聚羧酸高性能减水剂在高速铁路高性能混凝土中的试验与应用

李林，周效谅，李桂青

（巴斯夫化学建材（中国）有限公司，上海，200137）

0 前言

至2008年底，我国铁路营运里程已达7.9 万公里，位居世界第三，但每万人平均拥有的铁路公里数量仅为0.61km, 远远落后于加拿大、美国、日本、欧洲等发达国家,与印度数量相近[1]。因此2004年初国家相继批准了一大批铁路重点工程开工，同年1月，国务院审议通过了我国铁路史上第一个《中长期铁路网规划》，确定了到2020年铁路建设的宏伟蓝图。2008年10月铁道部又对《中长期铁路网规划》进行了调整, 把原定2020年铁路营运里程达到10 万公里以上增加到12 万公里以上, 其中客运专线由1.2 万公里调整为1.6 万公里。截至2009年年底，我国铁路营运里程达到8.6 万公里，跃居世界第二，此时包括京沪高速铁路等在建铁路重点工程有二百七十四项[2]。预计2010年至2012年，新线投产达到2.6 万公里，其中客运专线9200 公里。到2012年底，我国铁路营业里程将达到11 万公里以上，其中客运专线和城际铁路将达到1.3 万公里，建成新客站800 多座。

为充分发挥高速铁路建设的经济效益与社会效益，提出高速铁路主体结构设计年限通常为100年的技术要求，为满足工程结构耐久性要求，铁道部于2005年颁布了《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》(铁科技〔2005〕101 号)，对混凝土的高性能化提出了具体的技术要求。高性能混凝土（HPC）是一种新型的混凝土,区别于传统混凝土，把耐久性作为首要技术指标。并且针对不同用途要求,高性能混凝土对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性有重点地予以保证[3]。为此, 高性能混凝土的配制除了选用优质原材料与矿物掺合料低水胶以外，在很大程度上还必须依赖减水剂性能的大幅度提高，而第三代聚羧酸系减水剂的性能更优越、更接近于高性能混凝土对于减水剂功能的要求[4]，因此被指定为高铁建设的专用减水剂。

1 高速铁路混凝土对外加剂的技术要求

2005年9月铁道部发布的铁建设[2005]160 号文《施工质量验收补充标准》明确规定了混凝土外加剂的各项性能，并在2009年作了修订，要求更高更严谨，详见表1。

聚羧酸高性能减水剂具有独特的梳状分子结构，能在水泥颗粒表面形成立体保护层，因此，同萘系、脂肪族、氨基磺酸盐等高效减水剂相比，对多种水泥适应性更好，分散能力强，掺量少，一般为0.1%～0.4%（按固含量计，下同），常用掺量为0.15%～0.25%，当其掺量达0.2%～0.4%时，混凝土减水率大幅度增加（达20%～40%），增强幅度也显著提高（早期达30%～140%，后期达20%～80%）；适量引气，减少泌水，和易性好，坍落度损失少，综合性能优越，无害杂质少（在生产过程中，不添加甲醛等有害物），有利于提高混凝土抗渗、抗冻性等耐久性能，特别适于配制高强高性能混凝土[5]。文成海等人[6]在对多个配合比进行对比后发现，萘系减水剂与聚羧酸高性能减水剂相比不易满足高速铁路高性能化的要求。

2 Rheoplus 329 系列聚羧酸高性能减水剂在铁路工程中的应用

表1 铁路工程混凝土外加剂的技术要求

巴斯夫化学建材（中国）有限公司（上海麦斯特建材有限公司、广东柯杰外加剂科技有限公司）是首批通过铁道部对外加剂生产企业进行企业及产品认证的八家企业之一，而Rheoplus 329 是巴斯夫化学建材（中国）有限公司专门针对中国高速铁路高性能混凝土研发的聚羧酸高性能减水剂，本产品具有出色的减水性，其配制的混凝土具有优异的早期和后期强度、低渗透性、高耐久性等特点，完全满足高速铁路高性能混凝土对外加剂的要求。截止目前，Rheoplus 329 系列聚羧酸高性能减水剂已在武广客运专线，温福铁路白马河特大桥、广深港客运专线、郑西客运专线、贵广铁路、石武铁路、太中银铁路等项目近百万方C15～C50 的高性能混凝土中得到应用，取得显著技术效果、经济与社会效益。

