淺談C50聚羧酸高性能混凝土的生產(chǎn)控制

摘要：文章通過采用聚羧酸高性能減水劑經(jīng)過大量混凝土試配及各項試驗，配制出C50高性能混凝土，并采取有效的生產(chǎn)質(zhì)量控制措施，解決了高密度鋼筋承臺大體積、墻板以及大斜坡生產(chǎn)澆筑施工中出現(xiàn)的難題，圓滿完成了唐山LNG儲罐6萬方C50高性能混凝土的澆筑工作。

關(guān)鍵詞：C50高性能混凝土；聚羧酸；混凝土試配；生產(chǎn)控制；混凝土澆筑 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U444 文章編號：1009-2374（2015）13-0075-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.038

1 概述

隨著建筑風(fēng)格日新月異的變化及各種使用功能的不斷創(chuàng)新，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜不斷提高，施工難度不斷加大，因此對于建筑施工中應(yīng)用最廣泛的建筑材料——混凝土來說，對其本身的性能要求也不斷提高，如何配制和生產(chǎn)出高性能的混凝土來解決耐久性，并且具備高環(huán)保、低消耗、低成本的經(jīng)濟(jì)型混凝土，已然成為廣大從事建筑施工和建材生產(chǎn)、科研人員面臨的重要課題。

唐山LNG儲罐C50高性能混凝土就是利用聚羧酸高性能減水劑按照高性能砼設(shè)計和配制的。可是在生產(chǎn)過程中也遇到了不少問題，以下是對使用聚羧酸減水劑的一些認(rèn)識及對C50高性能混凝土生產(chǎn)控制成果的闡述，并和大家分享。

2 工程簡介

圖1

上海電建承建中國石油唐山LNG儲罐工程，單個儲罐容量為16萬m3，主體結(jié)構(gòu)由混凝土底板、預(yù)應(yīng)力混凝土外墻、混凝土穹頂構(gòu)成，單罐混凝土澆筑總量約2萬方。由于工程地處渤海灣，有海水的侵蝕并且冬天溫度很低，結(jié)構(gòu)中鋼筋密度大，罐壁埋件多，分段一次性澆筑完成并且距離長，儲罐混凝土均采用C50高性能混凝土，擴(kuò)展度為550±50。

3 高性能混凝土

定義：高性能砼是指采用普通原材料、常規(guī)施工工藝，通過摻加外加劑和摻合料配制而成的具有高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性的綜合性能優(yōu)良的砼。具體是：（1）拌合料呈高塑或流態(tài)、可泵送、不離析，便于澆筑密實(shí)；（2）在凝結(jié)硬化過程中和硬化后的體積穩(wěn)定，水化熱低，不產(chǎn)生微細(xì)裂縫，徐變性小；（3）有很高的抗?jié)B性。其中高工作性是高性能砼必須具備的首要條件，即高流動性、高抗分離性、高間隙通過性、高填充性、高密實(shí)性、高穩(wěn)定性；并同時具備低成本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。

從定義看出來混凝土的高性能是通過摻加外加劑和摻合料配制成的，除摻合料之外，常用的無非就是粉煤灰、礦粉、硅粉。但要想達(dá)到高性能完全是由外加劑主導(dǎo)的，首先想到的就是聚羧酸高性能外加劑，以下就是在配制生產(chǎn)砼的過程中對聚羧酸混凝土的認(rèn)識。

4 聚羧酸高性能混凝土的配比設(shè)計要求

唐山LNG儲罐工程采用C50聚羧酸高性能混凝土，是按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程（JGJ55-2011）》及《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（CECS207：2006）》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，以下是在對混凝土實(shí)驗生產(chǎn)過程中得到的一些經(jīng)驗。

4.1 選用合理混凝土用水量

雖然聚羧酸外加劑有很高的減水率，但過高的減水率，對混凝土質(zhì)量控制和施工性能未必有利。選擇合理的混凝土用水量對聚羧酸外加劑的合理使用很重要，用水量過高體現(xiàn)不出聚羧酸外加劑的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：坍落度損失過快，強(qiáng)度也有所下降。用水量過低時就要提高外加劑的摻量才能達(dá)到工程的要求，這樣不利于混凝土的質(zhì)量控制和施工性能，主要表現(xiàn)為：攪拌時間長、混凝土發(fā)硬變重、石子下沉快包裹性就差不利于泵送，適應(yīng)靈敏度高需要不斷的調(diào)整。對于使用中砂和碎石的混凝土，混凝土的用水量宜控制在140～160kg/m3。

