王鵬程 胡勝根

1 概述

高性能混凝土是20世紀(jì)80年代末90年代初，日本及歐美一些發(fā)達國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計提出的一種全新概念的混凝土。高性能混凝土名詞出現(xiàn)至今，各個國家的學(xué)者依照各自的認(rèn)識、實踐、應(yīng)用范圍和目的要求的差異，對高性能混凝土有不同的定義和解釋。吳中偉院士對高性能混凝土提出的定義是:高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，它以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)。針對不同用途要求，高性能混凝土對下列性能有重點地予以保證:耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性及經(jīng)濟性。為此，高性能混凝土在配料上的特點是:低水膠比、選用優(yōu)質(zhì)原料，除水泥、水、集料外，還必須摻加足夠數(shù)量的礦物細粉摻合料和高效減水劑。

聚羧酸系高性能減水劑作為第三代減水劑，減水率高，摻量低，保坍性能好，對環(huán)境不造成污染，在高性能混凝土中發(fā)揮了不可替代的作用。近幾年來聚羧酸系高性能減水劑在鐵路、橋梁、水利水電等混凝土工程建設(shè)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展并成功推廣應(yīng)用，并且在自密實混凝土、高強混凝土、高耐久性混凝土、海工混凝土等工程中也開始得到應(yīng)用。

2 聚羧酸高性能減水劑的性能優(yōu)點

聚羧酸高性能減水劑與其他高效減水劑相比，有許多突出的性能優(yōu)點:

1)摻量低、減水率高。摻量通常為膠凝材料的0.5%～1.2%，減水率一般在25%～30%。

2)混凝土拌和物流動性好，坍落度損失小，60 min內(nèi)坍落度基本無損失，且受溫度變化的影響小。

3)具有微引氣作用，拌制的混凝土含氣量一般在2%～4%，可有效提高混凝土的耐久性。

4)總堿含量低，降低了發(fā)生堿骨料反應(yīng)的可能性，提高混凝土的耐久性。

5)具有一定的縮減作用，28 d收縮率較萘系減水劑降低20%以上。

6)由于合成中不使用甲醛，在生產(chǎn)和使用過程中對人體健康無危害，對環(huán)境也不造成污染。

3 工程應(yīng)用實例

1)河南寶泉抽水蓄能電站上水庫副壩工程自密實混凝土。

在河南寶泉抽水蓄能電站上水庫副壩工程混凝土施工過程中，我部采用清華大學(xué)研究的自密實堆石混凝土施工技術(shù)，就是先采用初步篩選的塊石直接入倉，然后澆筑自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動性能，使其填充到堆石的空隙中，形成完整、密實有較高強度的混凝土砌石體。

自密實混凝土具有流動性能好并且不離析的特點，是無需振搗，依靠自重填充密實的一種新型建筑材料。在混凝土坍落度試驗中，自密實混凝土坍落度能夠達到260 mm以上，坍落擴展度能夠達到600 mm以上。當(dāng)然，要達到上述性能指標(biāo)，聚羧酸系高性能減水劑起到了重要作用。

河南寶泉抽水蓄能電站上水庫副壩工程C20自密實混凝土配合比設(shè)計中，采用一級配骨料，粗骨料為5 mm～20 mm粒徑的碎石，細骨料是細度模數(shù)為2.9±0.3的河砂，水泥采用P.O32.5水泥，粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，減水劑使用天津西卡公司生產(chǎn)的Sika Viscocrete TH3410聚羧酸系高性能減水劑。配合比見表1。

表1 C20自密實混凝土理論配合比 kg

自密實混凝土工作性能的檢測方法與常態(tài)混凝土不同，主要采用坍落度、坍落擴展度試驗和V形漏斗試驗進行檢測。通過試驗得到的坍落度、坍落擴展度、V形漏斗通過時間以及28 d強度見表2。

表2 C20自密實混凝土性能檢測結(jié)果

根據(jù)施工配合比拌制的自密實混凝土，流動性能好，結(jié)合自密實堆石混凝土施工技術(shù)，有效提高了施工效率，降低了施工綜合單價。因為摻加了大量的粉煤灰，使自密實混凝土水化溫升大為降低，確保了大體積混凝土施工質(zhì)量。

2)廈深鐵路廣東段7標(biāo)連續(xù)梁C50高性能混凝土。

廈深鐵路是國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》“四縱四橫”快速鐵路通道中杭州—深圳沿海快速鐵路通道的重要組成部分。建設(shè)廈門—深圳鐵路，將貫通整個沿?？焖勹F路通道，形成我國東南沿海地區(qū)的骨干鐵路線。

廈深鐵路設(shè)計方對連續(xù)梁C50混凝土設(shè)計要求及指標(biāo):設(shè)計強調(diào)等級為C50，彈性模量大于40 GPa，抗?jié)B等級大于P20。工作性能方面:混凝土坍落度能夠達到(200±10)mm，和易性好，混凝土不分層離析，可泵性好，易于澆筑密實。

根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土梁暫行技術(shù)條件》《鐵建設(shè)［2009］152號》等文件，我部進行了連續(xù)梁 C50高性能混凝土的配合比設(shè)計。水泥采用P.O42.5水泥，粉煤灰為Ⅰ級粉煤灰，磨細礦粉。粗骨料采用粒徑5 mm～25 mm二級配碎石，細骨料細度模數(shù)為2.6～3.0的河砂，減水劑使用深圳邁地外加劑公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑。配合比見表3。

