聚羧酸混凝土高效减水剂在青岛海湾大桥工程中的应用

摘要：聚羧酸混凝土高效减水剂在目前被认为是性质最好的混凝土减水剂，本文以青岛海湾大桥十合同中所用的聚羧酸混凝土高效减水剂为例，介绍聚羧酸高效减水剂在北方第一跨海大桥青岛海湾大桥工程中的应用。

关键词：聚羧酸高效减水剂 应用青岛海湾大桥

1、引言

青岛海湾大桥是国家高速公路网青岛至兰州高速公路的起点段，是山东省“五纵四横一环”公路网主框架的重要组成部分，是青岛市规划的胶州湾东西两岸跨海通道“一路、一桥、一隧”中的“一桥”。大桥建成通车后，将进一步完善青岛市东西跨海交通联系，促进青岛市经济战略西移，解决黄岛前湾港外贸集装箱的疏运，大大缓解青岛胶州湾高速公路日趋饱和的交通压力，对发挥青岛市在山东省经济发展的龙头作用，对加快胶州半岛城市群的发展，将起到极大的促进作用。

2、青岛海湾大桥是我国在北方寒冷冰冻海域第一座特大型桥梁集群工程，工程概算90.4亿元。青岛海湾大桥第十合同段位于青岛市黄岛岸侧，起迄点桩号为：K30+650.00～K33+200.00。主要工程内容有373#～424#墩的下部结构、373#～424#墩的上部结构及桥面系工程（中央分隔带护栏、支座和泄水孔等）。其中下部构造采用花瓶式墩身、方形分离式承台，基础采用钻孔灌注桩，共有桩径为150cm 的钻孔灌注桩416根，全部为海工高性能混凝土。

3、作为百年寿命的北方第一跨海大桥的青岛海湾大桥所用的混凝土全部为掺聚羧酸高效减水剂的高性能混凝土。高性能混凝土的设计步骤如下：

3.1青岛海湾大桥工程所用原材料

（1）水泥：山东淄博山铝水泥厂生产的P.I52.5水泥。品质指标如下：

（2）砂子：莱西大沽河砂。品质指标如下：

（3）碎石：沂水碎石厂生产的5-20mm碎石。品质指标如下

（4）所用的聚羧酸高效减水剂主要有：淄博华伟银凯的N0F-AS、山东建科院的NC-J、江苏博特的JM-PCA、天津西卡的3301CB-A，几个厂家的聚羧酸减水剂的比较如下：

（5）矿渣粉：青岛中矿宏远工贸有限公司生产的S75级矿渣粉。品质指标如下：

密度g/cm3 比表面积m2/kg 活性指数% 流动度比% 含水量% 烧失量% MgO含量% 碱含量%

7d 28d

2.6 386 93 119 108 0.4 2.1 11.0 0.9

（6）粉煤灰：山东杰祥粉煤灰有限公司生产的一级粉煤灰。品质指标如下：

细度%0.045mm筛 需水比% SO3% 密度g/cm3 f-CaO% 碱含量% 氯离子含量%

6.8 84 0.5 2.2 1.88 1.68 0.03

（7）拌合水：青岛地区的饮用水。品质指标如下：

PH C1-mg/l SO42-mg/l 不溶物mg/l 可溶物mg/l 碱含量mg/l

6.8 118 68 636 96 68

符合规范《混凝土拌合水》JGJ63-2006的要求。

3.2高性能混凝土配合比的设计：

C40承台混凝土坍落度要求为180-200mm，28天电通量低于1000库伦。水胶比为0.32.进行混凝土的配合比设计：

测定砂、石混合料的孔隙率，试验结果见下表

砂率% 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

振实密度 1950 1953 1972 1975 1988 1998 1984 1980 1928 1965 1960

表观密度 2639 2636 2635 2631 2640 2637 2638 2637 2641 2637 2634

孔隙率% 26.1 25.9 25.2 24.9 24.7 24.6 24.8 24.9 25.1 25.5 25.4

从上表中数据可知：当砂率为41%时，砂、石混合料的孔隙率最小为24.6%.取浆体的富裕量为9%，则浆体体积为9%+24.6%=33.6%，即：1m3的混凝土中有浆体336L.