4.2 根據(jù)混凝土不同性能選擇合理的摻合料比例

所選的礦物微細(xì)粉應(yīng)符合下列標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求：（1）《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（GBJ146）》宜選用Ⅰ級粉煤灰；當(dāng)采用Ⅱ級粉煤灰時，應(yīng)先通過實(shí)驗證明能達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，方可使用；（2）《用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596）》；（3）《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉（GB/T18046）》。高性能混凝土中，礦物微粉等量取代水泥最大用量應(yīng)符合下列要求：（1）硅粉不大于10%，粉煤灰不大于30%，礦渣粉不大于40%，天然沸石粉不大于10%，偏高嶺土粉不大于15%，復(fù)合細(xì)微粉不大于40%；（2）當(dāng)粉煤灰超量取代水泥時，超量不宜超大于25%；（3）對于工程結(jié)構(gòu)外型要求混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土，粉煤灰摻量宜較低，不宜超過15%，進(jìn)行雙摻使用時摻和總量在30%左右，對于有水熱化要求的混凝土宜優(yōu)先考慮摻用粉煤灰，粉煤灰和礦粉總量可達(dá)到45%左右。

4.3 砂、石質(zhì)量控制

（1）高性能混凝土采用的細(xì)骨料應(yīng)選擇地質(zhì)堅硬配給良好的中砂。其性能指標(biāo)應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法（JGJ-52）》的規(guī)定；（2）配制C50以上強(qiáng)度等級高性能混凝土的粗骨料，應(yīng)選用級配良好的碎石或卵石。巖石抗壓強(qiáng)度與混凝土抗壓強(qiáng)度之比不宜低于1.5倍，或其壓碎值宜小于10%。粗骨料的最大粒徑不宜大于25mm；（3）粗骨料中的針片狀顆粒含量應(yīng)小于10%，粗骨料性能指標(biāo)應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法（JGJ-52）》的規(guī)定。

4.4 聚羧酸的選用

高性能混凝土中采用的外加劑，必須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑（GB8076）》和《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB50119）》的規(guī)定，并對混凝土和鋼筋無害，所采用的減水劑減水率不宜低于20%。

聚羧酸外加劑從原料合成，可分為兩大類：酯型聚羧酸系減水劑和醚（帶有香味）型聚羧酸系減水劑。兩大類的使用性能有一定的區(qū)別，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

其中酯型聚羧酸系減水劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：摻量低，低水灰比下具有高分散性，有較好的坍落度保持性能；與不同的水泥的適應(yīng)性好；混凝土早期強(qiáng)度增長快。endprint

缺點(diǎn)是：主鏈和支鏈的連接時酯鍵，生產(chǎn)質(zhì)量波動大；長期儲存性能下降明顯，穩(wěn)定性差；與消泡劑相容性差，消泡劑不均勻，混凝土性能差異大，主要表現(xiàn)為混凝土很難控制穩(wěn)定，容易離析泌水，黏性過大容易黏底，和易性差，28d強(qiáng)度波動范圍大，混凝土清理后會發(fā)現(xiàn)有大量的氣泡。

醚型聚羧酸減水劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)工藝簡單，儲存時間長相對比較穩(wěn)定，低水灰比下具有高分散性，有較好的坍落度保持性，混凝土和易性好，砂石包裹性好，28天后強(qiáng)度范圍相對穩(wěn)定。

缺點(diǎn)則是：摻量高于酯型產(chǎn)品，受環(huán)境溫度影響大，過高摻量影響早期強(qiáng)度，與不同水泥的適應(yīng)性差，主要表現(xiàn)為混凝土坍落度損失過快，溫度高其緩凝時間減少，凈面時間短。

另外聚羧酸外加劑配置混凝土的含氣量大小，對混凝土性能也有極大的影響，大多數(shù)聚羧酸混凝土的含氣量都偏高，對于含氣量大于6%以上的混凝土，衡量混凝土耐久性的氯離子滲透電通量急劇變大，混凝土耐久性降低。有特殊要求含氣量偏大時需要進(jìn)行消泡，控制引氣量，從而控制混凝土的含氣量，一般用聚羧酸外加劑配制的混凝土的含氣量宜控制在2%～4%。

5 配合比報告及參數(shù)

