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        新型聚羧酸系高性能減水劑在青島海灣大橋工程中的應(yīng)用研究

        2010-07-30 02:02:38齊淑芹
        鐵道建筑 2010年4期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)指標羧酸減水劑

        段 彬,齊淑芹

        (1.山東華偉銀凱建材有限公司,山東 淄博 256410;2.淄博魯潤工程管理咨詢有限公司,山東 淄博 255000)

        聚羧酸系高性能減水劑在混凝土施工中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,已成為制備高性能混凝土的關(guān)鍵性材料[1],它具有減水率高、坍落度損失小、綠色和環(huán)保等優(yōu)點[2-4]。隨著“十一五”計劃的全面實施,聚羧酸系高性能減水劑將會在國家的各種基礎(chǔ)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

        1 工程概況

        青島海灣大橋是我國北方地區(qū)首座特大型海上集群工程,是山東省“五縱四橫一環(huán)”公路網(wǎng)主框架的重要組成部分,為青島市交通規(guī)劃中“一路一橋一隧”的組成部分。海灣大橋起始于膠州灣高速李村河大橋北,中間連接紅島,終于黃島經(jīng)濟開發(fā)區(qū)紅石巖,順接在建的青島—萊蕪高速公路。大橋全長26.707 km,主線為雙向六車道,橋梁寬35 m,2010年底通車,為北方地區(qū)最大的海工混凝土橋梁結(jié)構(gòu),設(shè)計使用壽命為100年。

        2 設(shè)計方案及原材料要求

        1)該項工程的重要性是不言而喻的,因此從工程的設(shè)計、原材料的選擇、施工質(zhì)量的要求各方面都是非常高的。灌注樁為C35混凝土,承臺和墩身為C40混凝土、C45混凝土,預(yù)制箱梁為C50混凝土;所有的混凝土結(jié)構(gòu),其質(zhì)量都要達到高性能混凝土的要求,特別是對混凝土的抗收縮性、抗 Cl-滲透、抗?jié)B、抗凍融等耐久性指標以及外觀質(zhì)量提出了很高的要求。以大橋預(yù)制箱梁為例:該箱梁是目前我國最大的預(yù)制混凝土梁之一,單片總長為60 m,梁面寬15 m,后張預(yù)應(yīng)力施工,每架箱梁混凝土用量為870 m3,梁質(zhì)量可達2 200 t。設(shè)計強度C50泵送混凝土,抗凍融300次,電通量值<800 C,混凝土拆模后要求表面無氣泡,外光內(nèi)實,可謂真正意義的高性能混凝土。

        2)原材料選擇 ①砂子:大沽河產(chǎn)河砂,平均細度模數(shù)為2.80,含泥量<1.5%,級配良好;②石子:即墨店集產(chǎn)5~20 mm連續(xù)級配的碎石,含泥量 <0.5%,堅固性、級配滿足要求;③粉煤灰為電廠Ⅰ級灰,技術(shù)指標如表1。④礦粉為青島產(chǎn) S95級磨細礦渣粉,技術(shù)指標如表2。⑤水泥為山鋁P.I52.5水泥,技術(shù)指標如表3。⑥外加劑:山東華偉銀凱建材有限公司產(chǎn)NOF-AS聚羧酸系高性能減水劑,技術(shù)指標達到GB8076—1997和JG223—2007一等品要求。

        表1 工程用粉煤灰主要技術(shù)指標 %

        表2 工程用礦渣粉主要技術(shù)指標

        表3 工程用水泥主要技術(shù)指標

        3 混凝土試驗研究

        1)混凝土配合比的優(yōu)化

        大橋箱梁C50泵送混凝土配合比:針對各種原材料的情況,經(jīng)過大量的試配試驗,最終優(yōu)選為兩個配合比方案(見表4)。

        表4 大橋箱梁混凝土配合比 kg/m3

        2)不同種類聚羧酸系高性能減水劑對混凝土性能的影響

        首先,針對不同的膠凝材料和混凝土配合比,聚羧酸系高性能減水劑的摻加量不同,其對新拌混凝土的性能及其力學(xué)性能的影響也是非常顯著的。為了便于選擇最佳的聚羧酸產(chǎn)品種類,對配合比①、配合比②進行了反復(fù)的驗證后,最終確定聚羧酸系高性能減水劑(NOF-AS)的最佳摻量范圍為膠凝材料總量的(0.30±0.02)%(以折固量計)。試驗選擇了四種類型的聚羧酸系高性能減水劑:ZL(酯類品種)、ML(醚類品種)、ZML(酯醚類)和ZMX(酯醚酰胺類),在同摻量下(減水劑摻量為0.30%,以膠凝材料總量計)對混凝土的性能進行驗證,見表5。

        表5 不同聚羧酸系高性能減水劑品種對混凝土性能的影響

        表5試驗數(shù)據(jù)說明,ZMX類聚羧酸系高性能減水劑具有最佳的綜合性能,最終選擇ZMX類,即酯醚酰胺復(fù)合類聚羧酸系高性能減水劑為工程用減水劑產(chǎn)品。經(jīng)驗證兩個配合比均能滿足設(shè)計要求,并通過了監(jiān)理驗證審批。

