白文亮BAI Wen-liang

（中鐵隧道集團有限公司工程試驗中心，洛陽 471009）

（Engineering Test Center of China Railway Tunnel Co.，Ltd.，Luoyang 471009，China）

0 引言

由于工程建設的需要，一些偏遠的山區(qū)，交通不便，常常會有長距離運輸混凝土施工。目前緩凝減水劑的使用，混凝土一般可保證坍落度在1 到2 小時不損失，但若受到運輸條件的限制，好多工程上混凝土的運輸時間會長達3到4 小時甚至更長，普通混凝土到達工作面時流動性已經(jīng)很小，尤其泵送混凝土幾乎已經(jīng)無法繼續(xù)泵送，若強行泵送將導致現(xiàn)場堵管；或現(xiàn)場加水泵送將導致混凝土質(zhì)量不合格，大大增加了工程質(zhì)量隱患。本文將通過一些室內(nèi)模擬試驗和現(xiàn)場實際應用的驗證，通過拌合水、減水劑部分后加法來提高混凝土保坍性能，在不增加成本的基礎上保證現(xiàn)場混凝土工作性能和質(zhì)量。

1 減水劑、拌合水部分后加法延長混凝土保坍時間的作用原理

1.1 減水劑的作用原理 減水劑可以有效地減少混凝土的的塌落度損失，改善混凝土的工作性，提高流動性、耐久性，在高性能混凝土中發(fā)揮重要的作用。其對混凝土的影響主要可概括為吸附-分散和潤滑作用?；炷林袚饺霚p水劑后，減水劑的憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，而親水基團指向水溶液，構(gòu)成單分子或多分子層吸附膜。由于表面活性劑的定向吸附，使水泥膠粒表面帶有相同符號的電荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥-水體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體，從而將絮凝結(jié)構(gòu)內(nèi)的水釋放出來，達到減水的目的，可以使新拌混凝土的和易性改善，而且由于混凝土中水灰比有較大幅度的下降，使水泥石內(nèi)部孔隙體積明顯減少，水泥石更為致密，混凝土的抗壓強度、耐久性均顯著提高。

1.2 減水劑、拌合水部分后加法的作用效果 此處的后加法，指混凝土拌合時并不將配合比中規(guī)定量的減水劑和拌合水一次性全部加入，而是先加一部分只保證混凝土可順利出機和進入罐車運輸至工作面；在接近工作面即將澆筑混凝土前補充加入剩余的減水劑、拌合水，最終達到按配合比施工，且增加了混凝土保坍時間。因為先摻的減水劑經(jīng)過前期的吸附，或是被水化產(chǎn)物包裹，導致Zeta 電位下降，逐漸降低了減水劑的分散能力，造成水泥顆粒凝聚，宏觀上使得混凝土流動性下降。而此時補充的剩余部分的減水劑進入混凝土，則再次發(fā)揮減水劑的活性和分散作用，使已經(jīng)凝聚的水泥顆粒絮狀結(jié)構(gòu)被破壞，所包裹的水釋放出來，漿體的流動性和均勻性得到提高；同時補充加入了剩余的拌合水，使混凝土流動性大幅提高，進而達到保坍的目的，提高了到達工作現(xiàn)場時的混凝土工作性能。

2 主要試驗目的及步驟安排

①通過試驗得出減水劑、拌合水同摻法和后加法對混凝土流動性、保坍時間的影響；②通過28 天強度、耐久性試驗驗證后加法對混凝土質(zhì)量的影響；③跟蹤現(xiàn)場實際使用情況，使減水劑、拌合水后加法在實際應用中發(fā)揮其效果。

3 主要試驗內(nèi)容

3.1 混凝土標準配合比及原材料規(guī)格 我們以某高速鐵路連續(xù)梁混凝土配合比為基準配合比（見表1），混凝土強度等級C50；澆筑方式：泵送，坍落度要求160～200mm；運輸方式：罐車；攪拌方式：強制式混凝土攪拌機。

表1 某高速鐵路連續(xù)梁混凝土配合比

所用原材料：

水泥：浙江光宇P.O 52.5；

細骨料：青陽河砂，細度模數(shù)2.6，含泥量0.4%；

粗骨料：漁亭石場，5～20mm，玄武巖；

粉煤灰：宣城雙樂，C50 及以上；

減水劑：山西鐵力，聚羧酸減水劑（緩凝型）。

3.2 試驗方案 結(jié)合連續(xù)梁混凝土施工的實際情況，現(xiàn)場采用泵送澆筑，需要混凝土坍落度在160～200mm 范圍內(nèi)較為適合泵送，但在混凝土攪拌完成出機到運輸至工作面過程中不需要太大坍落度，只要混凝土能順利倒出攪拌機并進入罐車并運至現(xiàn)場即可，根據(jù)經(jīng)驗一般有100mm 坍落度即可。于是我們可以采用拌合水、減水劑后加法：即混凝土攪拌時只加入設計配合比中的部分減水劑和拌合水，保證混凝土出機時有100mm 左右的坍落度即可，當混凝土運至工作面，再補充加入剩余的減水劑和拌合水，以發(fā)揮減水劑的分散作用，提高現(xiàn)場混凝土的流動性，在不增加成本并保證混凝土質(zhì)量的前提下提高了現(xiàn)場混凝土的工作性能。而根據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB10424-2010），減水劑摻量可按實際情況進行±0.1%（減水劑占膠材總量的質(zhì)量百分比）的微調(diào)，這樣更便于現(xiàn)場混凝土的靈活調(diào)整。

