聚羧酸系ADVA高效减水剂在杭州湾跨海大桥中的应用

2006-09-14 00:00

摘要：ADVA高效减水剂具有掺量低（0.4%－1.2%）,减水率高（25%－40%）与大掺量粉煤灰，矿粉复掺，混凝土拌和物工作性好。配制的高性能海工混凝土具有Cl－扩散系数小，收缩值低，混凝土水化温升平缓，满足“海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范”及“杭州湾跨海大桥专用施工技术规范”技术要求。

关键词：聚羧酸盐系，高性能混凝土，抗氯离子渗透，跨海大桥

一、前言：

目前世界上在建的最长的跨海大桥——杭州湾跨海大桥，北起乍浦港跨越东海杭州湾宽阔海面于南岸滩涂，止于慈溪水路湾，全长36公里，其中桥长35.67公里，双向6车道高速公路，桥宽33米。大桥除南北二个航道的主跨斜拉桥采用钢箱梁斜拉桥外，其余35公里大桥采用30米至70米不等的预应力混凝土连续箱梁结构，整座大桥采用混凝土桩基，混凝土墩身，混凝土量达240万立米。外海混凝土桥梁受海上风、浪、盐等海洋性气候因素影响，受海水中氯离子侵入，引起钢筋腐蚀而导致结构破坏的危险，已得到杭州湾跨海大桥工程指挥部重视。提出了应采用水胶比低，强度高，Cl－扩散系数小，耐久性好的高性能混凝土的技术要求。其中选用与水泥匹配的优质混凝土高效减水剂，阻锈剂成为材料的关键。经多次比较试用，最终，在大桥的海工基桩、墩身，预应力混凝土连续箱梁三个标段中全面选用美国独资的格雷斯中国有限公司生产的聚羧酸类ADVA152、ADVA180，以及阻锈剂DCI- S。
经一年来在大桥工程的基桩、墩身及连续箱梁中的实际施工应用，ADVA混凝土的工作性、力学性能、Cl－渗透性及其他性能都达到设计及施工要求，取得满意的使用效果。

      二、 ADVA高效减水剂

      ADVA高效减水剂是格雷斯公司研究与开发的新型高效减水剂。它以聚羧酸系为基料，其合成工艺新颖、配方独特。减水剂具有掺量小（0.4%－1.2%），减水率高（25%－40%），坍落度损失小，收缩、徐变值低，耐久性高等优点。性能详见表－1。

                 ADVA152、ADVA180性能检测                  表－1

试验项目		性能指标	试验结果
试验项目		性能指标	ADVA152	ADVA180
减水率，％		≥10	27	28
泌水率比，％		≤95	30	27
含气量，％		≤4.0	2.5	3.0
凝结时间差， min	初凝	－90～＋120	+80	+105
凝结时间差， min	终凝	－90～＋120	+90	+110
抗压强度比，％	1d	≥130	180	185
	3d	≥120	175	170
	7d	≥115	160	165
	28d	≥110	144	154
收缩率比，％		≤135	110	110
对钢筋锈蚀作用		对钢筋无锈蚀危害	对钢筋无锈蚀危害	对钢筋无锈蚀危害

      备注：1、ADVA152固体含量：22％，密度：1.07％，PH值：7，氯离子含量：0.02％，碱含量：1.5%

      ADVA180固体含量：41.5%，密度：1.127%，PH值：7.1，氯离子含量：0.02%，碱含量：1.58%

      2、检测按国标GB8076-1997 ，ADVA152掺量C×1.1%，ADVA180掺量C×0.65%

      上海市建筑科学院曾收集了国内外一些聚羧酸盐系列高效减水剂品种，进行性能对比试验，其结果得出格雷斯公司生产的ADVA高效减水剂的性能值标在同类产品中出类拔萃。

几种聚羧酸减水剂性能比较（摘自上海市建筑研究院专题研究报告）表－2

品牌	折固掺量（％）	减水率（％）	1h坍损（mm）	28d强度比（％）	和易性
进口（S）	0.17	27	50	128	好
进口（P）	0.18	28	25	122	好
ADVA	0.18	33	20	133	好
国产（X）	0.19	30	50	135	好
萘系	0.70	22	100	126	较差

