和易型聚羧酸減水劑在新建海南西環(huán)鐵路中的應(yīng)用

張祥，鄧最亮,2，劉洋，鄒其,2

（1. 上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2. 上海建筑外加劑工程技術(shù)中心，上海 200232）

和易型聚羧酸減水劑在新建海南西環(huán)鐵路中的應(yīng)用

張祥1，鄧最亮1,2，劉洋1，鄒其1,2

（1. 上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2. 上海建筑外加劑工程技術(shù)中心，上海 200232）

針對新建海南西環(huán)高鐵的地理位置和材料特點，本文通過調(diào)整配合比，提高含氣量，運用酯類減水劑，增稠劑，保水劑， VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑等手段調(diào)整混凝土狀態(tài)，確定 VIVID-500(H) 和易型具備的降粘、提高勻質(zhì)性、防止泌水等性能更適合應(yīng)用在高流動性，大坍落度，良好和易性的混凝土中，并以此種聚羧酸減水劑為基礎(chǔ)，復配出具有減水率高，含氣量低，凝結(jié)時間長的特定型混凝土外加劑，配制出的混凝土高流動性，不離析，不泌水，抗泵壓能力好，完全滿足現(xiàn)場泵送施工工藝要求，7d 強度可達 100%。

混凝土外加劑；減水劑；勻質(zhì)性；泌水；粘聚性

0　引言

新建海南西環(huán)高鐵全長 343.95 公里，北起?？谑?，自?？谡疽龊笙蛭鳝h(huán)島，沿線經(jīng)?？?、澄邁、臨高、儋州、昌江、東方、樂東，接入三亞站，項目投資達 271 億元，是將海南省建設(shè)成國際旅游島宏偉目標的重點基礎(chǔ)工程，是海南省“十二五”期間的項目之一。沿線新設(shè) 17 個車站，新建橋梁 120 座，隧道 14 座，速度目標值 200 公里每小時，計劃每年輸送 5000 萬人次，運送貨物 1000 萬噸。鳳凰機場至三亞站段已于 2012 年 9 月 28 日開工建設(shè)，鳳凰機場至?？诙斡?013 年 9 月 29 日開工，預計 2015 年 12 月 31 日建成通車。

由于海南特殊的地域問題，原材料比較緊張，長距離的運輸成本使工地現(xiàn)場所使用的材料很難達到鐵路的高標準要求，原材料情況復雜，從而混凝土問題也愈發(fā)難以解決。同時，由于混凝土外加劑本身存在多樣化、功能化、微量化等特性，導致工程項目中一旦出現(xiàn)問題總是默認為是外加劑的原因，即便不是，也要求外加劑能夠解決問題。本文通過對現(xiàn)場材料的分析，以 C40 水下樁混凝土為例，進行一系列應(yīng)用嘗試，從而確定 VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑在該項目中的優(yōu)勢。

1　混凝土性能指標及原材料特性分析

1.1C40水下樁混凝土性能技術(shù)指標

混凝土宜具有低水膠比，低含氣量，高流動性，良好抗離析性，抗泌水，抗泵能力好，坍落度經(jīng)時損失小，緩凝，早強等特點，具體性能見表 1。

表1　C40水下樁混凝土技術(shù)指標

1.2原材料

（1）膠凝材料：

水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，具體性能指標見表 2。

粉煤灰：國投欽州電廠，Ⅱ級粉煤灰。

表2　水泥的化學組成 wt%

（2）細骨料：中粗河沙，細度模數(shù) 2.8～3.0；具體參數(shù)見表 3。

表3　細骨料篩分結(jié)果

細度模數(shù) Mx=(A2.36+A1.18+A0.6+A0.3+A0.15-5A4.75)/ (100-A4.75)=2.98

（3）石子：石子篩分結(jié)果見表 4，篩分結(jié)果表明，小石子 5～10mm 檔 5mm 過多，中石子 10～16mm 檔 10mm 過多，大石子 16～25mm 檔 20mm 過多。

表4　石子篩分結(jié)果（取樣 3kg）

（4）外加劑：減水型聚羧酸減水劑；VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑

1.3試驗配合比

C40 水下樁混凝土試驗配合比見表 5。

表5　C40水下樁混凝土配合比 kg/m3

2　配合比試驗中存在的問題

原材料中存在的問題：

（1）水泥粘聚性粘聚性差，導致混凝土整體粘聚性差，砂漿包裹性差，粗骨料易裸露；

（2）砂子偏粗，從表 3 數(shù)據(jù)中可以得知，雖然砂子整體細度模數(shù)符合鐵路標準，但是由于其 0.15 級細顆粒過少，導致混凝土很容易離析，泌水；

（3）石子級配差，小石子 5mm 級別過多，中石子10mm 級別過多，大石子 20mm 過多，這樣一個整體按照理論上最佳配比大:中:?。?:4:2 進行組合，混凝土和易性很差；且石子的粒型偏差，多為針片，扁平狀的石子，也會對混凝土的和易性造成嚴重的影響。

根據(jù)試驗材料的性能和現(xiàn)場施工的要求，按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》進行混凝土配合比設(shè)計（見表 5），所打出的混凝土（狀態(tài)如圖 1 所示）表現(xiàn)出和易性差、漿體與骨料分離、水也特別容易從漿體中析出等現(xiàn)象，無法滿足正常的現(xiàn)場施工要求。

圖1　泌水狀態(tài)

3　常規(guī)解決方法

3.1配合比調(diào)整

（1）調(diào)整砂率。根據(jù)試驗過程中混凝土所表現(xiàn)出的現(xiàn)象，混凝土極易泌水且有返砂現(xiàn)象，通過降低或提高砂率，對混凝土狀態(tài)進行調(diào)整，調(diào)整前后的配合比見表 6，新拌混凝土狀態(tài)如圖 2、圖 3 所示。

表6　調(diào)整砂率前后的配合比 kg/m3

圖2　SP-40%

圖3　SP-44%

將砂率降至 40%，混凝土和易性沒有改善，而且混凝土顯得比較“單薄”，漿體自行流動，不會帶動石子；將砂率提至 44%，混凝土沒有流動性，且明顯感到混凝土漿體“臃腫”，沒有活性。

（2）調(diào)整大中小三檔石子比例，見表 7。調(diào)整后新拌混凝土的狀態(tài)如圖 4、圖 5 所示。

表7　調(diào)整石子配比

圖4　C40-5

圖5　C40-6

與圖 1 相比較，將石子配比調(diào)整至 C40-4，混凝土狀態(tài)基本上沒有多少改變，混凝土和易性差，漿體與骨料無法成為一體，放置 2～3min，很容易泌水；將配比調(diào)整至 C40-5，去掉 5～10mm 一檔石子，混凝土出現(xiàn)斷級嚴重，走漿現(xiàn)象特別明顯，對于泵送性混凝土，基本無法滿足施工；如果按照C40-6 進行試驗，混凝土漿體特別飽滿、柔和，包裹性也很好，但由于大石子過多，導致混凝土發(fā)“虛”，混凝土骨架純粹是大石子構(gòu)建起來的，中間缺少密實度。

（3）增加膠材

每方增加 20 公斤水泥和 10 公斤的粉煤灰，混凝土和易性改善的不是很明顯，而且混凝土變得更重和更粘。

3.2提高含氣量

正常情況下，增加混凝土的含氣量可以有效改善混凝土的包裹性，但由于現(xiàn)場材料中，砂子 0.15mm 檔量比較少，且石子的粒型多為針片狀，所以如果能夠達到水下樁所要求的狀態(tài)，所需的代價是混凝土含氣量急劇升高，容重下降明顯，這顯然也不符合試驗的初衷，如圖 6 所示，混凝土表面氣泡較多且長時間不破。

圖6　僅增加混凝土含氣量的混凝土狀態(tài)圖

3.3改用酯類聚羧酸減水劑

酯類減水劑采用的 MPEG 類單體，不同于醚類的HPEG、TPEG 類單體，對水泥有較強的適應(yīng)性，可有效改善因水泥與醚類減水劑不適應(yīng)所造成的問題，且其本身的含氣量要高于醚類，可有效將規(guī)則型氣泡引入到混凝土里面，從而有效改善混凝土的包裹性和和易性。目前由于酯類的主要原材料需進口且成本高昂，再加上其工藝復雜，要求嚴苛，所以國內(nèi)有能力生產(chǎn)酯類產(chǎn)品的廠家很少。圖 7 為聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)式。

3.4增稠劑

針對混凝土的和易性差，沒有粘聚性，在常規(guī)的方法中可以適當添加增稠劑來改善混凝土的粘聚性，本試驗中分別通過添加一定量的聚丙烯酸鈉，3～5 萬分子量的纖維素醚來驗證增稠劑在本次試驗中的效果。試驗結(jié)果顯示，聚丙烯酸鈉在本次試驗中對于增加粘聚性沒有特別好的效果，而纖維素醚增稠的效果非常明顯，但對減水率的影響特別大，使用纖維素醚改善混凝土的粘聚性需要將減水劑的摻量提高0.5%，而且纖維素醚在水中的溶解度特別小，不容易操作。

圖7　聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)式

3.5保水劑

由于砂子中細顆粒缺少且膠材顆粒偏粗，混凝土靜置2～3min 后極易泌水，無法通過正常途徑（調(diào)整砂率，提高含氣量）解決時，通常情況下可以考慮加入一定量的保水劑，能夠有效解決混凝土的靜置泌水現(xiàn)象。本次試驗中分別加入遼寧科隆保水劑和三瑞保水劑，前者效果不明顯，后者使混凝土不會再泌水，但會對減水率有影響，需要適當?shù)奶岣邷p水劑的摻量。

3.6VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑

在常規(guī)醚類減水劑（VIVID-500F）中，用 VIVID-500(H)和易型聚羧酸減水劑替代其中的 30%，會相應(yīng)的提高減水率，且混凝土的和易性、包裹性和流動性都得到顯著的改善（如圖 8），同時混凝土的含氣量 Air=3.1% 也符合要求，7天試塊平均強度 43MPa。

圖8　使用 H 打出的混凝土

4　VIVID-500(H) 在其他工程中的應(yīng)用

由于其良好的工作性能，VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑在其他項目中也得到了良好的反饋。目前，已經(jīng)在內(nèi)蒙古呼倫貝爾新取規(guī)劃一橋，安徽淮南鳳臺淮河二橋，新建成貴鐵路三，四標段等國家重點項目中投入使用，各方反應(yīng)良好。相信憑借著其優(yōu)于市面常用聚羧酸減水劑的工作性能，未來必定在減水劑行業(yè)中占據(jù)重要的一席。

5　結(jié)論

混凝土中一般包含了膠凝材料，骨料，水以及外加劑等，其內(nèi)部微觀體系的分布決定了宏觀體系力學性能的變化。如混凝土中水與膠凝材料分布不均勻時會導致漿體粘度發(fā)生變化出現(xiàn)泌水現(xiàn)象；膠凝材料與骨料分布不均勻時會使得粗骨料下沉，導致沉降，離析等勻質(zhì)性問題；而骨料分布不均勻會使得混凝土的填充密實度下降，從而導致混凝土最終強度下降。VIVID-500(H) 和易型聚羧酸減水劑根據(jù)水，膠凝材料和骨料之間親疏水性的差異，量身打造分子結(jié)構(gòu)和表面活性，將水均勻分散至組分周圍形成“滾珠效應(yīng)”，其良好的流動性避免了“分子—水—分子”之間的化學作用力，有效鎖住水分，增大了組分之間的粘聚性，解決了離析，泌水等問題，從而實現(xiàn)鐵路高標準混凝土的要求。

[1] 鄧最亮，陳濤，馮中軍，等．VIVID-500 系列聚羧酸減水劑與萘系減水劑在重大工程中應(yīng)用性能對比[J]．混凝土，2013(5): 76-79．

[2] 薛慶．引氣劑與混凝土高性能化[J]．混凝土，2005,4: 22-25．

[3] 干健平．高性能混凝土配合比設(shè)計技術(shù)措施[J]．國外建材科技，2006,6: 28-29．

[4] 王培銘．蔗糖對硅酸鹽水泥凝結(jié)時間的影響[J]．上海建材學院學報，1996,9(2): 104．

［通訊地址］上海市喜泰路 237 號徐匯功能材料產(chǎn)業(yè)園 17 號樓（200232）

張祥（1991—），技術(shù)服務(wù)工程師，從事聚羧酸減水劑與水泥適應(yīng)性以及工程應(yīng)用研究。