聚羧酸减水剂在电厂空冷塔的应用

【摘要】电厂空冷塔对混凝土拌合物的和易性、坍落度损失等各项性能及早期强度、设计强度外观工艺等均提出了较高的要求，采用KTPCA-1复合型聚羧酸外加剂成功地解决了各项难题，塑造了“亚州第一塔”的品牌工程。

【关键词】空冷塔；聚羧酸复合外加剂；高性能混凝土；耐久性

1.　引言

山西山阴煤矸石综合利用电厂间接空冷冷却塔号称“亚洲第一塔”，是集冷却塔、脱硫塔、烟囱于一体的“三塔合一”设计，混凝土总量为40107m3、钢筋总量5768t.因此工程的施工难度很大，对混凝土的各项性能要求很高，同时还要满足进度、外观工艺等各方面的施工要求，以及考虑因天气、环境等方面因素的影响.经过大量试验，选用掺加聚羧酸外加剂的高性能混凝土，很好地解决了工程所遇到的各项难题.

聚羧酸减水剂是一种高性能混凝土外加剂，其具有掺量低、减水率高，混凝土拌合物和易性和坍落度保持性能优异，增强减缩效果显著、低碱含量，低氯离子含量，水泥适应性好，绿色球保等优点，对混凝土的综合性能有质的提高，是配制高性能混凝土不可缺少的组分。

2.　工程概况及施工难点

2.1山西山阴煤矸石综合利用电厂间接空冷冷却塔基础采用钢筋混凝土环型基础，环基中心半径R=80.000m，环基外半径R=86.500m，环基内半径R=73.500m；基底标高-5.5m，环基断面尺寸13m（宽）×2m（高），本塔共设X支柱40对，柱支墩40个，X支柱截面尺寸1200×1600m，双面倾斜，垂直高度28m.空冷塔塔高165.656m，筒壁为现浇钢筋混凝土薄壳结构，筒身设有80条加强助，筒壁厚度为0.31～1.806m.混凝土总量为40107m3，其中环基13069m3，筒身27038m3.

工程采用1.5m的模板翻板施工，工程历时275天，其中必要的施工间隙时间为106天，空冷塔实际施工工期为169天。

2.2工程难点。

（1）空冷塔本身高度达166m，为泵送带来很大难度，要求混凝土的坍落度必须控制在180±40mm，且坍落度1小时经时损失也必须控制在30mm以内。

（2）施工工期紧，工程实际工期只有169天，筒身施工工期只有103天，施工最快时达到两天三模，这要求混凝土既要有足够的缓凝时间同时还要有足够的早期强度。

（3）空冷塔的外观标准要求X柱及筒壁均达到“清水混凝土”标准.　清水混凝土：建筑作为一种现代和时尚，正好能够展现原始面貌的品位。正如一位建筑师所言，那是一种昂贵的朴素，给人的是一种素面朝天的感觉，一种“清水出芙蓉，天然去雕饰”的美感。

（4）空冷塔本身所用钢筋达到5768t，远远超过钢筋混凝土含钢量的标准，表明钢筋很密.对混凝土浇筑带来很大的难度（空冷环基钢筋示意图见图1，空冷柱钢筋示意图见图2）。

（5）空冷塔环基、X柱、筒身均是抗渗、抗冻的混凝土，对混凝土的耐久性要求很高。

（6）空冷塔环基截面尺寸13×2m，长度约502m.是比较典型的大体积混凝土，在施工别注意混凝土裂缝。

3.　高性能混凝土

“高性能混凝土”是指具有高耐久性、高强度、高流动性的混凝土，其最大的特点就是：（1）高耐久性，（2）施工性能好.而要提高混凝土上述性能，在很大程度上必须依赖减水剂性能的大幅提高.实践证明聚羧酸外加剂的出现使得低水胶比的高性能混凝土变为现实。

4.　聚羧酸减水剂

聚羧酸减水剂的分子是梳状结构，在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的侧链。在主链上有能使水泥颗粒带电的极性基团，可以起到吸附水泥颗粒作用，有一定的电荷排斥作用；侧链为聚氧乙烯长链，能阻碍了水泥颗粒相互接近，有空间位阻作用，起到减水的功能。