      三、 ADVA高性能混凝土性能

      杭州湾跨海大桥位于我国东部沿海地区——杭州湾为世界三大强潮海湾之一，居典型的亚热带季风气候，气候温和，湿润多雨。特别是海水中含盐量范围变化在1%－3.2%的恶劣腐蚀环境，会造对钢筋混凝土结构的严重腐蚀。必须采取有效防腐措施，提高各种原材料及混凝土性能，以确保杭州湾跨海大桥结构100年的使用寿命。

      交通部曾于2000年编制发布了《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ275－2000）。提出了海港工程中选用高性能混凝土（HPC）的要求是：它具有高耐久性、高体积稳定性，良好的工作性和较高强度，特别是它的高抗氯离子渗透性，从而根本上，显著提高混凝土本身的护筋性能。经工程证实，HPC可用混凝土的常规材料与施工工艺，以严格材料选择，配合质量控制，经济可靠的建造高耐久性海港工程混凝土结构。要达到这一技术要求-－配制高性能混凝土，根据国内外资料，是通过采用优质高效减水剂和掺入活性掺合料来降低水胶比的办法获取的。因为当水胶比较小时，一部分水泥不能发生水化反应，只能起填充作用。掺入活性掺合料后，就可置换部分水泥，这些掺合料与水泥的水化产物Ca(OH)2发生二次反应，生成的凝胶充填在混凝土内的空隙中，从而有效的减小混凝土的空隙率，改善孔结构，提高混凝土的密实度，提高混凝土的电阻率，降低氯离子扩散系数。此时，ADVA聚羧酸减水剂的优异性能，确保了杭州湾跨海大桥使用的混凝土，在掺合料掺量占胶凝材料50－60％、水胶比0.30－0.35：用水量仅仅135－155kg/m3的条件下，仍具有良好混凝土材料性能及施工性。

      同时，为了确保受海水波涛反复冲溅、浸泡的大桥墩身的混凝土使用期限达到100年，混凝土还需掺入DCI-S。DCI-S防腐蚀剂是以化学机理防止混凝土中钢筋和预应力钢筋受到氯离子的腐蚀作用。钢筋混凝土在海水中，氧气、水及电解质同时存在时，会使钢筋发生电化学腐蚀，造成钢筋产生铁锈。而DCI-S防腐蚀剂掺入钢筋混凝土后，DCI-S中有效成分会与混凝土中的钢筋析出的铁离子发生化学反应，形成一层防止氯盐类侵蚀的保护层，从而使钢筋在受氯离子侵蚀时，发生腐蚀的氯离子浓度起点明显提高。试验已证实：每立方米混凝土中掺入DCI-S防腐蚀剂10－25L/m3，可使钢筋开始发生腐蚀的氯离子浓度提高3－9倍。（见下表）

                                                DCI-S用量表

DCI-S（30％溶液）（L/cu.m.）	氯离子保护（kg/cu.m.，钢筋）
0	1.0
10	3.6
15	5.9
20	7.7
25	8.9

      由于发生钢筋腐蚀需要的氯离子浓度提高，使大桥墩身发生钢筋锈蚀的时间推迟，即使大桥的使用寿命延长。

      四、工程应用

      1、海工桩基中应用

      杭州湾跨海大桥某合同段下部结构——海工桩基

      （1）混凝土配合比设计目标：坍落度180－220mm，C30钻孔灌注桩

      （2）混凝土材料：

      水泥：浙江长兴三狮牌PⅡ42.5硅酸盐水泥
      矿粉：福建闽新矿粉
      粉煤灰：宁波北仑Ⅱ级磨细低钙粉煤灰
      砂：      福建闽江砂，中砂（细度模数2.8）
      石子：    浙江余姚新华5－10mm占20％，10－25mm占80％
      外加剂：格雷斯ADVA180高效减水剂

      （3）混凝土配合比（kg/m3）

编号	水	水泥	矿粉	粉煤灰	砂	石子	外加剂
H-68	153	160	80	180	715	1055	ADVA180 2.7

（4）混凝土性能

坍落度/扩散度（mm）			含气量（％）	凝结时间		抗裂性能	28d抗压强度Mpa	84d Cl^－扩散系数（10^－¹²m²/s）	氯离子含量（％）
出机	1h	2h		初凝	终凝
220/600	220/600	210/530	2.3	18:45	23:30	良好	48.3	1.7	0.03