表1 C50聚羧酸高性能混凝土配合比報告

委托單位 上海電力建筑工程公司唐山LNG接收站工程項目管理部 工程名稱 中國石油唐山LNG項目

接收站工程 報告日期 2012年6月30日

工程部位 儲罐筒身 強(qiáng)度等級 C50 坍落度（mm） 200±30

擴(kuò)展度（mm） 550±50

材料名稱 水泥 砂 石子 水 外加劑 粉煤灰 礦粉 備注

品種規(guī)格 P.O

42.5 中砂 碎石（5～20）mm 自來水 FAC — S95 —

產(chǎn)地、廠名 唐山

冀東 綏中六股河 唐山

豐潤 — 北京瑞帝斯 — 曹妃甸盾石 —

配合比 1 2.45 3.25 0.45 0.029 0.00 0.46 —

每m3砼材料用量（kg） 310 759 1006 140 9.04 0 142 —

設(shè)計依據(jù) JGJ55-2000 備注：水膠比0.31，外加劑其減水率27%，砂率為43%，礦粉摻量32%，外加劑摻量為2.0%，

6 聚羧酸對材料的適應(yīng)性檢驗

隨著聚羧酸外加劑的推廣應(yīng)用，對其特性特點(diǎn)認(rèn)識也不斷深化，即聚羧酸外加劑同樣也存在與混凝土膠凝材料的適應(yīng)問題。了解不同外加劑產(chǎn)品和不同混凝土材料的相容性特點(diǎn)，對正確使用和充分發(fā)揮聚羧酸外加劑的性能有重要意義。

6.1 水泥

通過對萘系高效減水劑、聚羧酸外加劑產(chǎn)品進(jìn)行有關(guān)混凝土性能的對比試驗發(fā)現(xiàn)，凡是與萘系高效減水劑適應(yīng)性不好的水泥與聚羧酸適應(yīng)性也差。如摻較多密度小且燒失量大的混合材的水泥、可溶性硫酸鹽含量高的水泥與聚羧酸適應(yīng)差。

適應(yīng)性檢驗方法：當(dāng)水泥已經(jīng)確定了選擇各類外加劑時，對每種外加劑分別加入不同摻量，當(dāng)外加劑已確定選用水泥時，對每種水泥分別加入不同摻量的外加劑，進(jìn)行加水后30min、60min水泥凈漿流動度檢測。繪制以摻量為橫坐標(biāo)，流動度（加水后30s、60s分別繪制）為縱坐標(biāo)的曲線。其中飽和點(diǎn)低、流經(jīng)動度大，經(jīng)時損失小的外加劑對水泥的適應(yīng)性好。

6.2 摻合料

燒失量大的粉煤灰容易吸附聚羧酸外加劑，不利于外加劑充分使用。礦渣粉對聚羧酸外加劑影響也尤為明顯，因為它不像粉煤灰一樣顆粒很細(xì)并且是圓珠型的，有利于混凝土的填充并促進(jìn)流動性，混凝土看起來柔和輕松，其內(nèi)聚性包裹性效果明顯。而礦渣粉顆粒是扁平狀的，并且特別容易吸附聚羧酸外加劑，這樣就對混凝土的和易性有很大的影響。

唐山LNG承臺澆筑就是大摻量礦粉混凝土，由于LNG承臺要承受40多m墻體的重量、穹頂?shù)闹亓?、罐?nèi)16萬m3天然氣重量和罐內(nèi)氣壓的壓力。承臺勢必很厚并具有高密度鋼筋，這樣大體積混凝土肯定要考慮水泥的水熱化和混凝土的流動度（擴(kuò)展度為550±50mm）。因此在第五章中配合比中，提高了礦粉的摻量（設(shè)計要求不可以用粉煤灰），適當(dāng)?shù)慕档土怂嗟挠昧浚O(shè)定抗壓強(qiáng)度為60天。在其生產(chǎn)澆筑過程中發(fā)現(xiàn)混凝土主要表現(xiàn)為攪拌時間過長、發(fā)硬變重、黏性大、表面容易結(jié)殼屏住，導(dǎo)致泵送壓力大，但流動度是有的。

產(chǎn)生以上的狀況原因可能是：由于大摻量的礦粉吸附了一定量的聚羧酸外加劑使其特性沒有發(fā)揮出來，另外C50聚羧酸混凝土膠凝材料用量多，而用水量又比較低。這樣必須通過延長攪拌時間，才可以使其達(dá)到攪拌機(jī)出料的要求（就是達(dá)到設(shè)計時坍落度和流動度所規(guī)定的要求），所以攪拌出來的混凝土?xí)l(fā)硬變重、黏性大、表面容易黏住結(jié)殼。

