SPS-8聚羧酸系高效减水剂在地铁及C50箱梁中的应用和耐久性研究

2009-05-07 00:00

　　摘要  举例叙述聚羧酸系高效减水剂在地铁及C50箱梁中的应用，通过混凝土耐久性的研究和检验，证实聚羧酸系高效减水剂配制混凝土具有优良的耐久性和抗冻性能

　　关键词 聚羧酸系高效减水剂  耐久性

　　1、前言

　　20世纪八十年代早期，诞生了新一代的聚羧酸系高效减水剂，可以适应于预制混凝土和预拌混凝土。我国聚羧酸系高效减水剂的研究始于二十世纪90年代中期，其工业化生产与应用于21世纪初期。中国上海市建筑科学研究院首先研制成聚羧酸高效减水剂，成功用于上海磁悬浮铁路高精度轨道梁的制作和东海大桥海工混凝土及洋山深水港集装箱道堆混凝土。近年来，中国的建设规模不断扩大，各种重点、重大基础设施、超高层建筑、高速铁路、高速公路、地铁车站、核电站、杭州湾跨海大桥等，对混凝土的施工性能和综合性能要求越来越高。传统的木质素磺酸盐减水剂和萘系高效减水剂由于技术的局限性已不能满足现代工程需要。所以第三代聚羧酸系高效减水剂，其掺量低、减水率高、坍落度保持能力好、对混凝土增强效果显著，能降低混凝土收缩，生产过程无废弃物，是一种能符合“环保、节能、降耗“新理念的高效减水剂，聚羧酸系高效减水剂赋予混凝土有出色的施工和易性，良好的强度发展和优异的耐久性，因此聚羧酸系高效减水剂是配制高性能混凝土和高耐久性混凝土的首选外加剂。

　　2、SPS-8P-1聚羧酸系高效泵送剂配制地铁车站结构商品泵送混凝土和耐久性研究及工程应用。

　　2.1、表1 地铁车站结构混凝土配制要求和耐久性检验参考指标

结构部位		最大水胶比	最小胶凝材料用量kg/m³	最大胶凝材料用量kg/m³	抗渗性能抗渗指标	砼耐久性		抗裂性能抗裂等级
结构部位		最大水胶比	最小胶凝材料用量kg/m³	最大胶凝材料用量kg/m³	抗渗性能抗渗指标	电通量C	氯离子扩散系数 ×10^-12m²/s	抗裂性能抗裂等级
车站结构	地下连续墙	0.5	400	/	≥P8	≤2000	≤1.8	II
	顶板、底板	0.45	360	420		≤2000	≤1.8	I
	衬侧墙	0.45	360	420		≤2000	≤1.8	I
	柱、梁	0.43	380	450		/	≤1.8	II

　　混凝土性能

混凝土强度等级	水胶比	矿物掺合料	出机坍落度mm
C30	＜0.45	30~50%	120±30
C40	＜0.45	30~50%	180±30
地下连浇墙C30	＜0.50	30~50%	200±30

　　2.2、以上海象牌PO42.5，SPS-8P-1聚羧酸系高效水剂配制地铁车站结构混凝土及耐久性检验结果。

　　表2 地铁地铁结构混凝土配合比论证试验及耐久性检验（1）

试验编号	强度等级	使用部位	胶凝材料总量kg/m³	水胶比	矿物掺合料（%）	每立方米砼材料用量（kg）
试验编号	强度等级	使用部位	胶凝材料总量kg/m³	水胶比	矿物掺合料（%）	W	C	SL	F	S	G	SPS-8P-1掺量%
YH-106	C30	结构	384	0.45	50	173	192	115	77	765	1013	5.76 （1.5%）
YH-107	C30	结构	385	0.45	60	173	154	135	96	760	1008	5.78（1.5%）
YH-110	C40	结构	405	0.42	60	170	162	142	101	757	1025	5.26 （1.3%）
YH-111	C40	结构	404	0.42	50	170	202	121	81	761	1030	5.25 （1.3%）
YH-114	C35	槽壁地下墙	389	0.45	50	175	194	117	78	753	1040	6.22 （1.6%）

　　表2 （2）

试验编号	出机坍落度 mm	抗压强度Mpa			混凝土耐久性检验结果
试验编号	出机坍落度 mm	R3	R7	R28	抗渗性能指标检验值	电通量指标值检验值
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上海水泥厂（象牌）
　　（2）S95矿粉上海宝田
　　（3）II级粉煤灰上海环能粉煤灰有限公司
　　（4）中砂uf为2.3；泥块含量1%；表观密度2630kg/m3，紧密密度1480 kg/m3。按JGJ52-92属III区中砂
　　（5）碎石5-25mm连续级配碎石，表观密度2710 kg/m3，压碎指标值为5%，针片状颗料含量8.7%，含泥量0.7%，泥块含量为0.9%，基本符合JGJ53-92标准。 [Page]