      2、大桥墩身、承台中应用

      杭州湾跨海大桥某合同段，按“杭州湾跨海大桥专用技术规范”的要求，海工混凝土中尚须采取掺入阻锈剂的长效防腐蚀措施。经反复试验，选用了格雷斯DCI-S阻锈剂（掺量：20kg/m3）

      （1）混凝土配合比设计要求：坍落度160－200mm，水胶比≤0.35，强度：C40
氯离子扩散系数≤1.5×10－12m2/s，掺入混凝土阻锈剂。

      （2）混凝土材料：

      水泥：   安徽宁国海螺PⅡ42.5硅酸盐水泥,矿粉：上海宝田S95
      粉煤灰：江苏镇江苏源牌Ⅰ级灰
      砂：     福建闽江中砂（细度模数2.60－2.80）
      石子：   浙江余姚市新华第一采石场生产的碎石：5mm－25mm
      外加剂：格雷斯ADVA152，格雷斯DCI-S阻锈剂

      （3） C40混凝土配合比

编号	水	水泥	矿粉	粉煤灰	砂	石子	ADVA152 (超塑化剂)	DCI-S 阻锈剂
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

编号	坍落度（mm）	含气量（％）	抗压强度（Mpa）			氯离子扩散系数
编号	坍落度（mm）	含气量（％）	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、预制箱梁及现浇连续箱梁

      （1）配合比设计目标：

      根据“杭州湾跨海大桥专用施工技术规范”的规定及箱梁施工工艺要求，预制箱梁及现浇连续箱梁的主要技术要求：

      ① 水胶比≤0.33,坍落度：180±20mm、强度：C50
      ② 混凝土最低胶凝材料用量450kg/m3，最高不超过500 kg/m3
      ③ 12W氯离子扩散系数≤1.5×10－12m2/s
      ④ 混凝土拌和物流动度及粘度适宜，可泵性与施工性良好
      ⑤ 为满足施工需要，14天弹模和强度达到设计值要求

      （2）原材料

      与海工桩基合同段相同

      （3）混凝土配合比（kg/m3）

编号	水	水泥	矿粉	粉煤灰	砂	石子	外加剂
X001	152	240	168	72	678	1107	ADVA152 5.76

（4）混凝土性能

① 拌和物性能

编号	坍落度/扩散度			含气量（％）	凝结时间		抗裂性能	压力泌水率	Cl^-含量（％）
	出机	30min	60min		初凝	终凝
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

编号	抗压强度（MPa）				弹模（×10⁴Mpa）		Cl^－扩散系数			收缩值 ×10^－⁴
编号	3d	14d	28d	56d	14d	28d	4W	8W	12W	收缩值 ×10^－⁴
X001	33.3	53.4	60.9	65.5	3.58	3.98	2.57	1.34	--	2.43

      五、结语

      聚羧酸盐ADVA高效减水剂已成功应用在杭卢奕君、甘霖、江加标、朱新伟、刘斌、程岚州湾跨海大桥海工桩基、墩身、承台以及连续箱梁预应力混凝土等各个部位。经大量试验工作及施工实践证明：

      （1） ADVA高效减水剂具有掺量低0.4－1.2%（胶凝材料计），减水率高25－40％，坍落度保持性好，特别是与大掺量粉煤灰、矿粉复合使用时，低水胶比的混凝土拌和物工作性优于萘系减水剂混凝土。

      （2）采用ADVA高效减水剂配制高性能海工混凝土具有强度高、氯离子扩散系数小、收缩值低、混凝土水化温升平缓等性能，满足杭州湾跨海大桥专用施工技术规范对高性能混凝土的技术要求。

      （3）采用高效减水剂ADVA与阻锈剂DCI-S复合使用，以确保受海水反复冲溅的杭州湾跨海大桥混凝土结构100年的使用寿命。

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编辑：监督：18969091791 投稿：news@ccement.com

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