新型聚羧酸系高性能减水剂在青岛海湾大桥工程中的应用研究

段 彬，齐淑芹

(1.山东华伟银凯建材有限公司，山东 淄博 256410;2.淄博鲁润工程管理咨询有限公司，山东 淄博 255000)

聚羧酸系高性能减水剂在混凝土施工中得到了越来越广泛的应用，已成为制备高性能混凝土的关键性材料[1]，它具有减水率高、坍落度损失小、绿色和环保等优点［2-4］。随着“十一五”计划的全面实施，聚羧酸系高性能减水剂将会在国家的各种基础建设中发挥重要作用。

1 工程概况

青岛海湾大桥是我国北方地区首座特大型海上集群工程，是山东省“五纵四横一环”公路网主框架的重要组成部分，为青岛市交通规划中“一路一桥一隧”的组成部分。海湾大桥起始于胶州湾高速李村河大桥北，中间连接红岛，终于黄岛经济开发区红石岩，顺接在建的青岛—莱芜高速公路。大桥全长26.707 km，主线为双向六车道，桥梁宽35 m，2010年底通车，为北方地区最大的海工混凝土桥梁结构，设计使用寿命为100年。

2 设计方案及原材料要求

1)该项工程的重要性是不言而喻的，因此从工程的设计、原材料的选择、施工质量的要求各方面都是非常高的。灌注桩为C35混凝土，承台和墩身为C40混凝土、C45混凝土，预制箱梁为C50混凝土;所有的混凝土结构，其质量都要达到高性能混凝土的要求，特别是对混凝土的抗收缩性、抗 Cl－渗透、抗渗、抗冻融等耐久性指标以及外观质量提出了很高的要求。以大桥预制箱梁为例:该箱梁是目前我国最大的预制混凝土梁之一，单片总长为60 m，梁面宽15 m，后张预应力施工，每架箱梁混凝土用量为870 m3，梁质量可达2 200 t。设计强度C50泵送混凝土，抗冻融300次，电通量值<800 C，混凝土拆模后要求表面无气泡，外光内实，可谓真正意义的高性能混凝土。

2)原材料选择 ①砂子:大沽河产河砂，平均细度模数为2.80，含泥量<1.5%，级配良好;②石子:即墨店集产5～20 mm连续级配的碎石，含泥量 <0.5%，坚固性、级配满足要求;③粉煤灰为电厂Ⅰ级灰，技术指标如表1。④矿粉为青岛产 S95级磨细矿渣粉，技术指标如表2。⑤水泥为山铝P.I52.5水泥，技术指标如表3。⑥外加剂:山东华伟银凯建材有限公司产NOF-AS聚羧酸系高性能减水剂，技术指标达到GB8076—1997和JG223—2007一等品要求。

表1 工程用粉煤灰主要技术指标 %

表2 工程用矿渣粉主要技术指标

表3 工程用水泥主要技术指标

3 混凝土试验研究

1)混凝土配合比的优化

大桥箱梁C50泵送混凝土配合比:针对各种原材料的情况，经过大量的试配试验，最终优选为两个配合比方案(见表4)。

表4 大桥箱梁混凝土配合比 kg/m3

2)不同种类聚羧酸系高性能减水剂对混凝土性能的影响

首先，针对不同的胶凝材料和混凝土配合比，聚羧酸系高性能减水剂的掺加量不同，其对新拌混凝土的性能及其力学性能的影响也是非常显著的。为了便于选择最佳的聚羧酸产品种类，对配合比①、配合比②进行了反复的验证后，最终确定聚羧酸系高性能减水剂(NOF-AS)的最佳掺量范围为胶凝材料总量的(0.30±0.02)%(以折固量计)。试验选择了四种类型的聚羧酸系高性能减水剂:ZL(酯类品种)、ML(醚类品种)、ZML(酯醚类)和ZMX(酯醚酰胺类)，在同掺量下(减水剂掺量为0.30%，以胶凝材料总量计)对混凝土的性能进行验证，见表5。

表5 不同聚羧酸系高性能减水剂品种对混凝土性能的影响

表5试验数据说明，ZMX类聚羧酸系高性能减水剂具有最佳的综合性能，最终选择ZMX类，即酯醚酰胺复合类聚羧酸系高性能减水剂为工程用减水剂产品。经验证两个配合比均能满足设计要求，并通过了监理验证审批。