　　2.3、以上海联合PO42.5水泥，以SPS-8P-1聚羧酸系高效泵送剂配制地下墙（C30水下）混凝土。

　　表3 C30水下砼配合比及强度（1）

胶凝材料总量kg/m³	水胶比 %	矿物取代物%	每立方料砼材料用量（kg）
胶凝材料总量kg/m³	水胶比 %	矿物取代物%	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）

出机坍落度/ 扩展度（mm）	半小时坍落度/ 扩展度（mm）	一小时坍落度（mm）	抗压强度（Mpa）
出机坍落度/ 扩展度（mm）	半小时坍落度/ 扩展度（mm）	一小时坍落度（mm）	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聚羧酸系高效送剂已在上海地铁11号线用于C30、P10底板工程500m3,出机坍落度控制在140±30mm。拌站反映混凝土和易性好，保坍性好，混凝土强度及耐久性均符合设计的要求。

　　3、聚羧酸高效减水剂在客运专线箱梁C50预应力混凝土中应用

　　客运专线C50箱梁（预应力混凝土）预制梁采用高性能混凝土技术，因此高性能混凝土的配合比是生产C50预制梁的关键，除满足施工强度要求外，还必须满足高性能混凝土耐久性的要求，包括抗裂、抗冻融、抗渗、抗氯离子、电通量等，要引入一定的含气量，保证混凝土的密实性，必须满足泵送混凝土的要求，坍落度的经时损失要小，不离析泌水，保证混凝土内在质量和外观美的要求。
　　3.1、对配制C50预应力混凝土预制梁的混凝土要求：
　　3.1.1、C50箱梁混凝土胶凝材料总量不超过500 kg/m3’
　　3.1.2、使用环境及要求：T2环境，设计年限为100年；
　　3.1.3、最大水胶比不应超过0.35；
　　3.1.4、各种材料带入的碱含量和不大于3.0 kg/m3；
　　3.1.5、各种材料带入的氯离子总量不大于胶凝材料总量的0.06%；
　　3.1.6、电通量要求小于1000C。
　　3.2、C50混凝土配合比研究
　　通过优选水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石、外加剂和水进行试配，试验结果见表4~表6。

　　表4 C50混凝土配合比

配合比号	容量 kg/m³	材料用量（kg/m³）
配合比号	容量 kg/m³	水泥	砂	石	水	灰	S95	W外	水胶比
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普通硅酸盐水泥；中砂，细度模数为2.7~2.8；I级粉煤灰；S95矿粉，5-20mm连续级配碎石；外加剂为聚羧酸高效减水剂。

　　表5 C50新拌混凝土性能

配合比号	坍落度 mm	扩展度 mm	含气量 mm	常压泌水率 %	凝结时间（小时：分）
配合比号	坍落度 mm	扩展度 mm	含气量 mm	常压泌水率 %	初凝	终凝
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

配合比号	抗压强度Mpa			弹性摸量Gpa		电通量C	抗裂性
配合比号	3d	7d	28d	7d	28d	电通量C	抗裂性
C50-1	44.5	54.6	66.2	38.1	41.6	＜1000	无裂纹
C50-2	47.7	56.3	68.8	39.2	42.8	＜1000	无裂纹
C50-3	42.2	51.4	62.4	36.5	39.4	＜1000	无裂纹

　　3.3、后张法C50预制箱梁的工艺要求 [Page]

　　预制箱梁的钢模就位后，浇筑混凝土现场由2台2立方米混凝土拌和机搅拌混凝土，由搅拌运输车送至现场，通过固定泵和垂直式2台播料器进行浇捣或用汽车泵（37米）进行浇捣（大约6-8小时）完成用油布复盖静停，梁体进行蒸汽养护试块进行同条件养护，混凝土强度达到60%左右，可以拆端模，混凝土强度达到80%左右，进行初张拉，移动模架再自然养护，混凝土强度达到100%。进行终张拉接着进行压浆、封端，最终局部修饰即获得符合质量要求的梁体。

　　4、聚羧酸系高效减水剂配制混凝土耐久性的研究

　　4.1、试验用的砼材料及配合比

　　采用上海嘉兴港辉PO52.5水泥，上海宝田S95矿粉和上海石洞电厂F类II级粉煤灰，中砂，细度模数为2.6，粗骨料为5-20mm，连续级配碎石；外加剂分别采用SP406萘系高效减水剂，SPS-8P聚羧酸系缓凝高效减水剂及聚羧酸系SPS-FD抗冻剂和聚羧酸系SPS-8P早强抗冻剂。

