摘要  舉例敘述聚羧酸系高效減水劑在地鐵及C50箱梁中的應(yīng)用，通過混凝土耐久性的研究和檢驗，證實聚羧酸系高效減水劑配制混凝土具有優(yōu)良的耐久性和抗凍性能

　　關(guān)鍵詞 聚羧酸系高效減水劑  耐久性

　　1、前言
   
　　20世紀(jì)八十年代早期，誕生了新一代的聚羧酸系高效減水劑，可以適應(yīng)于預(yù)制混凝土和預(yù)拌混凝土。我國聚羧酸系高效減水劑的研究始于二十世紀(jì)90年代中期，其工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用于21世紀(jì)初期。中國上海市建筑科學(xué)研究院首先研制成聚羧酸高效減水劑，成功用于上海磁懸浮鐵路高精度軌道梁的制作和東海大橋海工混凝土及洋山深水港集裝箱道堆混凝土。近年來，中國的建設(shè)規(guī)模不斷擴大，各種重點、重大基礎(chǔ)設(shè)施、超高層建筑、高速鐵路、高速公路、地鐵車站、核電站、杭州灣跨海大橋等，對混凝土的施工性能和綜合性能要求越來越高。傳統(tǒng)的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑和萘系高效減水劑由于技術(shù)的局限性已不能滿足現(xiàn)代工程需要。所以第三代聚羧酸系高效減水劑，其摻量低、減水率高、坍落度保持能力好、對混凝土增強效果顯著，能降低混凝土收縮，生產(chǎn)過程無廢棄物，是一種能符合“環(huán)保、節(jié)能、降耗“新理念的高效減水劑，聚羧酸系高效減水劑賦予混凝土有出色的施工和易性，良好的強度發(fā)展和優(yōu)異的耐久性，因此聚羧酸系高效減水劑是配制高性能混凝土和高耐久性混凝土的首選外加劑。

　　2、SPS-8P-1聚羧酸系高效泵送劑配制地鐵車站結(jié)構(gòu)商品泵送混凝土和耐久性研究及工程應(yīng)用。

　　2.1、表1 地鐵車站結(jié)構(gòu)混凝土配制要求和耐久性檢驗參考指標(biāo)

結(jié)構(gòu)部位		最大水膠比	最小膠凝材料用量kg/m3	最大膠凝材料用量kg/m3	抗?jié)B性能 抗?jié)B指標(biāo)	砼耐久性		抗裂性能 抗裂等級
						電通量C	氯離子擴散系數(shù) ×10-12m2/s
車站結(jié)構(gòu)	地下連續(xù)墻	0.5	400	/	≥P8	≤2000	≤1.8	II
	頂板、底板	0.45	360	420		≤2000	≤1.8	I
	襯側(cè)墻	0.45	360	420		≤2000	≤1.8	I
	柱、梁	0.43	380	450		/	≤1.8	II

　　混凝土性能

混凝土強度等級	水膠比	礦物摻合料	出機坍落度mm
C30	＜0.45	30~50%	120±30
C40	＜0.45	30~50%	180±30
地下連澆墻C30	＜0.50	30~50%	200±30

　　2.2、以上海象牌PO42.5，SPS-8P-1聚羧酸系高效水劑配制地鐵車站結(jié)構(gòu)混凝土及耐久性檢驗結(jié)果。

　　表2 地鐵地鐵結(jié)構(gòu)混凝土配合比論證試驗及耐久性檢驗（1）

試驗 編號	強度 等級	使用 部位	膠凝材料總量kg/m3	水膠比	礦物摻合料（%）	每立方米砼材料用量（kg）
						W	C	SL	F	S	G	SPS-8P-1摻量%
YH-106	C30	結(jié)構(gòu)	384	0.45	50	173	192	115	77	765	1013	5.76 （1.5%）
YH-107	C30	結(jié)構(gòu)	385	0.45	60	173	154	135	96	760	1008	5.78（1.5%）
YH-110	C40	結(jié)構(gòu)	405	0.42	60	170	162	142	101	757	1025	5.26 （1.3%）
YH-111	C40	結(jié)構(gòu)	404	0.42	50	170	202	121	81	761	1030	5.25 （1.3%）
YH-114	C35	槽壁地下墻	389	0.45	50	175	194	117	78	753	1040	6.22 （1.6%）