3)含气量对混凝土性能的影响

新拌混凝土适当的含气量能改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵性;但对于≥C50的混凝土，若含气量>4.0%，则影响混凝土的后期强度、收缩率比、电通量指标和保塑性(见表6)。

表6 含气量对混凝土性能的影响(配合比①)

通过试验可以得出结论:对于C50箱梁泵送混凝土的最佳含气量范围为2.5% ～3.0%，可通过调整减水剂的组分结构可达到此目的。

4)新型(ZMX)聚羧酸系高性能减水剂的技术指标(见表7)

表7 ZMX聚羧酸高性能减水剂的主要技术指标

4 应用中出现的问题及解决方案

青岛海湾大桥建设工期为三年，期间各种原材料虽然有严格的控制，但不可避免地存在波动，如掺合料、砂和石料不可能保持完全一致;施工过程也经历春、夏、秋、冬四季，气温变化在 －7℃ ～30℃。这些因素都会对施工及混凝土的状态产生影响，这就需要外加剂产品应根据具体的情况作出相应的调整，以满足施工的要求。

4.1 混凝土含气量的问题

1)混凝土的含气量对其初始状态的流动度和扩展度、保塑性能、强度以及耐久性有着明显的影响。而在减水剂同掺量的条件下，新拌混凝土的含气量会随着胶凝材料(尤其是掺合料)的变化而发生明显的改变。因此，在施工和浇筑混凝土过程中要密切关注混凝土含气量的变化，根据实测数据随时调整减水剂的引气组分。

2)解决方案:每次开盘、每浇筑40 m3混凝土均须测定混凝土的坍落度和含气量(包括初始含气量、经运输后泵送前的含气量、入模含气量)以掌握混凝土含气量的变化。

聚羧酸系减水剂产品在生产过程中应先消除产品本身引入的气泡，再根据施工现场的情况，引入适量的稳定气泡。

4.2 环境气温变化对混凝土保塑性和可泵性的影响

1)随着施工环境温度和湿度的变化，混凝土的保塑性和可泵性会发生明显的变化。气温偏低时，混凝土容易出现板结、泌水、泵送后离析;气温偏高时(夏季)由于水分蒸发较快，容易出现混凝土泵送后失去流动性，混凝土表面初凝后易出现微裂缝。

2)解决方案:根据气温的变化分为四个区间:－7℃ ～5℃、>5℃ ～15℃，>15℃ ～25℃，>25℃～35℃。在某个气温季节中，减水剂组分选择不同的搭配比例进行合成生产，然后用现场配合比加以验证，使其与施工环境因素相匹配，以确保混凝土的施工质量。

5 工程应用效果

海湾大桥大型箱梁从施工至今已顺利进行了两年多的时间，数百架箱梁已经验收并成功安装到位。整个过程可概括为:原材料严格把关，施工过程精心控制，顺利地施工和预期张拉、拆模;外观质量:光亮、无气泡、色泽均匀;混凝土的各项力学指标、耐久性指标均完全达到设计验收要求。见图1。

6 结束语

通过对青岛海湾大桥特大型预制箱梁C50泵送混凝土新型高性能减水剂的研究应用，可归纳为以下四点:

1)高性能混凝土的制备应对原材料进行严格的控制，配合比要进行优选;

图1 验收合格箱梁

2)单一品种的聚羧酸减水剂很难满足高性能混凝土的特殊要求，应采用复合类的聚羧酸减水剂;

3)含气量对混凝土的各种性能的影响非常明显，应根据具体情况找出最佳含气量范围;

4)关注施工环境的温度、湿度变化，根据情况调整减水剂组分进行生产以适应变化的施工环境，确保施工要求。

[1] 王栋民，熊卫峰，左彦峰，等.聚羧酸盐高性能减水剂的制备、作用机理及应用现状［J］.混凝土，2008(5):64-67.

[2] 郭延辉，郭京育.聚羧酸系高性能减水剂及其工程应用发展综述［C］//聚羧酸系高性能减水剂及其工程应用研究会议论文，北京:中国铁道出版社，2007(6):1-9.

[3] 李崇智，李永德，冯乃谦.聚羧酸盐系高性能减水剂的研制及其性能［J］.混凝土与水泥制品，2002(2):3-6.

[4] 李崇智，冯乃谦.聚羧酸类高性能减水剂的研究进展［J］.化学建材，2001(6):10-12.