表2 现场抽样检测数据

2.1 在高速铁路武广客运专线Ⅴ标二工区中的应用[7]

工程为武广客运专线乌龙泉至花都段新建工程Ⅴ标（广东韶关段），施工里程总长18.6km，设计最高时速为350km/h。工程所用混凝土均为高性能混凝土，环境条件为二级碳化环境（T2）及二级化学侵蚀环境（H2），在工程现有胶凝材料与骨料前提下，该工程对外加剂的要求非常之高。

在实际施工使用过程中，聚羧酸高性能减水剂掺量为0.65%～0.70%，不仅保证了施工对混凝土拌合物的工作性能要求，而且还保证了混凝土后期强度与耐久性能。以扩大基础C30 泵送混凝土设计（W/B=0.44）为例，在现场试件抽检中，28d 实测强度都在39.4～43.4MPa 之间（见表2），56d 电通量为834～877C，满足T2H2 ≤1200C 的要求。通过室内及现场混凝土试验发现，该聚羧酸高性能减水剂具有高减水率、低碱、低氯离子含量、高工作性能、强度高等特点。

2.2 在武广客运专线XXTJI标（湖北咸宁段）中的应用[8]

该标段由铁十一局二工区承建，长16.2km，主要工程包括3423.2m 淦河特大桥、3167.96m 丁泗河特大桥等十多项。施工中制作的混凝土试件强度与配合比设计时的强度比较一致，表3是在C15～C35HPC 施工过程中使用高性能减水剂施工时的配合比与所制试件的强度（为随机抽查的强度）。

表3 XXTJI 标段施工配合比与实际强度

2.3 在武广客运专线新广州站C50高性能混凝土的应用[9]

武广客运专线新广州站及相关工程区间站前工程ZQ-Ⅱ标段由中铁大桥局股份公司承建，全长11.859km，其主要工程包括：跨环城高速特大桥一座，全长11.322 双线公里，架设32m 与24m 预制箱梁共278 孔，现浇连续梁(刚构)14 座。基础设施设计速度目标值350km/h，全线采用高性能混凝土，主体结构设计寿命100年。该标段预应力混凝土梁混凝土的设计使用寿命为100年，碳化环境类别为T2，无氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境的作用。同时依据客运专线无碴（有碴）轨道后张法预应力混凝土简支箱梁设计图纸的要求，拟定混凝土设计参数如下：a)强度等级：C50；b)抗渗等级：大于P20；c)电通量（56d）：小于1000C；d)要求坍落度：180～200mm。现场进行混凝土试配，试验数据见表4。

通过试验，以上混凝土配合比的拌合物各项性能指标良好，考虑到预应力混凝土预制梁的施工工艺和环节较多，对梁体张拉的强度，周期要求较高，结合经济性指标分析，选用W/B=0.33，水泥用量为390kg/m3的C50-2 作为施工配合比。

在实际施工中，混凝土28d 强度都在68.5～78.3MPa 之间，达到了设计强度的137%～157%，28d 弹性模量40GPa 左右，电通量亦能达到设计要求。

表4 混凝土配合比设计及试验结果

表5 C25～C45HPC 配合比、强度与电通量汇总表

表6 耐久性混凝土配合比设计及试验结果

2.4 在温福铁路白马河特大桥（C25～C45HPC）中的施工应用[10]

大桥全长3126.96m，主桥宽13m，由10×32m简支箱梁、(80m+3×145m+80m) 连续刚构、15×61m 简支箱梁、(48m+80m+48m)连续梁、31×32m 简支箱梁组成。全桥混凝土总量为23.4 万m3，桩、墩、承台等为C25～C45HPC，梁为C50HPC，建成为可满足200km/h 高速通行的需要。

