林忠斌 馮中軍 張德根 劉煒峰 俞明輝
（上海三瑞高分子材料有限公司，上海， 200237 ）
【摘 要】 本文研究了VIVID聚羧酸超塑化劑在客運專線溫福段高性能混凝土上的應(yīng)用性能。結(jié)果表明，在本文試驗范圍內(nèi)VIVID聚羧酸超塑化劑與水泥的適應(yīng)性和保坍性好，而且混凝土含氣量、56d電通量得到有效的保證?；炷恋母黜椥阅苤笜?biāo)均能滿足《客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》對外加劑性能指標(biāo)的要求，為VIVID聚羧酸超塑化劑在客運專線高性能混凝土中的推廣應(yīng)用提供了參考。
【關(guān)鍵詞】 VIVID聚羧酸超塑化劑；適應(yīng)性；保坍性；含氣量；56d電通量；混凝土
一、 前言
鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃中計劃修建的“四縱四橫”鐵路快速客運專線以及三個城際快速客運系統(tǒng)，將連接我國廣闊的華北平原、東北地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)等「1」。其中鐵路快速客運專線超過7000公里，主要包括京滬、京廣、京哈、沈大、隴海等，列車時速將達(dá)到200至300公里。鐵路客運專線對橋上軌道的平順性要求很高，橋梁不僅應(yīng)有足夠的強度、剛度，還要求混凝土徐變小，耐久性好。
2005年鐵道部科學(xué)技術(shù)司發(fā)布了《客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》，提高了對外加劑性能指標(biāo)的要求，見表1外加劑的性能要求。
表1 外加劑的性能要求
|
序號 |
項目 |
指標(biāo) |
備注 | |
|
1 |
水泥凈漿流動度，mm |
≥240 |
按GB/T8077的規(guī)定檢驗 | |
|
2 |
硫酸鈉含量，% |
≤5.0 | ||
|
3 |
氯離子含量，% |
≤0.2 | ||
|
4 |
堿含量，% |
≤10.0 | ||
|
5 |
減水率，% |
≥20 |
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗 | |
|
6 |
含氣量，% |
用于配制非抗凍混凝土?xí)r |
≥3.0 |
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗 |
|
用于配制抗凍混凝土?xí)r |
≥4.5 | |||
|
7 |
坍落度保留值，mm |
30min |
≥180 |
按JC473-2001的規(guī)定檢驗 |
|
60min |
≥150 | |||
|
8 |
壓力泌水率比，% |
≤50 |
按JC473-2001的規(guī)定檢驗 | |
|
9 |
收縮率比，% |
≤120 |
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗 | |
|
10 |
相對耐久性指標(biāo)，%，200次 |
≥80 |
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗 | |
|
11 |
電通量（56d），C |
≤2000 |
按ASTM C1202檢驗 | |
聚羧酸類超塑化劑由于具有摻量低、減水率高、混凝土拌合物和易性和坍落度保持性能優(yōu)異、增強減縮效果顯著、低堿含量、低氯離子含量、水泥適應(yīng)性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，對于混凝土的綜合性能有質(zhì)的提高，已經(jīng)成為配制高性能混凝土不可缺少的第五組分[2]。聚羧酸類超塑化劑不但符合《客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》所要求的外加劑技術(shù)指標(biāo)，而且能夠滿足高鐵高性能混凝土的設(shè)計要求。
聚羧酸類超塑化劑已經(jīng)作為客運專線高性能混凝土工程的指定外加劑，并在工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。