4.1山西康特尔精细化工有限公司生产的聚羧酸减水剂分为两大类，一类是聚酯类减水剂，即以甲氧基聚乙二醇与丙烯酸生成的甲氧基乙二醇单丙烯酸酯为聚氧乙烯基大单体制备的减水剂；一类是高性能聚醚类减水剂，即以甲代烯丙基聚氧乙烯醚作为主要聚氧乙烯基大单体制备的减水剂.其主要分子结构如图3。

高性能聚醚类减水剂有利于提高混凝土的粘聚性，坍落度保持良好，且减水率高，与水泥的适应性较好.　聚酯类减水剂有利于提高混凝土的扩散度，，对混凝土的减水效果明显，减水率大。

图3

4.2山西康特尔精细化工有限公司根据山阴电厂冷却塔的工程特点，针对混凝土特殊要求及施工难点，经过多次试验，确定采用聚酯类减水剂与高性能聚醚类减水剂及葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠等复配形成KTPCA-1复合型外加剂，在实际施工中完全满足施工的各项要求.复配后的聚羧酸外加剂具有下述各项特点。

（1）掺量低、减水率高。

按重量掺量计，聚羧酸系高性能减水剂的一般正常掺量为胶凝材料重量的0.2%（折固算）左右，其减水率达到30%左右，在接近减水剂极限掺量时，其减水率可达到45%以上，这一点与其它减水剂有很明显的优势。

由于0.2%（折固算）的掺量在施工中不方便计量，同时由于混凝土的其它性能，特别混凝土的耐久性，故我们选择3%的掺量。

（2）混凝土拌合物的流动性和保持性均较好、坍落度损失低。

KTPCA-1复合型外加剂根据当地使用的水泥、粉煤灰及粗、细骨料适时地解决了减水剂与水泥的适应性问题.实践证明采用KTPCA-1复合型外加剂的混凝土拌合物流动性及各项性能均比较好，拌合物的和易性见图4。

（3）增强效果潜力大。

我们在对冷却塔环基与筒壁的配合比设计过程中发现，　采用相同的原材料，及配合比，掺KTPCA-1复合型外加剂的混凝土强度3天可达到设计强度的82.5%、7天可达到设计强度的105%、28天可达到设计强度的135%，而掺萘系的外加剂相应的天数分别达到60%、81%、107.同时为满足筒壁施工进度的要求（两天三模），对KTPCA-1复合型外加剂的配方进行了调整，做到即满足一百多米高度的泵送要求，同时做到6小时强度达到3.2MPa（最底气温接近0℃），12小时强度达到13.0MPa的要求。

（4）低收缩性。

掺KTPCA-1复合型外加剂的混凝土体积稳定性较基准混凝土与掺萘系的混凝土相比有较大的提高，掺KTPCA-1复合型外加剂的混凝土其收缩率比值为96%，这极大地提高了混凝土的体积稳定性，大大降低结构混凝土的开裂机率，有利于配制有抗渗、抗冻性能要求的混凝土。

（5）具有一定的引气效果。

根据空冷塔混凝土耐久性要求：抗渗P8、抗冻F150，我们设计混凝土具有一定的含气量（一般要求含气量为4～5%），掺KTPCA-1复合型外加剂的混凝土含气量达到4.8%，而混凝土的强度不受影响。

（6）混凝土坍落度1小时经时变化量。

由于空冷塔泵送高度最高达到165m，因此对混凝土的坍落度损失要求比较严，掺KTPCA-1复合型外加剂的混凝土1小时经时变化量仅有40mm，完成能够满足施工现场的要求，同时给创造精品工程奠定了坚实的基础。

