摘要:聚羧酸系高效減水劑具有減水率高，保塑性好，混凝土早期強度高，水化熱溫升平穩(wěn)，收縮小的顯著特點。與適量超細礦渣粉和粉煤灰的復合使用，可配制出滿足大跨度多向預應力箱梁施工要求的高性能混凝土，其經濟效益十分顯著。采用NOF2AS 聚羧酸系高效減水劑及超細礦渣粉和粉煤灰配制的C60 高性能混凝土，成功應用于宜萬鐵路宜昌長江大橋，該工程是國內鐵路工程史上首次使用聚羧酸系高效減水劑的工程。為同類工程可起到良好的借鑒。
關鍵詞:聚羧酸系高效減水劑 保塑性 早期強度 高性能混凝土
盅圖分類號:TU5281042 ； U4451466 文獻標識碼:B
1 工程概況
宜萬鐵路宜昌長江大橋，于2003 年11 月26 日開工，2007 年2 月9 日主體工程建成，由中鐵大橋局集團一公司施工。其主跨結構采用縱橫豎三向預應力混凝土連續(xù)剛構柔性拱結構。主跨總長度810 (130 + 2 ×275 + 130) m ，其跨度之大在同類橋梁中居亞洲第一、世界第二。主梁頂面寬1414 m ，底寬912～1218 m ，墩頂箱梁高1415 m。三個主墩的0 # 塊體，混凝土用量近3 000 m3 ，材料總共近萬噸，故稱為“萬噸0＃ 塊”。宜萬鐵路宜昌長江大橋結構新穎，質量要求高，施工難度大。其核心技術之一的C60 高性能混凝土應用研究，被確定為鐵道部科技司的科研項目，由中南大學負責。大橋工程對混凝土性能的要求:
①4 d 強度達到設計強度的90 %以上，以便實施預應力張拉；
②要求降低混凝土黏度，減小塌落度損失，以保證混凝土的正常澆筑施工；
③降低水化熱，延遲水化熱峰值出現(xiàn)，以避免溫升開裂；
④要求混凝土流動性好，能充分填滿模板的各個角落；
⑤減少混凝土表面氣泡，做到內實外光，棱角分明；
⑥要求混凝土本身低堿、無氯，低收縮、高抗?jié)B，以滿足耐久性要求。
2 混凝土配合比及性能試驗
課題組、工程項目組在有關各方面的配合下，開展了混凝土配合比的系統(tǒng)試驗研究。在主要材料(水泥、砂、石) 確定的條件下，系統(tǒng)試驗了不同外加材料(減水劑、礦物摻和料) 對混凝土性能的影響。
2.1 主要材料
1) 水泥: 葛洲壩水泥廠生產的P1O 4215 水泥，技術指標見表1。
2) 細骨料為洞庭湖中砂，技術指標見表2。
3) 粗骨料: 采用宜昌碎石，粒徑5～20 mm ，技術指標見表3。
2.2 外加材料
1) 減水劑:選擇了國內外廠家萘系減水劑和聚羧酸系高效減水劑。
2) 礦物外加劑: 葛洲壩水泥廠生產的粉煤灰礦渣超細粉，其比例為:礦渣∶粉煤灰= 1∶3 ，技術指標見表4。
2.3 配合比試驗
為了提高混凝土的性能，科研組通過大量的試驗最終確定在混凝土中摻加20 %的粉煤灰礦渣混合超細粉，用以填充水泥顆粒之間的空隙，提高混凝土的密實度。同時決定摻加高效減水劑，盡量減少用水量以提高混凝土的各種物理力學性能。開始設計的試拌配合比中，使用萘系減水劑。發(fā)現(xiàn)該混凝土雖然坍落度大，但是流動速度慢，黏性大，不能滿足泵送施工。而且4 d 齡期的強度不能達到設計強度的90 % ，因此，不能滿足宜萬鐵路宜昌長江大橋梁體的塊段施工。
在我國剛開始使用的聚羧酸系減水劑是一種最新型的減水劑，其作用機理在很大程度上不同于萘系減水劑。聚羧酸系的減水率可達40 %左右，相對于萘系減水劑來說是一個質的提高，且其他方面的性能也優(yōu)于萘系減水劑。當時國內廠家較少生產合成聚羧酸系減水劑，科研組當時采用了國外的兩個廠家的產品進行試驗，結果發(fā)現(xiàn)該種類型減水劑能有效地降低混凝土的黏度，提高混凝土早期的強度，但成本遠遠高于萘系減水劑。為了在保證質量的前提下降低成本，科研組又在國內幾個生產聚羧酸系減水劑廠家進行了調研，并選擇了三個生產規(guī)模大且產品穩(wěn)定性好的廠家進行對比試驗。通過對以上幾家的外加劑在性能和價格上進行了比較，綜合各方面的因素最終選擇了山東華偉銀凱生產的NOF2AS 型聚羧酸系減水劑。在工程使用中期，混凝土的強度和性能控制的較好，為了進一步提高混凝土的性能，我們又對配和比進行了調整。通過試驗我們在混凝土中摻加粉煤灰礦渣混合超細粉的摻量提高到了30 %。試驗結果見表5。