上海三瑞高分子材料有限公司在成功設(shè)計和合成了一系列具有不同長度和結(jié)構(gòu)的聚氧烷基大單體基礎(chǔ)上，開發(fā)了VIVID系列三大類不同分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸超塑化劑。這些不同結(jié)構(gòu)的聚羧酸超塑化劑在全國多條客運專線工程中得到了應(yīng)用，見表2。
表2 VIVID系列聚羧酸超塑化劑在客運專線工程中的應(yīng)用
|
VIVID系列 |
VIVID-500 |
VIVID-600 |
VIVID-700 |
|
工程案例 |
武合客運專線 |
溫?？瓦\專線
武廣客運專線 |
鄭西客運專線 |
二、VIVID聚羧酸超塑化劑在鐵路客運專線工程中的應(yīng)用
以客運專線溫福段為例，研究了VIVID聚羧酸超塑化劑在客運專線高性能混凝土上的應(yīng)用性能。
2.1 原材料及分析
（1）水泥及摻合料
南京雙猴P.O.42.5水泥：南京雙龍集團(tuán)水泥廠提供，其物理力學(xué)性能見表3。
表3 水泥物理力學(xué)性能
|
篩余/（180）% |
標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% |
凝結(jié)時間/（h:min） |
抗壓強度/（MPa） |
抗折強度/（MPa） |
安定性（沸煮法） | |||
|
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | |||
|
1．1 |
129．4 |
2：54 |
3：37 |
36．1 |
54．1 |
6．4 |
8．5 |
合格 |
“榕能”牌二級粉煤灰：長樂榕能粉煤灰開發(fā)有限公司提供。其化學(xué)成分及物理性能見表4。
表4 粉煤灰技術(shù)性能
|
比表面積
/（㎡/㎏） |
需水量比
/% |
燒失量
/% |
SO3含量
/% |
含水率
/% |
活性指數(shù)/ % | |
|
7d |
28d | |||||
|
380 |
87 |
6．78 |
1．46 |
0．7 |
90 |
106 |
上海寶鋼礦粉S95：其化學(xué)成分及物理性能見表5。
表5 礦粉技術(shù)性能
|
比表面積
/（㎡/㎏） |
需水量比
/% |
燒失量
/% |
SO3含量
/% |
含水率
/% |
活性指數(shù) /% | ||
|
3d |
7d |
28d | |||||
|
430 |
91 |
2．38 |
0．96 |
0．3 |
73 |
90 |
106 |
（2）集料
細(xì)集料：閩江中砂，屬二區(qū)中砂，其技術(shù)指標(biāo)見表6。
表6 砂技術(shù)指標(biāo)
|
細(xì)度模數(shù) |
含泥量
/% |
泥塊含量
/% |
表觀密度
/（㎏/m3） |
堆積密度
/（㎏/m3） |
|
2．60～2．65 |
0．6 |
0．1 |
2630 |
1650 |
粗集料：碎石，粒徑5~25mm，連續(xù)粒級，壓碎值8.0%，針片狀含量8.0%。其技術(shù)指標(biāo)見表7。
表7 石技術(shù)指標(biāo)
|
顆粒粒級
/mm |
含泥量
/% |
表觀密度
/（㎏/m3） |
壓碎指標(biāo)
/% |
針片狀顆粒含量
/% |
|
5～25 |
0．4 |
2740 |
8 |
8 |
2.2外加劑-VIVID系列聚羧酸超塑化劑的技術(shù)指標(biāo)及性能特點
VIVID系列聚羧酸超塑化劑的特點是低堿、低氯、低引氣、高減水、坍落度損失小、不泌水、不離析，并顯著增強混凝土的流動性、強度和耐久性。與萘系高效減水劑相比，既保持了分散性高、減水率高的優(yōu)點，又克服了坍落度損失大的缺點，使混凝土的各項性能得到進(jìn)一步改善。
在客運專線溫福鐵路工程中，使用的是VIVID-600聚羧酸超塑化劑。
其理化性能指標(biāo)為：液態(tài)橙色，無沉淀，含固量22%，密度1.06g/ml。
按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB8076-1997檢測，技術(shù)性能指標(biāo)見表8。
表8 VIVID-600聚羧酸超塑化劑技術(shù)性能指標(biāo)
|
減水率/% |
泌水率/% |
含氣量/% |
初凝時間/min |
抗壓強度比/% |
28收縮率比/% |
對鋼筋銹蝕作用 | ||
|
3d |
7d |
