混凝土配合比設計中高性能減水劑應用

混凝土配合比設計中高性能減水劑應用1工法特點（1）在混凝土配合比設計時，通過高性能減水劑與引氣劑的復合使用，解決了東北嚴寒區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)物對耐久性的要求；（2）通過高性能減水劑中摻入保坍組分，解決了夏季高溫對混凝土工作性能的影響；（3）通過試驗分析，混凝土中含泥量對混凝土的工作性及抗壓強度的影響；（4）通過粗砂與細砂按一定比例合成的方法，解決了單種混凝土用砂，不能滿足混凝土工作性的現(xiàn)象；（5）闡述了混凝土性能影響的因素，并在混凝土施工過程中，避免不利因素對混凝土工作性能的影響。2適用范圍本工法適用于嚴寒區(qū)域IV-E環(huán)境下，通過摻入高性能減水劑與引氣劑的同時摻入多種礦物摻合料的混凝土配合比設計，解決了嚴寒區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)物對耐久性的要求。3高性能減水劑的作用原理（1）分散作用：減水劑定向吸附在水泥顆粒表面，使其帶有同種電荷形成靜電排斥作用，促使水泥顆粒相互分散，破壞水泥漿形成的絮凝結(jié)構(gòu)，從而釋放被包裹的部分水，有效增加混凝土拌合物的流動性。（2）潤滑作用：減水劑帶有極強的親水基，使水泥顆粒表面形成水膜，降低了水泥顆粒間的滑動阻力，從而使混凝土流動性進一步增強。（3）空間位阻作用：減水劑具有親水性的聚醚側(cè)鏈，在水泥顆粒表面形成親水性立體吸附層，使得水泥顆粒之間產(chǎn)生空間位阻作用，從而保證了混凝土具有良好的坍落度。（4）接枝共聚支鏈的緩釋作用：新型的減水劑在生產(chǎn)制備過程中，加入特定功能的支鏈，這種支鏈不僅具有空間位阻效應，還能在水泥水化的高堿度環(huán)境中釋放出具有分散作用的多羧酸，提高了水泥顆粒的分散效果，使混凝土坍落度損失在一定的時間內(nèi)得到有效控制。4高性能減水劑在混凝土配合比設計中的應用4.1工程概況本項目處于東北嚴寒區(qū)域，冬季寒冷漫長，橋梁所處的野外自然環(huán)境惡劣，冬季除雪大量使用除冰鹽，環(huán)境類別為Ⅳ類－除冰鹽等其他氯化物環(huán)境，環(huán)境作用等級為E級。橋面現(xiàn)澆層可能遭受化學侵蝕、凍融破壞、碳化破壞等不利環(huán)境，因此混凝土配合比在滿足混凝土強度和工作性的基礎上，重點考慮混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。4.2材料選擇與配合比設計以橋面現(xiàn)澆層混凝土為例，采用C50補償收縮防水混凝土，所處環(huán)境類別為IV-E，抗?jié)B等級為P8，混凝土適宜含氣量為4.5%～5.5%，氣泡間距系數(shù)不大于210um，混凝土的抗凍性（抗凍耐久性指數(shù)DF）不低于85%，混凝土28d齡期的氯離子擴散系數(shù)DRCM<5（10-12m2/s），電通量值<800（C）。根據(jù)結(jié)構(gòu)物所處環(huán)境及相關(guān)指標要求，在混凝土配合比設計時，考慮通過摻入粉煤灰和硅灰兩種礦物摻合料，使礦物摻合料在次水化的作用下改善混凝土界面的組成，堵塞混凝土毛細孔道；同時加入適量的引氣劑，使混凝土中產(chǎn)生大量的互不連通的獨立小氣泡阻斷毛細孔中水分的傳輸通道；在礦物摻合料和引氣劑的雙重作用下，提高混凝土抵抗化學侵蝕、凍融破壞、碳化破壞等不利因素的能力。4.2.1材料選擇水泥：四平北方水泥有限公司P·O52.5普通硅酸鹽水泥，物理力學性能見表1。粉煤灰：國電雙遼發(fā)電有限公司F類I級粉煤灰，其化學成分及物理性能見表2。硅灰：營口市展鵬建筑化工科技有限公司SF90級硅灰，其化學成分及物理性能見表3。膨脹劑：營口市展鵬建筑化工科技有限公司ZP-5型膨脹劑，其化學成分及物理性能見表4。細集料：本項目所處地理位置的混凝土用砂大多為粗砂（細度模數(shù)3.5～3.7）和細砂（細度模數(shù)：1.6～1.8），單種砂不能滿足混凝土施工要求，通過粗砂與細砂按一定比例合成的方法，使本項目的混凝土用砂滿足II區(qū)中砂的技術(shù)指標，其技術(shù)指標見表5、表6。粗集料：開原市靠山太平礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，按5～10mm:10～20mm=20:80合成5～20mm碎石連續(xù)級配符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3650-2020）的要求，其技術(shù)指標見表7。