聚羧酸减水剂在海工混凝土中的应用

贾伟光，王聪聪，李 崇

(科之杰新材料集团有限公司，福建 厦门 361000)

近年来，随着国家海洋资源的开发利用，配套的海工构筑物建设逐年增加，海工构筑物由于长期处于暴露在恶劣的海洋环境下，其耐久性是工程界的关注重点[1-3]。除此之外，海工混凝土的工程量一般较大，对其工作性能要求也较高，高性能聚羧酸减水剂的采用是海工混凝土获得良好工作性的重要保证。聚羧酸系减水剂具有高减水、低掺量、低坍损和环保等优点，是目前使用最广泛的一类减水剂。然而在当前水泥、砂石等原材料波动情况下，聚羧酸减水剂在海工混凝土中的应用仍然存在一些难点，减水剂较敏感，箱梁等大体积混凝土的水化热较高，易引起墩身裂缝等[4-6]。宁波舟山港主通道位于浙江省舟山群岛中部，全长36.78 km，建成后将与甬舟高速相连接，使舟山连岛工程总建设里程达86.68 km，跨越八个岛屿，拥有十座大桥，建成之后将成为世界最长的连岛高速公路和世界规模最大的跨海桥梁群。本文以宁波舟山港非通航孔桥70 m跨径桥梁的墩身和箱梁的预制为例，分析了聚羧酸减水剂在海工混凝土中起到的作用，并阐述了聚羧酸减水剂在适配和施工过程中的注意事项。

1 试验

1.1 试验用原材料

水泥：宁海强蛟海螺水泥有限公司 P·II 52.5 级水泥，强度富余系数1.10，其物理性能见表1。

粉煤灰: 中国国电集团谏壁发电厂I级粉煤灰，浅灰色、无结块，其物理性能见表2。

矿粉: 张家港恒昌新型建筑有限公司S95矿粉，其物理性能见表3。

表1 水泥物理性能

表2 粉煤灰物理性能

表3 矿粉物理性能

砂：江西赣江河砂，细度模数2.78，表观密度2600 kg/m3，堆积密度1510 kg/m3，含泥量0.8%，空隙率42%。

石：宁波北仑碎石，粒径5～25 mm连续级配，表观密度2651 kg/m3，堆积密度1540 kg/m3，含泥量0.3%，空隙率42%，吸水率1.02%。

外加剂：科之杰新材料集团有限公司生产的Point-TBS聚羧酸减水剂，减水率30%，含气量2.5%，压力泌水率30%。Point-AF阻锈剂，掺量为胶凝材料的4%。

1.2 混凝土配合比

依据桥梁的墩身和箱梁所处环境侵蚀情况不同，以宁波舟山港非通航孔桥70 m跨径桥梁的墩身和箱梁的预制为例，其混凝土的配合比要求较高，需要混凝土的抗离析、和易性较好，故应采用坍落度和扩展度双控制[7]。另由于混凝土体量较大，要求降低水化热，因此配合比设计中应加大矿物掺和物比例，控制砂率在40%～42%。

预制墩身、垫石和封锚为C45海工混凝土，位于浪溅区的预制墩身为掺阻锈剂的C45海工混凝土，采用坍落度和扩展度双控制，坍落度要求160～200 mm，扩展度(450±50) mm，总碱含量<1.8 kg/m3，氯离子含量<0.06%，RCM法测84 d抗氯离子渗透性≤2.0×10-12m2/s。预制箱梁为C55海工混凝土，坍落度要求180～220 mm，总碱含量<1.8 kg/m3，氯离子含量<0.06%，RCM法测84d抗氯离子渗透性为≤1.5×10-12m2/s。具体的配合比设计方案见表4。