28d | ||||||
|
31 |
0 |
3.6 |
+112 |
194 |
198 |
172 |
103 |
無銹蝕 |
2.3 試驗方法
（1）采用正交試驗，各標(biāo)號混凝土配合比見表9所示，采用不同種類礦物質(zhì)摻合料進(jìn)行試驗，混凝土坍落度出機控制在（200±20）mm范圍。
（2）試件的制作：試件尺寸為150mm×150mm×150mm，采用攪拌機拌和30L，機械振動臺成型。
（3）養(yǎng)護(hù)方法及齡期：采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，試件成型24h后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至3d、7d、28d和56d四個齡期。
（4）混凝土坍落度及損失與試件的強度檢測按照GB/T50080－2002《普通混凝土拌和物性能試驗方法》進(jìn)行；混凝土凝結(jié)時間按JGJ70-90《砂漿凝結(jié)時間測定方法》進(jìn)行；混凝土電通量按ASTM C1202進(jìn)行。
表9 試驗配合比
|
編號 |
砼標(biāo)號 |
水泥用量
/（㎏/m3） |
摻合料用量/（㎏/m3） |
水膠比
/% |
砂率
/% |
外加劑摻量 /% | |
|
粉煤灰 |
礦粉 | ||||||
|
1 |
C30～C40 |
216 |
117 |
/ |
0．45 |
41 |
0．8～0．9 |
|
2 |
232 |
125 |
/ |
0．42 |
40 | ||
|
3 |
250 |
135 |
/ |
0．38 |
38 | ||
|
4 |
262 |
141 |
/ |
0．35 |
38 | ||
|
5 |
289 |
96 |
/ |
0．38 |
39 | ||
|
6 |
313 |
104 |
/ |
0．36 |
38 | ||
|
7 |
341 |
114 |
/ |
0．32 |
36 | ||
|
8 |
C30～C40大坍落度砼 |
231 |
124 |
/ |
0．43 |
43 | |
|
9 |
247 |
133 |
/ |
0．41 |
42 | ||
|
10 |
300 |
100 |
/ |
0．39 |
40 | ||
|
11 |
C50～C60 |
284 |
80 |
80 |
0．36 |
38 |
1 |
|
12 |
284 |
53 |
107 |
0．36 |
40 | ||
|
13 |
284 |
40 |
120 |
0．36 |
42 | ||
|
14 |
300 |
85 |
85 |
0．33 |
40 |
1．1～1．2 | |
|
15 |
301 |
56 |
113 |
0．33 |
40 | ||
|
16 |
301 |
42 |
127 |
0．33 |
38 | ||
|
17 |
320 |
90 |
90 |
0．31 |
42 | ||
|
18 |
320 |
60 |
120 |
0．31 |
38 | ||
|
19 |
320 |
45 |
135 |
0．31 |
40 | ||
2.4試驗結(jié)果及分析
（1）VIVID聚羧酸超塑化劑對高性能混凝土工作性的影響
聚羧酸超塑化劑具有更廣泛的適應(yīng)性，如表8中混凝土坍落度保持性。
表8 混凝土試驗結(jié)果
|
編號 |
含氣量/% |
坍落度/mm |
混凝土抗壓強度/MPa |
56d電通量
/庫侖 | ||||
|
出機 |
60min |
120min |
3d |
7d |
28d | |||
|
1 |
4.5 |
210 |
185 |
170 |
26.3 |
35.1 |
41.4 |
1360 |
|
2 |
4.6 |
190 |
175 |
165 |
27.1 |
34.6 |
43.8 |
1300 |
|
3 |
4.5 |
200 |
170 |
165 |
30.9 |
37.3 |
48.1 |
1240 |
|
4 |
4.7 |
195 |
175 |
160 |
30.4 |
38.2 |
49.9 |
1180 |
|
5 |
4.6 |
195 |
175 |
160 |
32.1 |
37.9 |
48.7 |
1260 |
|
6 |
4.5 |
200 |
180 |
170 |
32.6 |
38.5 |
49.5 |
1230 |
|
7 |
4.6 |