5.　配合比的设计

空冷塔混凝土要求比较高，施工难度比较大，我们主要从两方面对着手，一方面是对原材料的选择，另一方面是对高性能混凝土配合比设计的难点。

5.1原材料的选择。

（1）水泥宜选用普通硅酸盐水泥且强度等级不低于42.5MPa，各项指标值必须符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007），所选水泥必须是同一厂家、同一品种、同强度等级、同批号，且采用同一熟料磨制，相同活性混合材料、颜色均匀的水泥。在选择水泥时还应考虑水泥的保水性、与外加剂的适应性、碱含量等因素。同时还应充分考虑因地制宜，节省费用.本项目所选水泥为大同市一家大型水泥厂生产的普通硅酸盐42.5水泥。

（2）砂石：粗骨料选用的原则是强度高，连续级配好，低碱活性，并且同一颜色的碎石，产地、规格、必须一致，而且含泥量小于1%，泥块含量小于0.5%。骨料不得带杂物。细骨料选用中砂，细度模数在2.6～3.0，颜色一致，其含泥量要控制在1.5%以内，泥块含量不大于1%。本项目所选砂子为山阴县当地石料厂产的砂、石。

（3）矿物掺合料：常用的掺合料为硅粉、粉煤灰、磨细矿渣粉、天然沸石粉等，所选用的掺合料除了应满足其活性外同时还应着重考虑其细度和颜色。其颜色应均匀稳定，矿渣粉宜选用比表面积在400m2/Kg以上S95级矿渣粉，粉煤灰宜优选用Ⅰ级灰。本项目所选掺合料为某大型火电厂产的Ⅰ级粉煤灰。

（4）外加剂：外加剂的选择至关重要，所选用的外加剂要求与水泥品种相适应，并具有明显的减水效果，能够改善砼的各项性能，减少砼拌合物的离析和泌水；外加剂中的碱含量与水泥相同要求采用低碱，　本项目所选外加剂，山西康特尔精细化工有限公司生产的聚羧酸减水剂，它具有上述各项特点，完全具备本项目的各项要求。

5.2高性能混凝土配合比设计需要解决的三大问题主要是：一高粘聚性与离析泌水之间的矛盾；二坍落度损失过快与流动性保持之间的矛盾；三混凝土早强与缓凝之间矛盾.　采用较好的原材料，特别是采用KTPCA-1复合型外加剂完全解决了上述三大问题。

采用KTPCA-1复合型外加剂降低了混凝土的用水量，提高了粗骨料悬浮于水泥浆体中，同时有效地使混凝土具有良好的和易性，从而避免了混凝土粘度过高和出现泌水的可能性.满足了混凝土的工作性、粘度、耐久性、以及经济性等四个方面的要求。

5.3混凝土配合比（空冷塔筒壁C40、P8、F150）（见表1）。

6.　各项试验数据

（1）混凝土拌合物具有高流动性和粘聚性，保证了高配筋的混凝土构件浇筑密实且不离析。

（2）相同水灰比条件下，掺KTPCA-1复合型外加剂与萘系外加剂的混凝土，采用100×100×100mm试件，待其标准养护至规定龄期后，将其置于烘箱中48h，然后放入碳化箱内，碳化到7、14、28d分别取出试件，将试件破裂，刮去断面上的粉未，采用浓度为1%的酚酞酒精溶液，采用卡尺测量试件的碳化深度.碳化深度如图5。

（3）混凝土强度比较稳定，塔筒共制作试件224组，强度平均值44.6MPa，均方差为2.04　MPa。

（4）混凝土表面色泽均匀、表面光洁，具有较强的欣赏性。表面工艺见图6、图7。

（5）经济分析，采用掺KTPCA-1复合型外加剂的混凝土为公司节约了大量资金，我们作如下比较：影响混凝土成本最根本的因素就是水泥用量，按照市场价位42.5普通硅酸盐水泥428元/吨；KTPCA-1复合型外加剂2800元/吨，定额泵送剂6500元/吨（见表2）。表2数据可知，采用掺KTPCA-1复合型外加剂，节约费用180.5万元，节约费用明显。

参考文献

［1］《预拌混凝土》（GB/T14902—2003）.

［2］《混凝土结构工程施工验收规范》（GB50204—2002）.

［3］《混凝土外加剂》（GB8076-2008）.