　　表2 （2）

試驗編號	出機坍落度 mm	抗壓強度Mpa			混凝土耐久性檢驗結(jié)果
		R3	R7	R28	抗?jié)B性能指標(biāo)檢驗值	電通量指標(biāo)值檢驗值
YH-106	160	18.8/62	22.1/74	34.5/115	≥P8 P10	≤2000 1149
YH-107	190	13.9/46	18.4/61	32.5/108	≥P8 P10	≤2000 620
YH-110	165	22.4/56	26.7/66	43.8/110	≥P8 P10	≤2000 567
YH-111	155	23.0/58	27.2/68	45.7/114	≥P8 P10	≤2000 843
YH-114	220	21.6/62	26.9/76	38.1/109	≥P8 P10	≤2000 630

　　注：（1）水泥PO42.5上海水泥廠（象牌）
　?。?）S95礦粉  上海寶田
　?。?）II級粉煤灰 上海環(huán)能粉煤灰有限公司
　?。?）中砂uf為2.3；泥塊含量1%；表觀密度2630kg/m3，緊密密度1480 kg/m3。按JGJ52-92屬III區(qū)中砂
　?。?）碎石5-25mm連續(xù)級配碎石，表觀密度2710 kg/m3，壓碎指標(biāo)值為5%，針片狀顆料含量8.7%，含泥量0.7%，泥塊含量為0.9%，基本符合JGJ53-92標(biāo)準(zhǔn)。 [Page]

　　2.3、以上海聯(lián)合PO42.5水泥，以SPS-8P-1聚羧酸系高效泵送劑配制地下墻（C30水下）混凝土。

　　表3 C30水下砼配合比及強度（1）

膠凝材料總量kg/m3	水膠比 %	礦物取代物%	每立方料砼材料用量（kg）
			W	C	S95	F	S	G	SPS-8P-1
405	0.37	60	150	160	85	160	735	1055	6.0 （1.5%）
405	0.37	60	150	160	85	160	735	1055	6.0（1.5%）

　　表3（2）

出機坍落度/ 擴展度（mm）	半小時坍落度/ 擴展度（mm）	一小時坍落度 （mm）	抗壓強度（Mpa）
			3d	7d	28d
200	200	200	15.5/44	276/79	43.0/122
215/480×500	210/360×340	200	15.6/44	28.3/80	43.6/124

　　SPS-8P-1聚羧酸系高效送劑已在上海地鐵11號線用于C30、P10底板工程500m3,出機坍落度控制在140±30mm。拌站反映混凝土和易性好，保坍性好，混凝土強度及耐久性均符合設(shè)計的要求。

　　3、聚羧酸高效減水劑在客運專線箱梁C50預(yù)應(yīng)力混凝土中應(yīng)用

　　客運專線C50箱梁（預(yù)應(yīng)力混凝土）預(yù)制梁采用高性能混凝土技術(shù)，因此高性能混凝土的配合比是生產(chǎn)C50預(yù)制梁的關(guān)鍵，除滿足施工強度要求外，還必須滿足高性能混凝土耐久性的要求，包括抗裂、抗凍融、抗?jié)B、抗氯離子、電通量等，要引入一定的含氣量，保證混凝土的密實性，必須滿足泵送混凝土的要求，坍落度的經(jīng)時損失要小，不離析泌水，保證混凝土內(nèi)在質(zhì)量和外觀美的要求。
　　3.1、對配制C50預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁的混凝土要求：
　　3.1.1、C50箱梁混凝土膠凝材料總量不超過500 kg/m3’
　　3.1.2、使用環(huán)境及要求：T2環(huán)境，設(shè)計年限為100年；
　　3.1.3、最大水膠比不應(yīng)超過0.35；
　　3.1.4、各種材料帶入的堿含量和不大于3.0 kg/m3；
　　3.1.5、各種材料帶入的氯離子總量不大于膠凝材料總量的0.06%；
　　3.1.6、電通量要求小于1000C。
　　3.2、C50混凝土配合比研究
　　通過優(yōu)選水泥、粉煤灰、礦粉、砂、石、外加劑和水進行試配，試驗結(jié)果見表4~表6。