減水劑：中鐵株洲橋梁有限公司生產(chǎn)的緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，為低粘度、無沉淀的淡黃色液體。其指標見表8，符合標準《混凝土外加劑》（GB8076-2008）中減水劑的指標要求。引氣劑：中鐵株洲橋梁有限公司生產(chǎn)的TQN-D型引氣劑。4.2.2配合比設計結(jié)合項目施工方案，橋面混凝土現(xiàn)澆層采用混凝土泵車進行澆筑，根據(jù)混凝土澆筑方式，混凝土設計坍落度為200～220mm，混凝土砂率與吊斗澆筑方式相比提高2%～3%；通過兩種礦物摻合料和引氣劑的共同作用，使混凝土強度、工作性、耐久性等指標滿足設計要求。經(jīng)試驗室反復試配，C50橋面現(xiàn)澆層補償收縮防水混凝土配合比。C50橋面現(xiàn)澆層補償收縮防水混凝土工作性能見表10。經(jīng)試驗，該C50橋面現(xiàn)澆層補償收縮防水混凝土流動性、粘聚性好，無離析泌水現(xiàn)象，混凝土工作性良好能滿足現(xiàn)場施工需求，其強度、工作性、耐久性指標均滿足設計要求。4.2.3混凝土配合比設計應注意哪些因素（1）外加劑種類根據(jù)工程所處環(huán)境、施工條件、施工工藝和耐久性要求等，在混凝土配合比設計時選擇合適的外加劑，比如根據(jù)氣溫條件應適當調(diào)整減水劑的組分，氣溫高時增加減水劑中的緩凝組分，氣溫低時多用復合早強減水劑；混凝土有抗凍、抗?jié)B要求時，通常需要高性能減水劑與引氣劑復合使用。（2）減水劑與水泥的相容性由于水泥礦物組成的不同，不同品種的水泥對同一種高性能減水劑所產(chǎn)生的效果有著明顯的差異，因此在混凝土配合比設計時，必須進行水泥與減水劑的相容性試驗。當水泥與減水劑適應時正常摻量下的減水劑能達到預期的減水率，拌制出的混凝土拌合物無離析泌水現(xiàn)象、坍落度損失較小，能夠滿足現(xiàn)場施工要求，對混凝土的強度等性能無負面影響；如果水泥與減水劑不適應，則混凝土拌和物初始坍落度不夠，坍落度損失快，離析泌水，外加劑摻量大量增加，導致混凝土出現(xiàn)假凝、瞬凝等現(xiàn)象。當水泥可供選擇時，應選用對減水劑較為適應的水泥，提高減水劑的使用效果。當減水劑可供選擇時，應選擇施工用水泥較為適用的減水劑，使減水劑發(fā)揮更好作用。（3）坍落度“經(jīng)時”損失根據(jù)混凝土拌和開始至澆筑完成所用時間以及季節(jié)溫度變化，需要在混凝土配合比設計時測定混凝土拌和物的坍落度“經(jīng)時”損失是否滿足施工要求，配合比設計時采用高性能減水劑和緩凝劑復合使用的方法，可以保證混凝土在一定時間內(nèi)流動度不會出現(xiàn)明顯的降低現(xiàn)象，有效地解決了混凝土坍落度損失的。4.3注意事項4.3.1骨料含泥量砂、石骨料含泥量指標對減水劑的效果和混凝土強度有很大影響。減水劑對骨料的含泥量比較敏感，骨料中的泥對減水劑具有很強的吸附作用，減弱了部分減水劑的效能，造成了坍落度損失的加大。采用同一C40混凝土配合比（水泥:粉煤灰:細骨料:粗骨料（5～25mm）:水:高性能減水劑=396:44:705:1151:154:4.40），保持原材料不變的情況下進行試驗，測定含泥量為1.0%、3.0%、5.0%分別對混凝土坍落度和強度的影響，其結(jié)果見表11。通過試驗可以看出，隨著含泥量的增大，含泥量對減水劑的效能有著非常明顯的影響，導致混凝土的工作性和抗壓強度明顯降低。骨料的含泥量＜5%時，可以通過調(diào)整減水劑摻量的方法，使混凝土的工作性滿足要求；當骨料含泥量＞5%時，單純提高減水劑摻量已不能解決問題。4.3.2環(huán)境溫度當溫度較高時，混凝土坍落度損失較大。溫度越高，水泥的水化反應速率越快，造成坍落度損失增大；同時由于高溫，混凝土體系中的自由水蒸發(fā)也加快，進一步使得坍落度損失加大。因此，應充分考慮環(huán)境溫度，盡量避開高溫時澆筑混凝土，在夏季高溫澆筑時可以適當降低拌合用水和骨料的溫度。4.3.3水泥溫度在施工生產(chǎn)過程中，應避免當日進場的水泥，當日投入生產(chǎn)，因水泥溫度過高引起的混凝土浪費。采用溫度過高的水泥拌制混凝土，加快了水泥的水化過程，導致混凝土工作性不佳、坍落度損失加快，混凝土凝結(jié)時間大幅縮短，致使混凝土到達現(xiàn)場后難以滿足施工要求；同時水泥水化過程的加快，容易使混凝土產(chǎn)生干縮裂縫，減弱混凝土對鋼筋的保護作用。5結(jié)論（1）通過高性能減水劑與引氣劑的復合使用以及多種礦物摻合料的作用，解決了