根據(jù)原因制定了調(diào)整控制措施，在保證強(qiáng)度下進(jìn)行調(diào)整。通過適當(dāng)提高用水量和降低外加劑的摻量，根據(jù)和易性選擇適當(dāng)提高砂率進(jìn)行施工配合比的調(diào)整。原因是適當(dāng)降低外加劑的摻量可以減少混凝土的黏性，也可以降低外加劑對材料的靈敏度的影響，使混凝土變?nèi)岷图霸谏a(chǎn)砼時好控制。減少外加劑的量通過提高用水量來彌補(bǔ)，這樣可以使礦粉充分的稀釋，減少對外加劑的吸附，使外加劑充分發(fā)揮對水泥的作用，保證坍落度和流動度；在上面的調(diào)整過程中如果和易性不好時（例如砂的細(xì)度模數(shù)偏大或碎石小粒徑偏多時，造成包裹性和內(nèi)聚性差）可以適當(dāng)提高砂率以求最佳狀態(tài)，通過調(diào)整以后大大減少了攪拌時間，混凝土的和易性得到了很大的改善。為什么沒單獨(dú)提高外加劑的摻量和用水量，原因是：外加劑摻量提高了，其擴(kuò)展度很難控制容易離析，而且混凝土黏性會更大，不利于施工；另外的原因是考慮到第六章外加劑對水泥的適應(yīng)性，選擇一個最佳的摻量；還有一開始配合比的設(shè)計就考慮到成本問題，所以配合比中外加劑摻量已經(jīng)到了極限。摻量再提高反而會起到反作用。如果單獨(dú)提高用水量會增加水泥的水化熱，當(dāng)再遇到砂石材料不好時混凝土容易泌水泛黃漿包裹性差同樣外加劑摻量高了也會如此。當(dāng)在生產(chǎn)過程中和易性可以的情況下，混凝土卻沒有擴(kuò)展度時，可以單獨(dú)提高適量的外加劑的摻量和用水量。如果在單獨(dú)加適量的水時，混凝土仍沒有擴(kuò)展度，這時必須提高外加劑的摻量，達(dá)到工程要求（擴(kuò)展度為550endprint

±50mm）。

6.3 砂、石質(zhì)量

砂、石含泥量及碎石的石粉含量過高，聚羧酸容易被吸附，嚴(yán)重影響聚羧酸外加劑的使用，主要表現(xiàn)為混凝土坍落度損失快、沒有擴(kuò)展度（即流動度）、黏性大、加長了攪拌時間，影響了生產(chǎn)效率及質(zhì)量；當(dāng)放大坍落度時混凝土表面會黃色泥漿。另外砂子的細(xì)度模數(shù)應(yīng)該在2.5左右，但不宜超過2.8。

砂石的質(zhì)量問題對C50聚羧酸高性能混凝土影響很大，當(dāng)砂石含泥量過高時混凝土表面有一層黃漿；當(dāng)碎石中石粉含量過高時嚴(yán)重影混凝土的坍落度和擴(kuò)展度，因為其對聚羧酸外加劑有很強(qiáng)的吸附作用；當(dāng)砂子的細(xì)度模數(shù)偏大時或碎石小粒徑偏多混凝土主要表現(xiàn)為內(nèi)聚性和包裹性差，石子下沉快，容易堵泵并對泵管損壞很大。砂石的質(zhì)量必須嚴(yán)格控制，保證混凝土的和易性。由于受到供應(yīng)的限制，砂子的細(xì)度模數(shù)有一定的波動范圍，碎石的級配也有一定波動范圍，所以對混凝土和易性的影響是不可避免的。但是遇到這種情況在生產(chǎn)時是可以進(jìn)行調(diào)整改善混凝土的和易性，當(dāng)砂子的細(xì)度模數(shù)偏大會造成混凝土內(nèi)聚性和包裹性差時，可以適當(dāng)?shù)靥岣呱奥?，增加砂漿對碎石的包裹，增強(qiáng)混凝土的柔和及流動性。當(dāng)黃砂中10mm粒徑較多會造成混凝土內(nèi)聚性差，在聚羧酸的作用下10mm顆粒聚集在一起，阻礙混凝土的擴(kuò)展度，在生產(chǎn)過程中可以把它看成石子中的10mm含量，然后進(jìn)行扣除加砂，對混凝土進(jìn)行了填充，大大改善了混凝土的和易性。澆筑40m高度的墻板采用的是第五章的配合比其具有高流動性，當(dāng)流動度過大的時候，混凝土的和易性（包裹性和內(nèi)聚性）很難控制，并且石子下沉快容易堵泵，所以嚴(yán)格控制砂石的質(zhì)量穩(wěn)定，必須保證混凝土的砂率，提高并加強(qiáng)混凝土的和易性。因此，摻用聚羧酸外加劑的混凝土對材料要求比較高。若材料不好，不要盲目地使用聚羧酸外加劑，當(dāng)然聚羧酸外加劑也有一定的缺點(diǎn)，就是靈敏度太高，水的用量變化范圍太小，即多1kg水混凝土就有會離析，少1kg水混凝土坍落度就出不來，這就要求砂石的質(zhì)量及含水率要相當(dāng)穩(wěn)定，攪拌設(shè)備精度要很高，一般的攪拌站很難做到。