　　表4 C50混凝土配合比

配合比號	容量 kg/m3	材料用量（kg/m3）
		水泥	砂	石	水	灰	S95	W外	水膠比
C50-1	2420	368	690	1079	156	49	73	4.90	0.32
C50-2	2420	390	678	1061	156	52	78	5.20	0.30
C50-3	2420	344	702	1098	156	46	69	4.59	0.34

　　注：采用PO42.5普通硅酸鹽水泥；中砂，細度模數(shù)為2.7~2.8；I級粉煤灰；S95礦粉，5-20mm連續(xù)級配碎石；外加劑為聚羧酸高效減水劑。

　　表5 C50新拌混凝土性能

配合比號	坍落度 mm	擴展度 mm	含氣量 mm	常壓泌水率 %	凝結(jié)時間（小時：分）
					初凝	終凝
C50-1	190-200	520×540	3.1	0	9：35	10：45
C50-2	180-190	510×530	3.2	0	9：45	10：55
C50-3	190-200	530×550	3.0	0	9：25	10：35

　　表5 C50硬化混凝土性能

配合比號	抗壓強度Mpa			彈性摸量Gpa		電通量C	抗裂性
	3d	7d	28d	7d	28d
C50-1	44.5	54.6	66.2	38.1	41.6	＜1000	無裂紋
C50-2	47.7	56.3	68.8	39.2	42.8	＜1000	無裂紋
C50-3	42.2	51.4	62.4	36.5	39.4	＜1000	無裂紋

　　3.3、后張法C50預(yù)制箱梁的工藝要求 [Page]

　　預(yù)制箱梁的鋼模就位后，澆筑混凝土現(xiàn)場由2臺2立方米混凝土拌和機攪拌混凝土，由攪拌運輸車送至現(xiàn)場，通過固定泵和垂直式2臺播料器進行澆搗或用汽車泵（37米）進行澆搗（大約6-8小時）完成用油布復(fù)蓋靜停，梁體進行蒸汽養(yǎng)護試塊進行同條件養(yǎng)護，混凝土強度達到60%左右，可以拆端模，混凝土強度達到80%左右，進行初張拉，移動模架再自然養(yǎng)護，混凝土強度達到100%。進行終張拉接著進行壓漿、封端，最終局部修飾即獲得符合質(zhì)量要求的梁體。

　　4、聚羧酸系高效減水劑配制混凝土耐久性的研究

　　4.1、試驗用的砼材料及配合比

　　采用上海嘉興港輝PO52.5水泥，上海寶田S95礦粉和上海石洞電廠F類II級粉煤灰，中砂，細度模數(shù)為2.6，粗骨料為5-20mm，連續(xù)級配碎石；外加劑分別采用SP406萘系高效減水劑，SPS-8P聚羧酸系緩凝高效減水劑及聚羧酸系SPS-FD抗凍劑和聚羧酸系SPS-8P早強抗凍劑。

　　試驗用混凝土配合比見表7

　　表7 試驗用混凝土配合比

編號	水泥	礦粉	粉煤灰	砂	石	水	外加劑、型號		水膠比
GN	180	108	72	857	1183	164	5.40	SP406	0.46
HN	180	108	72	857	1183	164	3.60	SPS-8P	0.46
FD	180	108	72	857	1183	166	9.00	SPS-FD	0.46
RD	180	108	72	857	1183	156	7.20	SPS-8P	0.43

　　4.2、試驗方法
   
　　新拌混凝土性能采用混凝土坍落度指標(biāo)，試驗方法參照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)。

   　混凝土抗壓強度試驗參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)。

   　混凝土抗?jié)B透性能采用混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)等兩個技術(shù)指標(biāo)表征。試驗參照JTJ275-2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》附錄B，混凝土抗氯離子滲透性能參照NTBUILD443《硬化混凝土抗氯離子滲透測試方法標(biāo)準(zhǔn)》。

　　混凝土抗凍性能采用質(zhì)量損失不大于5%，相對動彈性模量不小于60%時的凍融循環(huán)次數(shù)表示，凍融循環(huán)次數(shù)越大，則混凝土抵抗凍融的能力越強。