聚羧酸高性能减水剂在该大桥工程桩、墩、承台等C25～C45 各类HPC 中被大量应用，表5是在施工过程中使用聚羧酸高性能减水剂所制试件的相关数据，实际强度达设计强度的130%～176%（为随机抽查63 组的强度）；主要耐久性指标56d 电通量设计值为800～2000C，实际仅为362～627C；抗裂性能好，连续28d 观察，无肉眼可见裂纹，能够很好满足设计与施工要求。

2.5 在贵广铁路GGTj-13标段的施工应用

贵广铁路GGTj-13 标段起点三水青歧涌，经三水南站，终点佛山机场附近，地处广东省佛山市境内，由中交四航局承建。本标段主要包括正线桥梁9 座21.31km，隧道1 座3.75km，路基13.61km，车站2 座（三水南站、佛山西站）；横江疏解区联络线桥梁2 座4.516km，中基2.688km；箱梁制（存）梁场1 处，特大桥3 座，北江特大桥全长11.5km。通过室内试验及现场施工所制试件，使用聚羧酸高性能减水剂配制的高性能混凝土各项性能指标良好，满足设计要求。

3 结束语

（1）高速铁路主体结构设计年限通常为100年，因此提高混凝土耐久性意义重大，区别于传统混凝土, 高性能混凝土把耐久性作为首要技术指标，其配制特点是选用优质原材料与低水胶比，且在很大程度上还必须依赖减水剂性能的大幅度提高，聚羧酸系减水剂优越的性能使其满足高性能混凝土对于减水剂功能的要求。

（2）同萘系、脂肪族、氨基磺酸盐等高效减水剂相比，聚羧酸高性能减水剂对多种水泥适应性更好，分散能力强, 掺量少, 混凝土拌合物的流动性和流动保持性好，坍落度损失小，综合性能优越，特别适于配制高强高性能混凝土。

（3）巴斯夫公司生产的Rheoplus 329 系列聚羧酸高性能减水剂已成功应用于武广客运专线、温福铁路、广深港客运专线、郑西客运专线、贵广铁路、石武铁路等众多重大铁路工程项目，各项指标均符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》与《铁路耐久性混凝土设计暂行规定》的设计与施工要求，其产品性能的稳定性及广泛的原材料适应性得到了充分的验证和考验，并取得了显著的技术效果、经济与社会效益，可大量推广使用，为聚羧酸高性能减水剂在更大范围的推广应用积累了大量的经验，奠定了良好基础，进而加快中国混凝土技术进步的进程。

[1] 张勇,杨富民.高性能混凝土在我国高速铁路工程中的应用与展望[J].施工技术，2009(1).

[2] http://www.gxnews.com.c n.2009-12-10.

[3] 吴中伟, 廉慧珍.高性能混凝土[M].北京: 中国铁道出版社, 2005.

[4] 延辉，郭京育，赵霄龙,等. 聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术—现状、发展趋势和我们的任务[A ]. 聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术[M]. 北京:机械工业出版社, 2005, 8: 3- 10

[5] 黄耀明等. KJ 系列缓凝高效减水剂与KJ - J S 高性能减水剂在混凝土公路及桥梁工程上的应用[J]，混凝土，2007（7）.

[6] 文成海，成晚香. 京津城际铁路凉水河特大桥下部结构高性能配合比的选定[J]. 铁道标准设计，2006:42-45

[7] 邓素军. 聚羧酸KJ-JS 高性能减水剂在武广客运专线Ⅴ标高性能混凝土的选择与应用[A]/聚羧酸高性能减水剂研究与工程应用[C].2007, 2.

[8] 毕宝山.聚羧酸KJ-JS 高性能减水剂在武广客运专线XXTJI 标高性能混凝土中的应用[A]/聚羧酸高性能减水剂研究与工程应用[C].2007, 3.

[9] 中铁大桥局股份有限公司. C50 预应力梁混凝土配合比设计书[M].2006, 9.

[10] 刘岭. 聚羧酸KJ-JS 高性能减水剂在白马河特大桥高性能混凝土中的耐久性试验与应用[J]. 商品混凝土，2007, 3.