        3)含氣量對混凝土性能的影響

        新拌混凝土適當(dāng)?shù)暮瑲饬磕芨纳苹炷恋暮鸵仔?,提高混凝土的可泵?但對于≥C50的混凝土,若含氣量>4.0%,則影響混凝土的后期強度、收縮率比、電通量指標和保塑性(見表6)。

        表6 含氣量對混凝土性能的影響(配合比①)

        通過試驗可以得出結(jié)論:對于C50箱梁泵送混凝土的最佳含氣量范圍為2.5% ~3.0%,可通過調(diào)整減水劑的組分結(jié)構(gòu)可達到此目的。

        4)新型(ZMX)聚羧酸系高性能減水劑的技術(shù)指標(見表7)

        表7 ZMX聚羧酸高性能減水劑的主要技術(shù)指標

        4 應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及解決方案

        青島海灣大橋建設(shè)工期為三年,期間各種原材料雖然有嚴格的控制,但不可避免地存在波動,如摻合料、砂和石料不可能保持完全一致;施工過程也經(jīng)歷春、夏、秋、冬四季,氣溫變化在 -7℃ ~30℃。這些因素都會對施工及混凝土的狀態(tài)產(chǎn)生影響,這就需要外加劑產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)具體的情況作出相應(yīng)的調(diào)整,以滿足施工的要求。

        4.1 混凝土含氣量的問題

        1)混凝土的含氣量對其初始狀態(tài)的流動度和擴展度、保塑性能、強度以及耐久性有著明顯的影響。而在減水劑同摻量的條件下,新拌混凝土的含氣量會隨著膠凝材料(尤其是摻合料)的變化而發(fā)生明顯的改變。因此,在施工和澆筑混凝土過程中要密切關(guān)注混凝土含氣量的變化,根據(jù)實測數(shù)據(jù)隨時調(diào)整減水劑的引氣組分。

        2)解決方案:每次開盤、每澆筑40 m3混凝土均須測定混凝土的坍落度和含氣量(包括初始含氣量、經(jīng)運輸后泵送前的含氣量、入模含氣量)以掌握混凝土含氣量的變化。

        聚羧酸系減水劑產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中應(yīng)先消除產(chǎn)品本身引入的氣泡,再根據(jù)施工現(xiàn)場的情況,引入適量的穩(wěn)定氣泡。

        4.2 環(huán)境氣溫變化對混凝土保塑性和可泵性的影響

        1)隨著施工環(huán)境溫度和濕度的變化,混凝土的保塑性和可泵性會發(fā)生明顯的變化。氣溫偏低時,混凝土容易出現(xiàn)板結(jié)、泌水、泵送后離析;氣溫偏高時(夏季)由于水分蒸發(fā)較快,容易出現(xiàn)混凝土泵送后失去流動性,混凝土表面初凝后易出現(xiàn)微裂縫。

        2)解決方案:根據(jù)氣溫的變化分為四個區(qū)間:-7℃ ~5℃、>5℃ ~15℃,>15℃ ~25℃,>25℃~35℃。在某個氣溫季節(jié)中,減水劑組分選擇不同的搭配比例進行合成生產(chǎn),然后用現(xiàn)場配合比加以驗證,使其與施工環(huán)境因素相匹配,以確?;炷恋氖┕べ|(zhì)量。

        5 工程應(yīng)用效果

        海灣大橋大型箱梁從施工至今已順利進行了兩年多的時間,數(shù)百架箱梁已經(jīng)驗收并成功安裝到位。整個過程可概括為:原材料嚴格把關(guān),施工過程精心控制,順利地施工和預(yù)期張拉、拆模;外觀質(zhì)量:光亮、無氣泡、色澤均勻;混凝土的各項力學(xué)指標、耐久性指標均完全達到設(shè)計驗收要求。見圖1。

        6 結(jié)束語

        通過對青島海灣大橋特大型預(yù)制箱梁C50泵送混凝土新型高性能減水劑的研究應(yīng)用,可歸納為以下四點:

        1)高性能混凝土的制備應(yīng)對原材料進行嚴格的控制,配合比要進行優(yōu)選;

        圖1 驗收合格箱梁

        2)單一品種的聚羧酸減水劑很難滿足高性能混凝土的特殊要求,應(yīng)采用復(fù)合類的聚羧酸減水劑;

        3)含氣量對混凝土的各種性能的影響非常明顯,應(yīng)根據(jù)具體情況找出最佳含氣量范圍;

        4)關(guān)注施工環(huán)境的溫度、濕度變化,根據(jù)情況調(diào)整減水劑組分進行生產(chǎn)以適應(yīng)變化的施工環(huán)境,確保施工要求。

        [1] 王棟民,熊衛(wèi)峰,左彥峰,等.聚羧酸鹽高性能減水劑的制備、作用機理及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].混凝土,2008(5):64-67.

        [2] 郭延輝,郭京育.聚羧酸系高性能減水劑及其工程應(yīng)用發(fā)展綜述[C]//聚羧酸系高性能減水劑及其工程應(yīng)用研究會議論文,北京:中國鐵道出版社,2007(6):1-9.

        [3] 李崇智,李永德,馮乃謙.聚羧酸鹽系高性能減水劑的研制及其性能[J].混凝土與水泥制品,2002(2):3-6.

        [4] 李崇智,馮乃謙.聚羧酸類高性能減水劑的研究進展[J].化學(xué)建材,2001(6):10-12.

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