?qū)?3米。大橋除南北二個航道的主跨斜拉橋采用鋼箱梁斜拉橋外，其余35公里大橋采用30米至70米不等的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，整座大橋采用混凝土樁基，混凝土墩身，混凝土量達240萬立米。外?；炷翗蛄菏芎Ｉ巷L(fēng)、浪、鹽等海洋性氣候因素影響，受海水中氯離子侵入，引起鋼筋腐蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的危險，已得到杭州灣跨海大橋工程指揮部重視。提出了應(yīng)采用水膠比低，強度高，Cl－擴散系數(shù)小，耐久性好的高性能混凝土的技術(shù)要求。其中選用與水泥匹配的優(yōu)質(zhì)混凝土高效減水劑，阻銹劑成為材料的關(guān)鍵。經(jīng)多次比較試用，最終，在大橋的海工基樁、墩身，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁三個標(biāo)段中全面選用美國獨資的格雷斯中國有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類ADVA152、ADVA180，以及阻銹劑DCI- S。
經(jīng)一年來在大橋工程的基樁、墩身及連續(xù)箱梁中的實際施工應(yīng)用，ADVA混凝土的工作性、力學(xué)性能、Cl－滲透性及其他性能都達到設(shè)計及施工要求，取得滿意的使用效果。
目前世界上在建的最長的跨海大橋——杭州灣跨海大橋，北起乍浦港跨越東海杭州灣寬闊海面于南岸灘涂，止于慈溪水路灣，全長36公里，其中橋長35.67公里，雙向6車道高速公路，橋?qū)?3米。大橋除南北二個航道的主跨斜拉橋采用鋼箱梁斜拉橋外，其余35公里大橋采用30米至70米不等的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，整座大橋采用混凝土樁基，混凝土墩身，混凝土量達240萬立米。外?；炷翗蛄菏芎Ｉ巷L(fēng)、浪、鹽等海洋性氣候因素影響，受海水中氯離子侵入，引起鋼筋腐蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的危險，已得到杭州灣跨海大橋工程指揮部重視。提出了應(yīng)采用水膠比低，強度高，Cl－擴散系數(shù)小，耐久性好的高性能混凝土的技術(shù)要求。其中選用與水泥匹配的優(yōu)質(zhì)混凝土高效減水劑，阻銹劑成為材料的關(guān)鍵。經(jīng)多次比較試用，最終，在大橋的海工基樁、墩身，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁三個標(biāo)段中全面選用美國獨資的格雷斯中國有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類ADVA152、ADVA180，以及阻銹劑DCI- S。
經(jīng)一年來在大橋工程的基樁、墩身及連續(xù)箱梁中的實際施工應(yīng)用，ADVA混凝土的工作性、力學(xué)性能、Cl－滲透性及其他性能都達到設(shè)計及施工要求，取得滿意的使用效果。
二、 ADVA高效減水劑
ADVA高效減水劑是格雷斯公司研究與開發(fā)的新型高效減水劑。它以聚羧酸系為基料，其合成工藝新穎、配方獨特。減水劑具有摻量?。?.4%－1.2%），減水率高（25%－40%），坍落度損失小，收縮、徐變值低，耐久性高等優(yōu)點。性能詳見表－1。
ADVA152、ADVA180性能檢測 表－1
ADVA高效減水劑是格雷斯公司研究與開發(fā)的新型高效減水劑。它以聚羧酸系為基料，其合成工藝新穎、配方獨特。減水劑具有摻量?。?.4%－1.2%），減水率高（25%－40%），坍落度損失小，收縮、徐變值低，耐久性高等優(yōu)點。性能詳見表－1。
ADVA152、ADVA180性能檢測 表－1
|
試驗項目 |
性能指標(biāo) |
試驗結(jié)果 | ||
|
ADVA152 |
ADVA180 | |||
|
減水率，％ |
≥10 |
27 |
28 | |
|
泌水率比，％ |
≤95 |
30 |
27 | |
|
含氣量，％ |
≤4.0 |
2.5 |
3.0 | |
|
凝結(jié)時間差，
min |
初凝 |
－90～＋120 |
+80 |
+105 |
|
終凝 |
－90～＋120 |
+90 |
+110 | |
|
抗壓強度比，
％ |
1d |
≥130 |
180 |
185 |
|
3d |
≥120 |
175 |