表4 不同部位海工混凝土配合比 kg/m3

1.3 测试方法

混凝土的力学性能依照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行测试。坍落度、扩展度、含气量依照 GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试。混凝土总碱含量和氯离子含量依照GB/T 176-2008《水泥化学分析方法》，GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，GB/T 11896-1989《水质氯化物的测定硝酸银滴定法》进行测试。混凝土氯离子扩散系数依照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(RCM法)进行测试。

2 结果与讨论

初期为了使混凝土保持良好的状态，采用和易性较好的减水剂母液，但由于采用水泥的标号较高，减水剂比较敏感，导致混凝土的粘性较高，施工不便，后续加入一些降粘、保坍、引气组分进行复配。应用复配后的聚羧酸减水剂，现场生产C45墩身混凝土卸料时状态为：坍落度200 mm，扩展度440 mm，含气量3.3%，满足施工要求；现场生产C55箱梁混凝土卸料时状态：坍落度220 mm，扩展度470 mm，含气量2.8%，满足施工要求；混凝土状态良好，顺利完成浇筑。各部位混凝土力学性能、耐久性能等见表5和表6。

表5 各部位海工混凝土力学性能、总碱含量和氯离子含量

表6 各部位海工混凝土氯离子扩散系数 /×10-12m2/s

墩身和箱梁各部位海工混凝土3 d、7 d和28 d实际抗压强度与配合比设计的抗压强度基本吻合，控制较好。其中掺阻锈剂的C45墩身混凝土的各龄期强度均高于未掺阻锈剂墩身混凝土强度。这是由于阻锈剂能通过物理或化学吸附作用在钢筋表面成膜(包括钝化膜、吸附膜、沉淀膜等)，有效隔绝水、氧气及氯离子等腐蚀介质的渗入，此外阻锈剂内的某些成分可与水泥的水化产物发生反应，生成难溶性的沉淀物，使混凝土的微观孔结构更密实，从而延缓钢筋锈蚀速率，提高混凝土的抗渗性及抗氯离子渗透性能，延长混凝土的服役寿命[8]。各部位海工混凝土的总碱含量和氯离子含量也符合规范要求。各龄期的氯离子扩散系数小于规定要求，具有较高的抗氯盐侵蚀性能。

浇筑后混凝土有浮浆现象，考虑加水过多导致。混凝土在生产时，一般通过电流大小来预判混凝土状态，从而控制水用量，因此用水量需严格控制。由于夏季施工为了降温加入冰屑，使混凝土w/c略高，造成墩身浮浆的出现。因此在满足施工情况下扩展度应尽量控制小一些，减少浮浆的出现。

具体施工控制措施有以下几点：(1)混凝土的浇筑对混凝土的质量有很大的影响，在施工过程中，特别注意：调度的协调，保证混凝土不压车，施工顺畅；(2)模板的稳定性，保持模板不走动，防止跑浆漏浆；(3)采用插入式人工振捣的方式，振动棒宜快插慢拔，垂直方式振动，振捣时间控制在20～30 s。多层浇筑振捣时，插入深度要插入前一次浇筑层下50 mm；振捣应连续，均匀。离模板在合适的位置，不要过振，要求有效控制浮浆；(4)混凝土的收面采用二次收面的方式确保箱梁侧面表观良好，拆模后预制墩身有效控制浮浆问题，达到预期效果，墩身表观良好。

在施工过后C55箱梁侧面表观良好，无麻面，气泡较少。

3 结语

聚羧酸高性能减水剂是配制海工混凝土的主要组成材料，对海工混凝土性能尤其是和易性、耐久性能等有重要影响。海工混凝土耐久性等方面的研究与应用能带来巨大的经济效益，提高海工混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势。当然实际施工过程中，常常出现减水剂不能满足要求，需要对聚羧酸减水剂进行复配以满足对不同部位海工混凝土施工性能需求，因此工程技术人员应正确面对聚羧酸系减水剂在应用中出现技术的问题，从减水剂复配、严格施工工艺等多方面入手，认真反思和总结，将聚羧酸减水剂等外加剂的作用发挥至最大。