減水劑和拌合水后加法在長(zhǎng)距離運(yùn)輸混凝土中的應(yīng)用

白文亮BAI Wen-liang

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司工程試驗(yàn)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(shè)的需要，一些偏遠(yuǎn)的山區(qū)，交通不便，常常會(huì)有長(zhǎng)距離運(yùn)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(shí)不損失，但若受到運(yùn)輸條件的限制，好多工程上混凝土的運(yùn)輸時(shí)間會(huì)長(zhǎng)達(dá)3到4 小時(shí)甚至更長(zhǎng)，普通混凝土到達(dá)工作面時(shí)流動(dòng)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(qiáng)行泵送將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)堵管；或現(xiàn)場(chǎng)加水泵送將導(dǎo)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(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)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(chǔ)上保證現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)混凝土保坍時(shí)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(dòng)性、耐久性，在高性能混凝土中發(fā)揮重要的作用。其對(duì)混凝土的影響主要可概括為吸附-分散和潤(rùn)滑作用?；炷林袚饺霚p水劑后，減水劑的憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，而親水基團(tuán)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(hào)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(duì)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(dá)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(qiáng)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(shí)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(jī)和進(jìn)入罐車運(yùn)輸至工作面；在接近工作面即將澆筑混凝土前補(bǔ)充加入剩余的減水劑、拌合水，最終達(dá)到按配合比施工，且增加了混凝土保坍時(shí)間。因?yàn)橄葥降臏p水劑經(jīng)過前期的吸附，或是被水化產(chǎn)物包裹，導(dǎo)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(dòng)性下降。而此時(shí)補(bǔ)充的剩余部分的減水劑進(jìn)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(dòng)性和均勻性得到提高；同時(shí)補(bǔ)充加入了剩余的拌合水，使混凝土流動(dòng)性大幅提高，進(jìn)而達(dá)到保坍的目的，提高了到達(dá)工作現(xiàn)場(chǎng)時(shí)的混凝土工作性能。

2 主要試驗(yàn)?zāi)康募安襟E安排

①通過試驗(yàn)得出減水劑、拌合水同摻法和后加法對(duì)混凝土流動(dòng)性、保坍時(shí)間的影響；②通過28 天強(qiáng)度、耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證后加法對(duì)混凝土質(zhì)量的影響；③跟蹤現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況，使減水劑、拌合水后加法在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮其效果。

3 主要試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 混凝土標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)配合比（見表1），混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50；澆筑方式：泵送，坍落度要求160～200mm；運(yùn)輸方式：罐車；攪拌方式：強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)。

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(xì)骨料：青陽河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量0.4%；

粗骨料：漁亭石場(chǎng)，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(yàn)方案 結(jié)合連續(xù)梁混凝土施工的實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)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(jī)到運(yùn)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(jī)并進(jìn)入罐車并運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)即可，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)只加入設(shè)計(jì)配合比中的部分減水劑和拌合水，保證混凝土出機(jī)時(shí)有100mm 左右的坍落度即可，當(dāng)混凝土運(yùn)至工作面，再補(bǔ)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(chǎng)混凝土的流動(dòng)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(chǎng)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424-2010），減水劑摻量可按實(shí)際情況進(jìn)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(chǎng)混凝土的靈活調(diào)整。

由此我們進(jìn)行以下二組室內(nèi)試驗(yàn)：

試驗(yàn)一

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

試驗(yàn)二

①首先進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得較原配合比每方混凝土少多少水和減水劑即可達(dá)到100mm 出機(jī)坍落度，此時(shí)混凝土是可以順利出機(jī)并運(yùn)輸?shù)模辉囼?yàn)得出每方混凝土少加10kg水、0.2%減水劑便可達(dá)到100mm 坍落度；②將出機(jī)100mm 坍落度的混凝土靜置一段時(shí)間直到其即將失去流動(dòng)性，此時(shí)混凝土由于流動(dòng)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(yàn)，此時(shí)坍落度為30～50mm）；我們就是要測(cè)出這段靜置時(shí)間的極限值，在混凝土即將失去流動(dòng)性之前加入剩余的拌合水和減水劑以提高其流動(dòng)性，使其更加利于施工。經(jīng)試驗(yàn)得到混凝土坍落度從出機(jī)100mm 降至30～50mm 約2.5 小時(shí)；③靜置2.5 小時(shí)，混凝土坍落度降至30～50mm 時(shí)，補(bǔ)充加入10kg 水、0.2%減水劑，測(cè)其坍落度，并繼續(xù)測(cè)其保坍性，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同試驗(yàn)條件下混凝土坍落度經(jīng)時(shí)變化

由現(xiàn)場(chǎng)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(jī)后1.5 小時(shí)內(nèi)，是適合泵送施工的，時(shí)間再長(zhǎng)則流動(dòng)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(shí)間從原來的1.5 小時(shí)延長(zhǎng)為3.5 小時(shí)，可大大增加混凝土的現(xiàn)場(chǎng)工作性，并且可按《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424-2010）對(duì)減水劑摻量進(jìn)行0.1%的微調(diào)來達(dá)到更長(zhǎng)的保坍時(shí)間。

3.3 強(qiáng)度、耐久性試驗(yàn) 我們將上述試驗(yàn)一、試驗(yàn)二所得混凝土制備足量的試件，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗氯離子滲透試驗(yàn)（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(biāo)），用以進(jìn)一步驗(yàn)證減水劑、拌合水后加法對(duì)混凝土質(zhì)量的影響，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同試驗(yàn)條件下混凝土強(qiáng)度、彈性模量、耐久性試驗(yàn)

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

4 減水劑、拌合水部分后加法在實(shí)際工程中的應(yīng)用

筆者結(jié)合某在建高速鐵路連續(xù)梁實(shí)際施工情況：混凝土正常運(yùn)輸時(shí)間從攪拌站到工作面約為1.5 小時(shí)，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(yùn)輸時(shí)間常常會(huì)長(zhǎng)達(dá)3～4 小時(shí)，此時(shí)混凝土已經(jīng)流動(dòng)性較小不宜泵送。于是結(jié)合上述室內(nèi)試驗(yàn)成果，在攪拌站每方混凝土少加10kg 拌合水和0.2%減水劑，當(dāng)混凝土運(yùn)輸至工作面后，現(xiàn)場(chǎng)配備電子秤，準(zhǔn)確秤量和補(bǔ)足之前少加的拌合水、減水劑，利用罐車進(jìn)行3 分鐘以上的二次攪拌，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)混凝土的工作性，既解決了現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)作為一種有益的嘗試，在實(shí)踐中驗(yàn)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(chǎng)稍微填加小型計(jì)量設(shè)備。

當(dāng)前，關(guān)于外加劑后加法對(duì)混凝土性能的影響，理論上有所證明，但不多見。有文獻(xiàn)對(duì)其中的機(jī)理進(jìn)行了說明，但是，因?yàn)榛炷列阅芘c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?yàn)榈赜虿煌⑸a(chǎn)方式不同等因素而千差萬別，拌合水、外加劑后加法對(duì)混凝土性能的微觀影響，至今未見量化的結(jié)論。

本次試驗(yàn)對(duì)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(jìn)一步量化滿足后加法的各種原材料需達(dá)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(dá)到一定的效果等。本項(xiàng)試驗(yàn)以少量理論知識(shí)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)為指引，結(jié)合工程實(shí)際，解決了現(xiàn)場(chǎng)施工問題并具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，雖然只是運(yùn)用于具體的單項(xiàng)工程，但對(duì)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

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

[3]新型混凝土外加劑及其應(yīng)用技術(shù)[Z].國家科技成果.