水胶比为0.32，掺入矿渣粉为35%、粉煤灰为15%，则：

胶凝材料用量= 1 =1.467

浆体体积0.5+ 0.3+0.2 +0.32

3.152.6 2.2

即：1L浆体有胶凝材料.467kg，

所以，1m3混凝土中有胶凝材料B=1.467*336=493kg

水泥用量C=246kg；粉煤灰用量F=74kg；矿渣粉用量K=173kg；用水量W=493*0.32=158kg

集料的总用量S+G=（1000-336）*2.637=1751kg

取砂率为41%，则砂用量S=1751*41%=718kg

碎石用量G=1751*(1-41%)=1033kg

水泥C 矿渣粉K 粉煤灰F 用水量W 砂子用量S 碎石用量G 减水剂

246 173 74 158 718 1033 3.94

按比配合比试拌，混凝土拌合物初始坍落度200mm，1h后坍落度190mm，容重2385kg/m3，制作试件2组，R7为48.3N/mm2，R28为68.9N/mm2，电通量28d为678C.满足设计要求。

4、聚羧酸高效减水剂虽然被认为是目前品质最好的混凝土减水剂，但在工程使用的过程中我们也发现

4.1使用聚羧酸高效减水剂拌出的混凝土的状态、和易性、流动性等与材料的用量有很大的关系。下表是我们以不同的水泥用量所作的试验，从试验结果可以明显看出这个问题。

基准水泥kg 330 360 380 420

减水率% 18 25 29 34

同是C30的混凝土，胶凝材料用量单方多10-20kg，拌合物的和易性将会发生很大改变，和易不好的混凝土会变的很好，难怪我们常发现一些外加剂厂家送样时，要求我们用泵送剂的标准去检验，不用减水剂的标准去检验，因为减水剂标准规定基准水泥用量是330±5kg/m3，泵送剂标准规定基准水泥用量为390±10kg/m3。

4.2聚羧酸高效减水剂对用水量十分敏感，也就是说，聚羧酸高效减水剂拌出的混凝土状态与砂、石含水率有很大关系。

在本项目试拌C40承台配合时，我们发现这种情况：利用风干砂、拌制出状态令人满意的混凝土，而时值深秋季节，海上空气潮湿，再用准备好的砂子试拌，拌合物却出现露石堆起、泌水扒底现象，众人分析不得其解，于是建议将砂子烘一下，用烘干的砂子再拌，结果状态非常理想，事实说明，聚羧酸高效减水剂用水量敏感，单方用水量增加2-3kg，状态就发生很大的变化。

4.3聚羧酸高效减水剂的减水率大小，与砂子的超粒径含量有关，不同的骨料，不同的砂率会使聚羧酸高效减水剂出现不同的塑化效果。砂子过筛不过筛，拌出的混凝土拌合物状态有很大的差别。在第四驻地办验证五合同的桩基配合比时，起初砂未过筛，拌出的混凝土与后来过筛后的砂拌制的混凝土流动性状态相差很大，后者的坍落度远远大于前者的坍落度。

4.4掺合料的掺量使聚羧酸高效减水剂表现出优于萘系减水剂的效果。

4.5在胶凝材料用量相同的情况下，随着减水剂掺量的增大，聚羧酸高效减水剂的减水率呈现先增大后减小的现象。

综上所述，聚羧酸外加剂在使用时，应该注意聚羧酸减水剂在应用过程中出现的一些异常情况：

(1）在混凝土拌合物拌制的过程中，有时会出现拌合物异常黏稠、干涩的现象；稍一加水又会出现泌水严重的现象。

(2）不同的试验条件下，聚羧酸减水剂表现出不同的减水率。表现在以下几个方面：

①胶凝材料用量不同，减水率不同。

②不同的骨料级配、不同的砂率使聚羧酸减水剂表现出不同的塑化效果。

③用手工拌合的拌合物测得的减水率比机械拌合的拌合物测得的减水率低1%～4%。

④大掺量的掺和料使聚羧酸减水剂表现出优于萘系减水剂的效果。

(3）减水剂的掺量 在很大程度上决定了减水剂的减水效果。

(4)在胶凝材料用量相同的情况下，随着减水剂掺量的不断增大，聚羧酸减水剂的减水率呈现先增大后减小的现象。

(5)用聚羧酸减水剂配制的混凝土拌合物性能对用水量相对较敏感。用水量稍微增加，将使混凝土拌合物状态发生变化：露石堆起、泌水、扒底或发散和干涩现象时常发生。试验表明：一方混凝土中的用水量只要增加1～3kg，良好的混凝土状态将出现严重的泌水现象。

5、结束语：

聚羧酸减水剂作为继萘系、蜜胺系、脂肪系和氨基磺酸盐系减水剂之后，研制成功的一种新型高效减水剂，以其以掺量低时就能表现出理想的减水增强效果，对混凝土凝结时间影响较小，坍落度保持较好，对胺凝材料适应性相对较好，对混凝土干缩影响较小，生产过程中不使用甲醛和不排出废液；SO42-和CL-的含量较低等优点一出现就受到研究人员和应用人员的推崇，被广泛地应用在公路、铁路、海港等工程中。但在实际应用中也表现出混凝土对减水剂掺量和用水量敏感，与其他减水剂或改性组分相容性差等一些不乏人满意的现象。由于目前人们对聚羧酸减水剂的认识还较肤浅，应用方面经验不足，解决这些问题还需要人们继续探索，不能一蹴而就，应该充分认识、了解、广泛地积累实践经验，以便为更好地应用这种高效减水剂献计献策。

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