由此我們進行以下二組室內(nèi)試驗：

試驗一

傳統(tǒng)方法拌制混凝土，測得其經(jīng)時坍落度變化，具體數(shù)據(jù)見表2。

試驗二

①首先進行試驗，測得較原配合比每方混凝土少多少水和減水劑即可達到100mm 出機坍落度，此時混凝土是可以順利出機并運輸?shù)?；試驗得出每方混凝土少?0kg水、0.2%減水劑便可達到100mm 坍落度；②將出機100mm 坍落度的混凝土靜置一段時間直到其即將失去流動性，此時混凝土由于流動性太差幾乎已不能在罐車中二次攪拌和順利倒出，將不能繼續(xù)用于施工（根據(jù)經(jīng)驗，此時坍落度為30～50mm）；我們就是要測出這段靜置時間的極限值，在混凝土即將失去流動性之前加入剩余的拌合水和減水劑以提高其流動性，使其更加利于施工。經(jīng)試驗得到混凝土坍落度從出機100mm 降至30～50mm 約2.5 小時；③靜置2.5 小時，混凝土坍落度降至30～50mm 時，補充加入10kg 水、0.2%減水劑，測其坍落度，并繼續(xù)測其保坍性，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同試驗條件下混凝土坍落度經(jīng)時變化

由現(xiàn)場混凝土施工需要，混凝土坍落度在160～200mm 之間是適合泵送的，由表2 可見，若采用傳統(tǒng)方法，混凝土在出機后1.5 小時內(nèi)，是適合泵送施工的，時間再長則流動性差不利于泵送；但通過使用減水劑、拌合水部分后加法，使混凝土的保坍時間從原來的1.5 小時延長為3.5 小時，可大大增加混凝土的現(xiàn)場工作性，并且可按《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB10424-2010）對減水劑摻量進行0.1%的微調(diào)來達到更長的保坍時間。

3.3 強度、耐久性試驗 我們將上述試驗一、試驗二所得混凝土制備足量的試件，進行抗壓強度、彈性模量、抗氯離子滲透試驗（鐵路上常以氯離子滲透性能作為混凝土耐久性的主要指標），用以進一步驗證減水劑、拌合水后加法對混凝土質(zhì)量的影響，所得試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同試驗條件下混凝土強度、彈性模量、耐久性試驗

由表3 可見，試驗一和試驗二所用原材料總量相同，只是加入時間和順序有所不同，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，其微觀反應也是大致相同的，故所得混凝土試件，其強度、彈性模量、電通量較為接近，且都達到了設計要求。因此，減水劑和拌合水后加法所得混凝土，無論力學性能還是耐久性都是達標的，用于實際施工中是可行的。

4 減水劑、拌合水部分后加法在實際工程中的應用

筆者結(jié)合某在建高速鐵路連續(xù)梁實際施工情況：混凝土正常運輸時間從攪拌站到工作面約為1.5 小時，但此處為山區(qū)，交通不便利，路過村莊、小橋等，路上常有堵車情況，混凝土運輸時間常常會長達3～4 小時，此時混凝土已經(jīng)流動性較小不宜泵送。于是結(jié)合上述室內(nèi)試驗成果，在攪拌站每方混凝土少加10kg 拌合水和0.2%減水劑，當混凝土運輸至工作面后，現(xiàn)場配備電子秤，準確秤量和補足之前少加的拌合水、減水劑，利用罐車進行3 分鐘以上的二次攪拌，大大提高了現(xiàn)場混凝土的工作性，既解決了現(xiàn)場問題，又滿足了按配合比施工的要求，保證了混凝土質(zhì)量。

5 結(jié)語

本次試驗作為一種有益的嘗試，在實踐中驗證了拌合水、減水劑后加法的可行性，并且不增加原材料成本，只需現(xiàn)場稍微填加小型計量設備。

當前，關(guān)于外加劑后加法對混凝土性能的影響，理論上有所證明，但不多見。有文獻對其中的機理進行了說明，但是，因為混凝土性能與膠凝材料、砂石骨料、外加劑等原材料有著直接的關(guān)系，而這些原材料又因為地域不同、生產(chǎn)方式不同等因素而千差萬別，拌合水、外加劑后加法對混凝土性能的微觀影響，至今未見量化的結(jié)論。

本次試驗對象僅僅是某高鐵在建連續(xù)梁工程所使用的材料，若要大范圍使用該成果還需進一步量化滿足后加法的各種原材料需達到的條件、溫度和施工環(huán)境的影響范圍，其它不同類型的減水劑、保坍劑等采用該方法是否也能達到一定的效果等。本項試驗以少量理論知識和試驗數(shù)據(jù)為指引，結(jié)合工程實際，解決了現(xiàn)場施工問題并具有一定的經(jīng)濟效益，雖然只是運用于具體的單項工程，但對其他類似工程可以起到借鑒的作用。

[1]TB10424-2010，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準[S].

[2]GB50119-2013，混凝土外加劑應用技術(shù)規(guī)范[S].

[3]新型混凝土外加劑及其應用技術(shù)[Z].國家科技成果.