7 聚羧酸外加劑的合理摻量

聚羧酸外加劑的合理摻量可以通過測試不同摻量外加劑混凝土減水率，再通過測試混凝土的各項性能指標(biāo)，是否達(dá)到工程及施工要求來確定最佳摻量。這對初次用聚羧酸外加劑的公司和技術(shù)人員很有用處，是以后混凝土研發(fā)生產(chǎn)的寶貴經(jīng)驗。

當(dāng)混凝土材料不好時及坍落度損失要求較高時外加劑的摻量應(yīng)略高于最佳摻量。而對于工程結(jié)構(gòu)要求高的（如斜坡、墩身、柱等流動度偏小的），外加劑摻量應(yīng)略降低最佳摻量。

如果想利用第5章的配合比進(jìn)行穹頂?shù)臐仓獙ζ溥M(jìn)行外加劑摻量的調(diào)整。因為穹頂一周是拱形的斜面并且上面有鋼筋加密區(qū)，混凝土既要滿足斜面澆筑要求，又要滿足穹頂鋼筋加密區(qū)澆筑的要求；其次穹頂高度在40m以上，泵送的難度加大，要求混凝土要有很好的和易性；另外第5章的配合比具有高流動性，流動度大石子下沉快和易性很難控制，因此不符合穹頂澆筑的要求。

所以需要在生產(chǎn)澆筑過程中對第5章的配合比進(jìn)行調(diào)整，首先在保證強(qiáng)度的前提下，通過實(shí)驗依次降低外加劑的摻量，目的就是減小混凝土的流動度，從而來找到既要滿足斜面澆筑要求，又要滿足穹頂鋼筋加密區(qū)澆筑的要求的外加劑最佳摻量。由于外加劑摻量下調(diào)致使混凝土坍落度有所損失緩凝時間縮短，可以通過外加劑廠根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)卦黾泳從齽?，做到對混凝土保坍增凝的效果。同時再通過提高適當(dāng)?shù)挠盟亢蜕奥?，目的用來滿足混凝土所需要的用水量和提高砂漿對石子的包裹，以此來改善混凝土的泵送效果。調(diào)整過后泵送出的砼不僅滿足穹頂澆筑的要求，還縮短了攪拌時間，提高了生產(chǎn)效率。和易性（包裹性和內(nèi)聚性）及泵送效果有了很大的改善，以下附上泵送壓力對比：

圖1 調(diào)整前混凝土的泵送壓力 圖2 調(diào)整后混凝土的泵送壓力

總結(jié)：（1）在生產(chǎn)聚羧酸高性能混凝土?xí)r，要嚴(yán)格控制好砂石的質(zhì)量，保持其質(zhì)量穩(wěn)定；（2）設(shè)計聚羧酸高性能混凝土?xí)r，一定要保證其足夠的砂率，一般砂率要大于42%；在生產(chǎn)過程中砂子偏粗，碎石級配不好，影響了混凝土的和易性（包裹性和內(nèi)聚性）可以提高砂率；（3）要通過大量實(shí)驗來確定聚羧酸對水泥的適應(yīng)性，及聚羧酸的最佳摻量，從而可以在不影響強(qiáng)度情況下降低或提高聚羧酸外加劑的摻量，以便在生產(chǎn)過程中可更好地調(diào)整和控制混凝土，適應(yīng)更多的建筑結(jié)構(gòu)的澆筑。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：李惠忠（1958-），男，江蘇人，上海電力建筑工程公司工程師，研究方向：施工建設(shè)—熱能動力工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint