聚羧酸系高效减水剂在南水北调保定漕河段工程中的应用

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摘要：目前，在众多系列的减水剂中，具有梳形分子结构的聚羧酸类减水剂具有分散性强，混凝土坍落度损失小等优越特性，是国内外化学外加剂研究与开发的热点。CS-SP1型第三代聚羧酸高效减水剂由于其具有高减水率、低水化热、低收缩且自身氯离子含量和碱含量低等优异性能被应用于南水北调保定漕河段工程中。本文主要介绍了CS-SP1型超塑化剂在南水北调保定漕河段工程中以高减水率、高性能、低收缩为主要技术指标的水工大体积薄壁混凝土中的应用。关键词：聚羧酸系、减水剂、抗裂、水工高性能混凝土ApplicationofPolycarboxylateWaterReducingAgentinCaoheReachofBaodinginProjecttoDivertWaterFromtheYangtzeRivertoNorthChinaXiaYi1,JuKecheng2,ZhenJian1,ZhangYuan1(1.CSChemical(Shanghai)Co.,Ltd,Shanghai200040;2No.4InstituteofChinaWaterConservancyHydropowerXining810000)(2.Abstract:Atpresent,polycarboxylatewaterreducingagentswiththecarboxylmoleculestructurearesuperiortootherwaterreducingagentsandfeaturesas:highdispersibilityandmallconcreteslumploss,thereforetheyarethehotproductssearchedbyalltheRDinstituteshomeandabroad.Thethirdgenerationofpolycarboxylatehighperformancewaterreducingagent,CS-SP1,featureswithhighwaterreducingrate,lowhydrationheatandlowcontraction,besidestheseadvantages,lowchlorideionandalkalicontentofCS-SP1canalsobeappliedinCaohereachofBaodinginprojecttopertwaterfromtheYangtzeRivertonorthChina.HereinwemainlyintroducetheapplicationofsuperplasticizerCS-SP1inthehydraulicstructureofmassconcreteinthisproject,themajortechnicalindicatorsarehighwaterreducingrate,highperformanceandlowcontraction.Keywords:polycarboxylate,waterreducingagent,anti-crack,highperformancehydraulicstructureconcrete.1工程概况
南水北调中线总干渠漕河渡槽段是南水北调中线京石段应及供水工程的重要组成部分，是南水北调中线工程总干渠上的一座大型交叉建筑物。工程位于河北省满城县城西约9公里的神星镇与荆山村之间，距保定市约30公里。
工程所在区域为暖温带大陆性季风气候区，漕河干渠线路总长9319.7m，渡槽全长2300m，设计流量125m3，加大流量150m3，地震设计烈度为6度，渡槽的建筑物等级为I级。该段工程由进口段、进口连接段、漕身段组成。渡槽槽身为大体积薄壁结构，多侧墙段为三漕一联简支结构预应力混凝土，具有跨度大、结构薄、级配小、等级高的优点，最大单跨长度30m，底宽20.6m，底板厚50m；漕河渡槽为大体积薄壁结构，采用C2850F200W6高性能混凝土施工，槽身钢筋密，采用最大骨料粒径25mm的骨料。
该项工程具有两个特点：1.使用高性能混凝土，2部位为水工大体积薄壁结构。防止混凝土的收缩开裂技术为该工程的主要技术目标。2原材料
2.1水泥：河北太行P.O42.5普通硅酸盐水泥，比表面积371m2kg，密度3.09gcm3，初凝1h:58min，终凝3h:03min；抗压强度：39.6MPa3d，71.4MPa28d；抗折强度：6.6MPa3d，9.2MPa28d；水化热：272kJkg，314kJkg。
2.2粉煤灰：河北微水II级粉煤灰，细度9.7%，需水量比96%，密度2.14gcm3，烧失量2.95%，碱含量0.79%，SO3含量0.32%。
2.3硅粉：青海山川硅粉，密度2.27gcm3，粒度0.2-0.4μm，烧失量2.2%，碱含量2.2%，SO3含量1.28%。
2.4砂：漕河天然砂，细度模数2.73，属中砂，连续级配，砂子表观密度2700kgm3，堆积密度1560kgm3，空隙率42%，含泥量0.9%，SO3含量0.02%。
2.5石子：葛洲坝集团生产的槽身人工碎石，按粒径5-10mm:粒经10-25mm=30:70的比例进行掺配，配成5-25mm连续级配。表观密度2710kgm3，堆积密度1540kgm3，空隙率43%，针片状含量1.9%，含泥量0.6%。
2.6外加剂：淘正化工有限公司生产的CS-SP1型聚羧酸系高效减水剂，固含量31%，密度1.086gcm3，Cl-含量0.01%，SO3含量0.76%，碱含量1.62%，含气量1.9%，减水率30.6%。石家庄市中伟建材有限公司生产的DH9A引气剂。
2.7纤维：华神聚丙烯纤维。
2.8水：自来水。3混凝土主要性能指标和高性能水工混凝土配合比设计技术路线
3.1该砼为南水北调中线京石应急供水工程漕河渡槽C50高性能薄壁结构混凝土，主要技术指标性能如下：
工作性能；新拌混凝土出机坍落度180-220mm，15min坍落度不低于180mm。初凝时间不低于10h，含气量控制在4.0±1.0%。
力学性能：满足《水工混凝土施工规范》C50高性能混凝土配制设计强度59.1MPa，弹性模量≥3.45×104MPa。
耐久性能：抗冻等级≥F200，抗渗等级≥W8，干缩变形≤350×10-6。
3.2水工高性能薄壁混凝土配合比设计路线：
由于在薄壁结构中采用高性能混凝土是极易发生开裂的，为提高高性能混凝土的抗裂性能，从调整混凝土的几大参数入手，研究各种材料复合后对混凝土性能的影响，通过掺加第三代高效减水剂降低单位用水量、减少水泥用量、降低水化热，掺加不同组合高性能活性掺合料以提高混凝土耐久性，并掺加聚丙烯纤维、减缩剂以达到防裂效果。
4外加剂对比试验及性能结果
根据《漕河渡槽C50混凝土配合比试验大纲》和《对关于II标段渡槽C50混凝土配合比的报告的批复意见》中的要求，外加剂选用石家庄某公司的GK系列外加剂和江苏某公司的JM系列外加剂进行试验；另根据高性能混凝土的特点，选用了碱含量低且具有抗裂性能的淘正化工有限公司生产的CS-SP1型聚羧酸系高效减水剂进行实验。
4.1外加剂匀质性
外加剂匀质性检验结果见表1-1。表1-1外加剂匀质性试验结果
名称CS-SP1GKJM

聚羧酸系高效减水剂在南水北调保定漕河段工程中的应用

状态	密度(gml)	细度(%)	固体含量(%)	氯离子含量(%)	硫酸盐含量(%)	碱含量(%)	pH值	表面张力(mNm)
液体	1.0858	—	31.0	0.01	0.76	1.62	6.6	—
粉剂	1.0023	1.88	93.57	0.022	—	6.36	8.5	68.5
粉剂	1.0027	1.68	94.0	0.023	4.38	11.22	7.98	66.5

从外加剂匀质性检验结果中可以看出：第三代聚羧酸系高效减水剂CS-SP1在氯离子含量、硫酸盐含量和碱含量方面都明显低于另两种外加剂，这说明了第三代聚羧酸系减水剂在对混凝土的耐久性、抗腐蚀性方面都是有一定优势的。

4.2掺外加剂混凝土性能试验
掺外加剂混凝土性能试验结果见表1-2、表1-3。表1-2掺外加剂混凝土性能试验结果1

编号品种1234567

外加剂	用水量	坍落度(mm)	和易性	减水率(%)	含气量(%)	泌水率比(%)
掺量
基准	—	185	86	较好	—	1.6	100
CS-SP1	0.8	140	85	好	24.3	1.8	8.4
1.0	132	88	好	28.6	1.9	12.2
JM	0.5	148	78	好	20.0	2.0	35.4
0.7	141	89	较好	23.8	2.3	60.8
GK	0.5	147	83	较好	20.5	1.9	41.2
0.7	139	90	较好	24.9	2.0	69.5

表1-3掺外加剂混凝土性能试验结果2编号品种1234567

外加剂	凝结时间	抗压强度抗压强度比
掺量	初凝	终凝	3d	7d	28d
基准	—	8:52	12:35	9.8100	16.5100	29.0100
CS-SP1	0.8	9:55	13:48	14.5148	23.5142	39.8137
1.0	10:30	14:25	16.6169	26.8162	44.2152
JM	0.5	11:05	15:15	12.8131	21.4130	36.8127
0.7	12:45	16:28	14.4147	25.6155	42.6147
GK	0.5	9:30	13:08	13.2135	22.8138	38.8134
0.7	10:45	14:18	13.8141	25.7156	44.2152

根据实验结果，聚羧酸系高效减水剂CS-SP1具有较高的减水率，掺CS-SP1的混凝土和易性很好，同时抗压强度比很高，在不影响早期强度发展的情况下具有一定的缓凝作用，可以大幅度降低高性能混凝土的胶材用量和水化热，对高性能混凝土的抗裂性能也有一定的作用。

5混凝土配合比及性能测试结果

5.1大体积薄壁结构C50水工高性能混凝土配合比

根据《水工混凝土施工规范》的技术指标、原材料的情况和以往的施工经验，经过几个不同阶段的大量试配和试验研究，在最后复合试验研究中设计了三个推荐漕河渡槽高性能混凝土施工配合比。混凝土配合比见表2-1。

表2-1高性能混凝土复合试验配合比

组别123

水泥	粉煤灰	硅灰	砂子	石子	CS-SP1	DH9A	减缩剂	纤维	水胶比
339	91	23	739	1065	4.08	0.068	3.62	0.9	0.32
329	88	22	746	1073	3.95	0.066	0	0.9	0.33
386	97	0	729	1052	4.35	0.072	0	0.9	0.30

5.2新拌混凝土工作性能
见表2-2表2-2新拌混凝土工作性能组别123

砼温	出机坍落度	15min坍落度	含气量	初凝	终凝	泌水率	粘聚性	析水情况	外观
14	180	181	3.6	12:45	15:52	0.10	较好	无	较好
15	180	124	6.3	13:56	17:22	0	好	无	好
16	204	192	1.8	7:00	12:56	2.15	好	泌浆	粘地

从新拌混凝土工作性能和和易性能上来看，第二组混凝土性能明显好于其它两组，第三组混凝土由于单掺粉煤灰，表现出泌水泌浆和粘地的现象，和易性能最差。

5.3混凝土力学性能
见表2-3
从混凝土力学性能上来看，三组配合比表现的混凝土力学性能均能满足施工设计的要求。
5.4混凝土收缩性能
见表2-4
根据混凝土收缩的试验结果：第二组配合比的28d干缩率明显要低于其它两组，这对混凝土的收缩抗裂性能有较大的意义。表2-3混凝土力学性能组别7d123

抗压强度	劈拉强度	轴拉强度	轴压强度(MPa)	抗压弹模(GPa)
14d	28d	7d	14d	28d	7d	28d	28d	28d
50.6	62.2	65.3	3.05	3.84	4.36	3.72	4.64	44.2	34.4
42.1	59.4	61.1	2.97	3.27	4.75	3.34	4.08	42.2	35.5
51.7	63.8	67.2	3.40	3.56	3.71	3.54	3.97	34.0	39.5

表2-4混凝土收缩性能组别3d123

干缩率
7d	14d	28d
0	-78	-164	-241
-58	-96	-153	-173
-77	-96	-135	-193

从设计指标上来看，前两组配合比的试验结果均满足设计要求。其中，第二种方案与第一种相比，减少了高性能混凝土整体胶凝材料用量，这与第三代聚羧酸系高效减水剂CS-SP1的高减水率、高增强效果及水泥较高的富余强度是分不开的。第三种单掺粉煤灰的高性能混凝土设计方案的混凝土圆环抗裂试验结果最差，且拌合物工作性能很差。表现为拌合物粘稠、粘地板、泌水泌浆、表面气泡大量上浮，粉煤灰飘逸，骨料下沉，混凝土分离。因此综合各项技术指标，最终确定采用第二种方案作为施工配合比。6工程应用
南水北调中线总干渠漕河渡槽第II标段由中国水利水电第四工程局承担，该项目于2006年3月底进行了模拟施工试验。混凝土拌合物和易性较好，满足施工要求，并于4月份开始施工。在施工过程中，C50大体积薄壁混凝土和易性好，无泌水泌浆，浆体状态饱满，便于施工。且浇注后混凝土外观良好，未出现任何形式的裂缝，获得施工方的一致好评。7结论
淘正CS-SP1聚羧酸系减水剂具有高减水率、低水化热、高增强效果、低收缩且自身氯离子含量和碱含量低等优异性能。在漕河渡槽工程中应用于大体积薄壁混凝土体现了与水泥及掺合料的适应性好，新拌混凝土工作性高，表观良好，强度高、收缩低等优点。适合于配制高性能水工混凝土
。最终确定的南水北调中线京石应急供水工程漕河渡槽C50高性能混凝土配合比，各项性能指标满足设计要求。该施工配合比方案具有用水量低、胶材用量少、和易性好、方便施工等特点。
大体积薄壁结构混凝土耐久安全性、特别是抗裂等问题仍然是需要深入研究探讨的问题。在该工程中通过掺加第三代高效减水剂降低单位用水量减少多余水分、降低水泥用量从而降低水化热，掺加不同组合高性能活性掺合料以提高混凝土耐久性，并掺加聚丙烯纤维、减缩剂以达到防裂效果。参考文献：[1]吴中伟、廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.9[2]田育功等.大体积薄壁结构高性能混凝土抗裂研究报告.中国水利水电第四工程局勘测设计研究院，2006.2[3]《水工混凝土施工规范》作者：夏艺，联系电话：；单位：淘正化工有限公司841号1502室，电话：，邮编：200040　原作者：淘正化工有限公司夏艺甄键张渊;中国水利水电第四工程局巨克成

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