2.4 配合比優(yōu)化
在使用前科研組又對該配合比進行了一系列的試驗，與有關科研部門一起對使用的萘系減水劑和被選擇的聚羧酸系減水劑在耐久性試驗，干縮性試驗、Cl離子滲透試驗、收縮徐變試驗、耐腐蝕試驗中進行了比較。結果證明聚羧酸系減水劑在以上性能上比萘系減水劑有所提高，不影響混凝土的各項性能，可泵性更好，坍落度損失小，特別是在外觀上明顯好于摻萘系減水劑的混凝土。由于聚羧酸系減水劑氯堿含量很低，使每方混凝土的堿含量也有所降低，特別適用于高強度的高性能混凝土。混凝土性能測試值如下:
① 混凝土氯離子擴散系數(shù)為817 ×10- 9 cm2Ps ；
②混凝土中鋼筋的脫鈍時間110年；
③混凝土的抗凍標號> D200 ；
④混凝土對鋼筋無銹蝕；
⑤混凝土的干縮性較高強混凝土在28 天的干縮性降低20 %左右； ⑥混凝土的徐變性能較高強混凝土在28 天的徐變度和徐變系數(shù)降低15 %左右。
3 NOF2AS 型聚羧酸減水劑在工程中的使用效果
1) 目前水泥品種及減水劑品種繁多，隨著對混凝土的各項性能要求的不斷提高，萘系減水劑在適應性上已很難滿足工程要求。通過大量試驗及工程應用證明，聚羧酸系減水劑在適應性上要優(yōu)于萘系減水劑。而聚羧酸系減水劑往往可以通過調整摻量來改變混凝土的性能以滿足施工要求，這在宜萬鐵路宜昌長江大橋的施工中已得到了很好的印證，并很好的解決了施工中的難題。
2) 羧酸系減水劑能有效調節(jié)混凝土的含氣量。當混凝土含氣量增大時，可以調整聚羧酸系減水劑中消泡劑的含量來調節(jié)混凝土含氣量，滿足施工要求。
3) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土工作性好、坍落度損失小、流動性好、可泵性好、不易堵管。在普通混凝土施工中泵管中的混凝土至少二十分鐘須活動一次，否則容易堵管，而摻聚羧酸系減水劑的混凝土在泵管中存放一個小時也不會堵管。
4) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土，水化放熱平穩(wěn)。通過調整可使摻聚羧酸系減水劑的混凝土的初凝時間大于28 h。在宜萬鐵路宜昌長江大橋的0 # 塊施工中，通過埋置的測溫元件測得混凝土最高溫升在3 天到7天基本保持一致。
5) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土的流動性好，能充分填滿模板的各個角落。加上本身有一定的自密實性，在同樣條件下?lián)骄埕人嵯禍p水劑的混凝土的外觀光亮，氣泡較少且表面密實，棱角分明。
4 使用聚羧酸系減水劑的注意事項
1) 聚羧酸系減水劑具有高減水率，高保塑性，雖然適應性比萘系減水劑要好，但膠凝材料特別是水泥變化較大時也要注意。使用過程中發(fā)現(xiàn)，當C3A 含量小于5 %時一定要注意聚羧酸系減水劑的摻量。這時候混凝土很容易發(fā)生坍落度在半個小時后變大，產生板結泌水現(xiàn)象；有時候坍落度也會變小，在施工過程中很難控制。雖然水泥的C3A 含量小于5 % 的概率很小，但要引起高度重視。
2) 聚羧酸系減水劑因為有較高的減水率，在施工過程中其摻量不宜太高，最好在飽和點下降011 個百分點，這樣在施工過程中容易控制混凝土的性能，利于混凝土施工。在施工過程中應該嚴格控制混凝土的用水量，用水量的少量變化雖然對強度影響不是特別大，但是對混凝土的坍落度和和易性影響會較大，不利于工程施工。
3) 使用聚羧酸系高效減水劑試配時，應適當延長攪拌時間，攪拌時間應> 3 min。
5 結束語
聚羧酸系高效減水劑具有低摻量，高減水率、良好的保塑性，坍落度經時損失小，與水泥有較好的適應性等優(yōu)點，這在宜萬鐵路宜昌大橋得到了充分體現(xiàn)。但在具體的施工中應正確的使用聚羧酸系高效減水劑，應根據(jù)工程中各種材料的情況以及工程的設計要求，經多次試配來確定聚羧酸系高效減水劑的最佳使用方案。