　　4.3、試驗結(jié)果

　　4.3.1 表7 各系列混凝土性能測試結(jié)果

編號	坍落度	抗壓強度Mpa			電通量		氯離子擴散系數(shù) ×10-12m2/s	凍融循環(huán)次數(shù)
		3d	28d	60d	28d	60d
GN	150	32.2	50.4	60.4	1433	693	1.77	300
HN	155	34.5	52.4	61.3	1354	506	1.69	350
FD	150	35.6	51.8	63.0	1311	633	1.72	600
RD	170	36.1	46.7	57.3	1367	522	1.84	700

[Page]
　　4.3.2 表8 各系列混凝土的質(zhì)量損失和相對動彈模量比較

凍融循環(huán)次數(shù)	編號	GN	HN	FD	RD
200次	質(zhì)量損失%	2.3	1.5	0.5	0.3
	相對動彈模量%	75.3	82.1	92.8	94.2

　　由表7、8可以看出：聚羧酸系高效減水劑（緩凝型或早強抗凍型、抗凍型）與萘系高效減水劑相比，對新拌混凝土性能、抗壓強度、抗?jié)B透性能等方面無明顯不利影響，但其摻入混凝土中，對混凝土的抗凍性能有明顯的改善，具有良好的抗凍性能，這亦是聚羧酸系高效減水劑的特性之一。

　　5、聚羧酸系高效減水劑在工程應(yīng)用中必須注意的問題

　　5.1、根據(jù)GB50119-2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中“2.1.4”明確規(guī)定：摻外加劑混凝土所用原材料如水泥、砂、石、摻合料、外加劑均應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；試配摻外加劑的混凝土?xí)r，應(yīng)采用工程使用的原材料，檢測項目應(yīng)根據(jù)設(shè)計及施工要求確定，檢測條件與施工條件相同，當(dāng)工程所用原材料和混凝土性能要求發(fā)生變化時，應(yīng)再進行試配試驗。
聚羧酸系高效減水劑的應(yīng)用，僅做檢驗凈漿流動度及砂漿減水率符合要求是不夠嚴(yán)格的，必須試拌混凝土，混凝土的適應(yīng)性成功才算是真正的成功。

　　5.2、聚羧酸系高效減水劑依然存在與水泥適應(yīng)性問題，此外砂、石材料的質(zhì)量以及摻合料如粉煤灰、礦粉等的質(zhì)量等對摻聚羧酸高效減水的混凝土性能有一定影響，應(yīng)引起重視。

　　5.3、聚羧酸系高效減水劑的超摻量問題。當(dāng)超量時，會產(chǎn)生離析、泌水、板結(jié)及含氣量過大等不良現(xiàn)象，所以拌制摻聚羧酸系高效減水劑的混凝土?xí)r，其計量設(shè)備和計量精度必須準(zhǔn)確和靈敏。

　　5.4、聚羧酸系高效減水劑嚴(yán)禁與萘系高效減水劑及復(fù)配產(chǎn)品混合應(yīng)用。若混合的話，混凝土拌合物的良好的流動性隨之消失。大大降低混凝土的坍落度和流動性，也直接影響可泵性和混凝土的強度。

　　所以在使用聚羧酸外加劑時，應(yīng)采用單獨的儲存裝置。另有單獨的管道和計量裝置。同一時間，同一生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)時采用同一品種外加劑其它配套設(shè)備（為混凝土攪拌設(shè)備、運輸車輛及泵送設(shè)備）也要相應(yīng)進行清洗。

　　5.5應(yīng)避免聚羧酸高效減水劑與鐵制材料長期接觸

　　由于聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品常呈現(xiàn)酸性與鐵制品長期接觸會發(fā)生緩慢反應(yīng)，甚至使產(chǎn)品色澤變深、變黑，導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，建議采用聚乙烯塑料桶或不銹鋼儲存，才能保證產(chǎn)品儲存的穩(wěn)定性。

　　6、結(jié)語
聚羧酸系高效減水劑是屬于第三代高效減水劑，具有減水率高、流動性好、適應(yīng)性廣、增強、保坍等綜合性能，可以用于預(yù)拌和預(yù)制混凝土，減少混凝土的收縮和提高混凝土的耐久性，節(jié)約水泥，減少環(huán)境污染，使用聚羧酸外加劑能帶來可觀的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，建議全面推廣。這對提高建設(shè)工程質(zhì)量是行之有效的。

　 原作者： 上海申立建材有限公司 吳菊珍 屠潔梅 曹炳根 金川
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）