195 |
175 |
165 |
34.9 |
38.9 |
52.3 |
1020 |
|
8 |
4.8 |
220 |
195 |
175 |
27.3 |
35.3 |
42.9 |
1340 |
|
9 |
4.7 |
220 |
190 |
175 |
27.9 |
35.9 |
44.1 |
1280 |
|
10 |
4.8 |
220 |
195 |
175 |
28.7 |
36.0 |
46.8 |
1200 |
|
11 |
3.7 |
200 |
190 |
165 |
43.0 |
61.0 |
73.6 |
830 |
|
12 |
3.8 |
210 |
200 |
180 |
41.0 |
56.2 |
67.6 |
960 |
|
13 |
3.9 |
205 |
195 |
170 |
39.1 |
54.9 |
64.1 |
1000 |
|
14 |
3.5 |
195 |
185 |
165 |
39.8 |
54.3 |
66.8 |
880 |
|
15 |
3.7 |
195 |
185 |
160 |
40.3 |
55.1 |
67.0 |
870 |
|
16 |
3. 9 |
195 |
180 |
165 |
41.8 |
61.3 |
73.5 |
840 |
|
17 |
4.0 |
195 |
190 |
170 |
38.7 |
53.6 |
65.1 |
1000 |
|
18 |
3.5 |
190 |
185 |
165 |
43.6 |
62.3 |
74.2 |
840 |
|
19 |
3.5 |
195 |
185 |
170 |
40.0 |
54.9 |
66.9 |
920 |
（2）VIVID聚羧酸超塑化劑在客運專線混凝土中的性能表現(xiàn)及分析
l在客運專線混凝土中，VIVID聚羧酸超塑化劑對水泥中摻入粉煤灰、礦粉等各種礦物質(zhì)摻合料配伍的體系具有較強適應(yīng)性。通過與粉煤灰、礦粉的配伍以及VIVID聚羧酸超塑化劑的使用，能有效地改善混凝土的工作性。
l對混凝土工作性的影響
高性能混凝土用水量通常范圍宜采用145～160㎏/m3，過低常出現(xiàn)混凝土粘度過大、含氣量過??；過高常出現(xiàn)混凝土和易性不良、氣泡過多過大、56d電通量通不過。VIVID聚羧酸超塑化劑能有效調(diào)節(jié)和改善混凝土的各項性能指標(biāo)。
l對含氣量的影響
由表8可見，C30～C40應(yīng)控制含氣量4.5～5.0%,C50～C60應(yīng)控制含氣量3.5～4.5%，不宜突破，否則C30～C40的電通量指標(biāo)通不過，C50～C60的早期強度指標(biāo)滿足不了張拉要求、后期強度發(fā)展受到影響。VIVID聚羧酸超塑化劑能有效調(diào)節(jié)和穩(wěn)定混凝土的含氣量。
l對電通量的作用
電通量是混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一，粉煤灰主要對后期56d以上電通量貢獻(xiàn)比較大。VIVID聚羧酸超塑化劑的高減水率則有效保證了56d電通量性能。
l對抗壓強度的影響
在摻入粉煤灰的同時，使用VIVID聚羧酸超塑化劑能有效提高混凝土的早期、中期、后期強度，保證了各標(biāo)號混凝土達(dá)到設(shè)計強度。
三、結(jié)語
通過VIVID聚羧酸超塑化劑在不同標(biāo)號混凝土中的試驗，可以看出，使用VIVID聚羧酸超塑化劑混凝土的工作性、含氣量、56d電通量、強度全都能達(dá)到客運專線高性能混凝土的性能指標(biāo)，為今后客運專線混凝土的試驗提供參考。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 尤昌龍.客運專線鐵路路基質(zhì)量控制技術(shù)措施探討，2006
[2] 劉治猛、羅遠(yuǎn)芳、劉煜平等.新型聚羧酸類高效減水劑的合成及性能研究.化學(xué)建材，2003（4）：15~18
[3] 沈軍、傅樂峰、馮中軍等.聚醚基超塑化劑的合成及其性能研究.混凝土，2005（6）：61~64
[作者簡介] 林忠斌，男，工程師，主要從事聚羧酸的應(yīng)用及推廣。
[單位地址] 上海市嘉川路245號納米技術(shù)孵化基地3號樓8F（200237）
[聯(lián)系電話] 021－64770899； E-mail：linzb-hope@sohu.com