170 | |
|
7d |
≥115 |
160 |
165 | |
|
28d |
≥110 |
144 |
154 | |
|
收縮率比，％ |
≤135 |
110 |
110 | |
|
對鋼筋銹蝕作用 |
對鋼筋無銹蝕危害 |
對鋼筋無銹蝕危害 |
對鋼筋無銹蝕危害 | |
備注：1、ADVA152固體含量：22％，密度：1.07％，PH值：7，氯離子含量：0.02％，堿含量：1.5%
ADVA180固體含量：41.5%，密度：1.127%，PH值：7.1，氯離子含量：0.02%，堿含量：1.58%
2、檢測按國標(biāo)GB8076-1997 ，ADVA152摻量C×1.1%，ADVA180摻量C×0.65%
上海市建筑科學(xué)院曾收集了國內(nèi)外一些聚羧酸鹽系列高效減水劑品種，進行性能對比試驗，其結(jié)果得出格雷斯公司生產(chǎn)的ADVA高效減水劑的性能值標(biāo)在同類產(chǎn)品中出類拔萃。
ADVA180固體含量：41.5%，密度：1.127%，PH值：7.1，氯離子含量：0.02%，堿含量：1.58%
2、檢測按國標(biāo)GB8076-1997 ，ADVA152摻量C×1.1%，ADVA180摻量C×0.65%
上海市建筑科學(xué)院曾收集了國內(nèi)外一些聚羧酸鹽系列高效減水劑品種，進行性能對比試驗，其結(jié)果得出格雷斯公司生產(chǎn)的ADVA高效減水劑的性能值標(biāo)在同類產(chǎn)品中出類拔萃。
幾種聚羧酸減水劑性能比較（摘自上海市建筑研究院專題研究報告） 表－2
|
品牌 |
折固摻量（％） |
減水率（％） |
1h坍損（mm） |
28d強度比（％） |
和易性 |
|
進口（S） |
0.17 |
27 |
50 |
128 |
好 |
|
進口（P） |
0.18 |
28 |
25 |
122 |
好 |
|
ADVA |
0.18 |
33 |
20 |
133 |
好 |
|
國產(chǎn)（X） |
0.19 |
30 |
50 |
135 |
好 |
|
萘系 |
0.70 |
22 |
100 |
126 |
較差 |
三、 ADVA高性能混凝土性能
杭州灣跨海大橋位于我國東部沿海地區(qū)——杭州灣為世界三大強潮海灣之一，居典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，濕潤多雨。特別是海水中含鹽量范圍變化在1%－3.2%的惡劣腐蝕環(huán)境，會造對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重腐蝕。必須采取有效防腐措施，提高各種原材料及混凝土性能，以確保杭州灣跨海大橋結(jié)構(gòu)100年的使用壽命。
交通部曾于2000年編制發(fā)布了《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ275－2000）。提出了海港工程中選用高性能混凝土（HPC）的要求是：它具有高耐久性、高體積穩(wěn)定性，良好的工作性和較高強度，特別是它的高抗氯離子滲透性，從而根本上，顯著提高混凝土本身的護筋性能。經(jīng)工程證實，HPC可用混凝土的常規(guī)材料與施工工藝，以嚴(yán)格材料選擇，配合質(zhì)量控制，經(jīng)濟可靠的建造高耐久性海港工程混凝土結(jié)構(gòu)。要達到這一技術(shù)要求-－配制高性能混凝土，根據(jù)國內(nèi)外資料，是通過采用優(yōu)質(zhì)高效減水劑和摻入活性摻合料來降低水膠比的辦法獲取的。因為當(dāng)水膠比較小時，一部分水泥不能發(fā)生水化反應(yīng)，只能起填充作用。摻入活性摻合料后，就可置換部分水泥，這些摻合料與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生二次反應(yīng)，生成的凝膠充填在混凝土內(nèi)的空隙中，從而有效的減小混凝土的空隙率，改善孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實度，提高混凝土的電阻率，降低氯離子擴散系數(shù)。此時，ADVA聚羧酸減水劑的優(yōu)異性能，確保了杭州灣跨海大橋使用的混凝土，在摻合料摻量占膠凝材料50－60％、水膠比0.30－0.35：用水量僅僅135－155kg/m3的條件下，仍具有良好混凝土材料性能及施工性。