　　试验用混凝土配合比见表7

　　表7 试验用混凝土配合比

编号	水泥	矿粉	粉煤灰	砂	石	水	外加剂、型号		水胶比
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、试验方法

　　新拌混凝土性能采用混凝土坍落度指标，试验方法参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》标准。

   　混凝土抗压强度试验参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》标准。

   　混凝土抗渗透性能采用混凝土电通量和氯离子扩散系数等两个技术指标表征。试验参照JTJ275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》附录B，混凝土抗氯离子渗透性能参照NTBUILD443《硬化混凝土抗氯离子渗透测试方法标准》。

　　混凝土抗冻性能采用质量损失不大于5%，相对动弹性模量不小于60%时的冻融循环次数表示，冻融循环次数越大，则混凝土抵抗冻融的能力越强。

　　4.3、试验结果

　　4.3.1 表7 各系列混凝土性能测试结果

编号	坍落度	抗压强度Mpa			电通量		氯离子扩散系数 ×10^-12m²/s	冻融循环次数
编号	坍落度	3d	28d	60d	28d	60d	氯离子扩散系数 ×10^-12m²/s	冻融循环次数
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

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　　4.3.2 表8 各系列混凝土的质量损失和相对动弹模量比较

冻融循环次数	编号	GN	HN	FD	RD
200次	质量损失%	2.3	1.5	0.5	0.3
200次	相对动弹模量%	75.3	82.1	92.8	94.2

　　由表7、8可以看出：聚羧酸系高效减水剂（缓凝型或早强抗冻型、抗冻型）与萘系高效减水剂相比，对新拌混凝土性能、抗压强度、抗渗透性能等方面无明显不利影响，但其掺入混凝土中，对混凝土的抗冻性能有明显的改善，具有良好的抗冻性能，这亦是聚羧酸系高效减水剂的特性之一。

　　5、聚羧酸系高效减水剂在工程应用中必须注意的问题

　　5.1、根据GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》中“2.1.4”明确规定：掺外加剂混凝土所用原材料如水泥、砂、石、掺合料、外加剂均应符合国家现行的有关标准的规定；试配掺外加剂的混凝土时，应采用工程使用的原材料，检测项目应根据设计及施工要求确定，检测条件与施工条件相同，当工程所用原材料和混凝土性能要求发生变化时，应再进行试配试验。
聚羧酸系高效减水剂的应用，仅做检验净浆流动度及砂浆减水率符合要求是不够严格的，必须试拌混凝土，混凝土的适应性成功才算是真正的成功。

　　5.2、聚羧酸系高效减水剂依然存在与水泥适应性问题，此外砂、石材料的质量以及掺合料如粉煤灰、矿粉等的质量等对掺聚羧酸高效减水的混凝土性能有一定影响，应引起重视。

　　5.3、聚羧酸系高效减水剂的超掺量问题。当超量时，会产生离析、泌水、板结及含气量过大等不良现象，所以拌制掺聚羧酸系高效减水剂的混凝土时，其计量设备和计量精度必须准确和灵敏。

　　5.4、聚羧酸系高效减水剂严禁与萘系高效减水剂及复配产品混合应用。若混合的话，混凝土拌合物的良好的流动性随之消失。大大降低混凝土的坍落度和流动性，也直接影响可泵性和混凝土的强度。

　　所以在使用聚羧酸外加剂时，应采用单独的储存装置。另有单独的管道和计量装置。同一时间，同一生产线连续生产时采用同一品种外加剂其它配套设备（为混凝土搅拌设备、运输车辆及泵送设备）也要相应进行清洗。

　　5.5应避免聚羧酸高效减水剂与铁制材料长期接触

　　由于聚羧酸高效减水剂产品常呈现酸性与铁制品长期接触会发生缓慢反应，甚至使产品色泽变深、变黑，导致产品性能下降，建议采用聚乙烯塑料桶或不锈钢储存，才能保证产品储存的稳定性。

　　6、结语
聚羧酸系高效减水剂是属于第三代高效减水剂，具有减水率高、流动性好、适应性广、增强、保坍等综合性能，可以用于预拌和预制混凝土，减少混凝土的收缩和提高混凝土的耐久性，节约水泥，减少环境污染，使用聚羧酸外加剂能带来可观的经济效益和环保效益，建议全面推广。这对提高建设工程质量是行之有效的。

　原作者：上海申立建材有限公司吴菊珍屠洁梅曹炳根金川
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编辑：监督：18969091791 投稿：news@ccement.com

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