表3 C50高性能混凝土配合比 kg

根據(jù)配合比試拌的C50高性能混凝土，流動性能好，沒有分層離析現(xiàn)象，混凝土初始坍落度為210 mm，含氣量為2.8，停放1 h后的坍落度為190mm，損失20mm。28 d抗壓強度為62.1 MPa，彈性模量為48.5 GPa，抗?jié)B等級大于P22，均滿足設(shè)計要求。

4 工程應(yīng)用中存在的問題及應(yīng)對措施

1)與膠凝材料的適應(yīng)性問題。由于聚羧酸系高性能減水劑的高減水率和低摻量，導(dǎo)致其對膠凝材料的敏感性相對萘系減水劑大大增加。不同水泥、不同摻合料對聚羧酸系高性能減水劑都有適應(yīng)性問題，尤其是摻合料中的粉煤灰顯得更明顯一些。眾所周知，我國水泥品種繁多、質(zhì)量復(fù)雜多變，摻合料等級差異大，當(dāng)遇到相容性較差的膠凝材料時，聚羧酸系高性能減水劑拌制的混凝土就會出現(xiàn)流動性差及坍落度損失大的現(xiàn)象。

針對上述問題，聚羧酸系高性能減水劑廠家就要提供該類產(chǎn)品的現(xiàn)場技術(shù)支持，現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)人員要根據(jù)施工現(xiàn)場所用的膠凝材料，在初步復(fù)配配方的基礎(chǔ)上，經(jīng)過現(xiàn)場試配、改進復(fù)配配方，再現(xiàn)場試配、再改進復(fù)配配方，反復(fù)多次，直至復(fù)配產(chǎn)品完全滿足現(xiàn)場施工要求為止。

2)砂子的含泥量問題。當(dāng)砂子的含泥量較高時，聚羧酸系減水劑的減水率會明顯降低。使用萘系減水劑往往通過增加一些摻量來解決。聚羧酸系減水劑在增加摻量時變化不明顯，很多的情況是當(dāng)流動度還沒有達到要求，混凝土已經(jīng)開始泌水了，現(xiàn)場解決的最好辦法是加強對砂子含泥量的控制，杜絕含泥量超標(biāo)的砂子進入施工現(xiàn)場。

3)引氣性問題。聚羧酸系減水劑在生產(chǎn)過程中往往會保留一些降低表面張力的表面活性成分，因此它具有一定的引氣性。在試配或制備混凝土?xí)r，不能用聚羧酸混凝土含氣量去套用萘系混凝土含氣量，當(dāng)聚羧酸系高性能減水劑混凝土具有較高含氣量時(3%～5%)是可以安全使用的，且混凝土后期強度不會有下降趨勢，而萘系含氣量較高就會出現(xiàn)混凝土后期強度下降的趨勢。

4)聚羧酸減水劑的摻量問題。摻量在水膠比小時十分敏感，且表現(xiàn)出有更高減水率，而在水膠比大時(一般大于0.4以上時)，減水率及其變化就不那么明顯了。膠凝材料用量大時摻量影響更為明顯，而膠凝材料總量小時差一些。

5 發(fā)展趨勢

國內(nèi)外大量的工程實踐都證明，推廣應(yīng)用聚羧酸系高性能減水劑是混凝土質(zhì)量向高性能化發(fā)展的必要要求。聚羧酸系高性能減水劑有較高的減水率和較好的坍落度保持性能，生產(chǎn)過程無污染，是環(huán)保性的外加劑。國外20世紀(jì)90年代開始使用，日本現(xiàn)在的使用量占高效減水劑的60%～70%，歐洲約占20%，而我國是在21世紀(jì)初才開始研究和應(yīng)用的。基于我國經(jīng)濟持續(xù)、快速發(fā)展，以及各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，特別是高速鐵路網(wǎng)、高速公路網(wǎng)、橋梁、隧道、機場、港口、大壩、高層建筑等建設(shè)項目正大規(guī)模開展，混凝土工程量巨大。聚羧酸系高性能減水劑將成為今后我國混凝土外加劑主流技術(shù)的發(fā)展方向，它的市場將面臨一個極大的發(fā)展機遇，未來較長時間內(nèi)，它的生產(chǎn)與應(yīng)用仍將繼續(xù)保持高速增長的趨勢。

為促進我國聚羧酸系高性能減水劑行業(yè)整體水平的提高，不斷發(fā)展混凝土技術(shù)，提高混凝土總體質(zhì)量水平，我們還要加大對聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù)的研究力度。通過進一步優(yōu)化產(chǎn)品配方、調(diào)整合成工藝、科學(xué)合理的對其進行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能設(shè)計，有針對性地開發(fā)理想的聚羧酸系高性能減水劑系列產(chǎn)品和多功能產(chǎn)品，使其能夠更好的滿足工程的設(shè)計要求、環(huán)境要求、施工要求，從而取得預(yù)期的技術(shù)、經(jīng)濟及社會效益。

［1］ 吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［2］ 郭延輝，郭京育.聚羧酸系高性能減水劑研究與工程應(yīng)用［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.