同時，為了確保受海水波濤反復(fù)沖濺、浸泡的大橋墩身的混凝土使用期限達到100年，混凝土還需摻入DCI-S。DCI-S防腐蝕劑是以化學(xué)機理防止混凝土中鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋受到氯離子的腐蝕作用。鋼筋混凝土在海水中，氧氣、水及電解質(zhì)同時存在時，會使鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕，造成鋼筋產(chǎn)生鐵銹。而DCI-S防腐蝕劑摻入鋼筋混凝土后，DCI-S中有效成分會與混凝土中的鋼筋析出的鐵離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層防止氯鹽類侵蝕的保護層，從而使鋼筋在受氯離子侵蝕時，發(fā)生腐蝕的氯離子濃度起點明顯提高。試驗已證實：每立方米混凝土中摻入DCI-S防腐蝕劑10－25L/m3，可使鋼筋開始發(fā)生腐蝕的氯離子濃度提高3－9倍。（見下表）
DCI-S用量表
|
DCI-S（30％溶液）（L/cu.m.） |
氯離子保護（kg/cu.m.，鋼筋） |
|
0 |
1.0 |
|
10 |
3.6 |
|
15 |
5.9 |
|
20 |
7.7 |
|
25 |
8.9 |
由于發(fā)生鋼筋腐蝕需要的氯離子濃度提高，使大橋墩身發(fā)生鋼筋銹蝕的時間推遲，即使大橋的使用壽命延長。
四、 工程應(yīng)用
1、 海工樁基中應(yīng)用
杭州灣跨海大橋某合同段下部結(jié)構(gòu)——海工樁基
（1） 混凝土配合比設(shè)計目標(biāo)：坍落度180－220mm，C30鉆孔灌注樁
（2） 混凝土材料：
水泥： 浙江長興三獅牌PⅡ42.5硅酸鹽水泥
礦粉： 福建閩新礦粉
粉煤灰： 寧波北侖Ⅱ級磨細(xì)低鈣粉煤灰
砂： 福建閩江砂，中砂（細(xì)度模數(shù)2.8）
石子： 浙江余姚新華5－10mm占20％，10－25mm占80％
外加劑： 格雷斯ADVA180高效減水劑
（3） 混凝土配合比（kg/m3）
|
編號 |
水 |
水泥 |
礦粉 |
粉煤灰 |
砂 |
石子 |
外加劑 |
|
H-68 |
153 |
160 |
80 |
180 |
715 |
1055 |
ADVA180
2.7 |
（4） 混凝土性能
|
坍落度/擴散度（mm） |
含氣量（％） |
凝結(jié)時間 |
抗裂性能 |
28d抗壓強度Mpa |
84d Cl－擴散系數(shù)
（10－12m2/s） |
氯離子含量（％） | |||
|
出機 |
1h |
2h |
初凝 |
終凝 | |||||
|
220/600 |
220/600 |
210/530 |
2.3 |
18:45 |
23:30 |
良好 |
48.3 |
1.7 |
0.03 |
2、 大橋墩身、承臺中應(yīng)用
杭州灣跨海大橋某合同段，按“杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ眉夹g(shù)規(guī)范”的要求，海工混凝土中尚須采取摻入阻銹劑的長效防腐蝕措施。經(jīng)反復(fù)試驗，選用了格雷斯DCI-S阻銹劑（摻量：20kg/m3）
（1） 混凝土配合比設(shè)計要求：坍落度160－200mm，水膠比≤0.35，強度：C40
氯離子擴散系數(shù)≤1.5×10－12m2/s，摻入混凝土阻銹劑。
（2） 混凝土材料：
水泥： 安徽寧國海螺PⅡ42.5硅酸鹽水泥,礦粉：上海寶田S95
粉煤灰： 江蘇鎮(zhèn)江蘇源牌Ⅰ級灰
砂： 福建閩江中砂（細(xì)度模數(shù)2.60－2.80）
石子： 浙江余姚市新華第一采石場生產(chǎn)的碎石：5mm－25mm
外加劑： 格雷斯ADVA152，格雷斯DCI-S阻銹劑
（3） C40混凝土配合比
|
編號 |
水 |
水泥 |
礦粉 |
粉煤灰 |
砂 |
石子 |
ADVA152
(超塑化劑) |
DCI-S
阻銹劑 |
|
A |
152 |
191 |
144 |
144 |
760 |
1007 |
4.79 |
20 |
|
B |
135 |
164 |
82 |
164 |
792 |
1050 |
4.10 |
20 |
（4） C40混凝土性能
|
編號 |
坍落度（mm） |
含氣量
（％） |
抗壓強度（Mpa） |
氯離子擴散系數(shù) | ||
|
3d |
7d |
28d |
m2/s | |||
|
A |
180 |
4.0 |
- |
34.7 |
54.9 |
≤1.5×10－12 |
|
B |
210 |
5.0 |
27.3 |
40.3 |
54.6 |
≤1.5×10－12 |
3、 預(yù)制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁
（1） 配合比設(shè)計目標(biāo)：
根據(jù)“杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范”的規(guī)定及箱梁施工工藝要求，預(yù)制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的主要技術(shù)要求：
① 水膠比≤0.33,坍落度：180±20mm、強度：C50
② 混凝土最低膠凝材料用量450kg/m3，最高不超過500 kg/m3
③ 12W氯離子擴散系數(shù)≤1.5×10－12m2/s
④ 混凝土拌和物流動度及粘度適宜，可泵性與施工性良好
⑤ 為滿足施工需要，14天彈模和強度達到設(shè)計值要求
（2） 原材料
與海工樁基合同段相同
（3） 混凝土配合比（kg/m3）
|
編號 |
水 |
水泥 |
礦粉 |
粉煤灰 |
砂 |
石子 |
外加劑 |
|
X001 |
152 |
240 |
168 |
72 |
678 |
1107 |
ADVA152
5.76 |
（4） 混凝土性能
① 拌和物性能
|
編號 |
坍落度/擴散度 |
含氣量（％） |
凝結(jié)時間 |
抗裂性能 |
壓力泌水率 |
Cl- 含量（％） | |||
|
出機 |
30min |
60min |
初凝 |
終凝 | |||||
|
X001 |
190/530 |
190/520 |
185/520 |
2.1 |
14:25 |
24:40 |
良好 |
25.9 |
0.005 |
② 硬化混凝土性能
|
編號 |
抗壓強度（MPa） |
彈模（×104Mpa） |
Cl－擴散系數(shù) |
收縮值
×10－4 | ||||||
|
3d |
14d |
28d |
56d |
14d |
28d |
4W |
8W |
12W | ||
|
X001 |
33.3 |
53.4 |
60.9 |
65.5 |
3.58 |
3.98 |
2.57 |
1.34 |
-- |
2.43 |
五、 結(jié)語
聚羧酸鹽ADVA高效減水劑已成功應(yīng)用在杭盧奕君、甘霖、江加標(biāo)、朱新偉、劉斌、程嵐州灣跨海大橋海工樁基、墩身、承臺以及連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土等各個部位。經(jīng)大量試驗工作及施工實踐證明：
（1） ADVA高效減水劑具有摻量低0.4－1.2%（膠凝材料計），減水率高25－40％，坍落度保持性好，特別是與大摻量粉煤灰、礦粉復(fù)合使用時，低水膠比的混凝土拌和物工作性優(yōu)于萘系減水劑混凝土。
（2） 采用ADVA高效減水劑配制高性能海工混凝土具有強度高、氯離子擴散系數(shù)小、收縮值低、混凝土水化溫升平緩等性能，滿足杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范對高性能混凝土的技術(shù)要求。
（3） 采用高效減水劑ADVA與阻銹劑DCI-S復(fù)合使用，以確保受海水反復(fù)沖濺的杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)100年的使用壽命。
聚羧酸鹽ADVA高效減水劑已成功應(yīng)用在杭盧奕君、甘霖、江加標(biāo)、朱新偉、劉斌、程嵐州灣跨海大橋海工樁基、墩身、承臺以及連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土等各個部位。經(jīng)大量試驗工作及施工實踐證明：
（1） ADVA高效減水劑具有摻量低0.4－1.2%（膠凝材料計），減水率高25－40％，坍落度保持性好，特別是與大摻量粉煤灰、礦粉復(fù)合使用時，低水膠比的混凝土拌和物工作性優(yōu)于萘系減水劑混凝土。
（2） 采用ADVA高效減水劑配制高性能海工混凝土具有強度高、氯離子擴散系數(shù)小、收縮值低、混凝土水化溫升平緩等性能，滿足杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范對高性能混凝土的技術(shù)要求。
（3） 采用高效減水劑ADVA與阻銹劑DCI-S復(fù)合使用，以確保受海水反復(fù)沖濺的杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)100年的使用壽命。
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