摘要:聚羧酸系高效减水剂具有减水率高，保塑性好，混凝土早期强度高，水化热温升平稳，收缩小的显著特点。与适量超细矿渣粉和粉煤灰的复合使用，可配制出满足大跨度多向预应力箱梁施工要求的高性能混凝土，其经济效益十分显著。采用NOF2AS 聚羧酸系高效减水剂及超细矿渣粉和粉煤灰配制的C60 高性能混凝土，成功应用于宜万铁路宜昌长江大桥，该工程是国内铁路工程史上首次使用聚羧酸系高效减水剂的工程。为同类工程可起到良好的借鉴。
关键词:聚羧酸系高效减水剂 保塑性 早期强度 高性能混凝土
盅图分类号:TU5281042 ； U4451466 文献标识码:B
1 工程概况
宜万铁路宜昌长江大桥，于2003 年11 月26 日开工，2007 年2 月9 日主体工程建成，由中铁大桥局集团一公司施工。其主跨结构采用纵横竖三向预应力混凝土连续刚构柔性拱结构。主跨总长度810 (130 + 2 ×275 + 130) m ，其跨度之大在同类桥梁中居亚洲第一、世界第二。主梁顶面宽1414 m ，底宽912～1218 m ，墩顶箱梁高1415 m。三个主墩的0 # 块体，混凝土用量近3 000 m3 ，材料总共近万吨，故称为“万吨0＃ 块”。宜万铁路宜昌长江大桥结构新颖，质量要求高，施工难度大。其核心技术之一的C60 高性能混凝土应用研究，被确定为铁道部科技司的科研项目，由中南大学负责。大桥工程对混凝土性能的要求:
①4 d 强度达到设计强度的90 %以上，以便实施预应力张拉；
②要求降低混凝土黏度，减小塌落度损失，以保证混凝土的正常浇筑施工；
③降低水化热，延迟水化热峰值出现，以避免温升开裂；
④要求混凝土流动性好，能充分填满模板的各个角落；
⑤减少混凝土表面气泡，做到内实外光，棱角分明；
⑥要求混凝土本身低碱、无氯，低收缩、高抗渗，以满足耐久性要求。
2 混凝土配合比及性能试验
课题组、工程项目组在有关各方面的配合下，开展了混凝土配合比的系统试验研究。在主要材料(水泥、砂、石) 确定的条件下，系统试验了不同外加材料(减水剂、矿物掺和料) 对混凝土性能的影响。
2.1 主要材料
1) 水泥: 葛洲坝水泥厂生产的P1O 4215 水泥，技术指标见表1。
2) 细骨料为洞庭湖中砂，技术指标见表2。
3) 粗骨料: 采用宜昌碎石，粒径5～20 mm ，技术指标见表3。
2.2 外加材料
1) 减水剂:选择了国内外厂家萘系减水剂和聚羧酸系高效减水剂。
2) 矿物外加剂: 葛洲坝水泥厂生产的粉煤灰矿渣超细粉，其比例为:矿渣∶粉煤灰= 1∶3 ，技术指标见表4。
2.3 配合比试验
为了提高混凝土的性能，科研组通过大量的试验最终确定在混凝土中掺加20 %的粉煤灰矿渣混合超细粉，用以填充水泥颗粒之间的空隙，提高混凝土的密实度。同时决定掺加高效减水剂，尽量减少用水量以提高混凝土的各种物理力学性能。开始设计的试拌配合比中，使用萘系减水剂。发现该混凝土虽然坍落度大，但是流动速度慢，黏性大，不能满足泵送施工。而且4 d 龄期的强度不能达到设计强度的90 % ，因此，不能满足宜万铁路宜昌长江大桥梁体的块段施工。
在我国刚开始使用的聚羧酸系减水剂是一种最新型的减水剂，其作用机理在很大程度上不同于萘系减水剂。聚羧酸系的减水率可达40 %左右，相对于萘系减水剂来说是一个质的提高，且其他方面的性能也优于萘系减水剂。当时国内厂家较少生产合成聚羧酸系减水剂，科研组当时采用了国外的两个厂家的产品进行试验，结果发现该种类型减水剂能有效地降低混凝土的黏度，提高混凝土早期的强度，但成本远远高于萘系减水剂。为了在保证质量的前提下降低成本，科研组又在国内几个生产聚羧酸系减水剂厂家进行了调研，并选择了三个生产规模大且产品稳定性好的厂家进行对比试验。通过对以上几家的外加剂在性能和价格上进行了比较，综合各方面的因素最终选择了山东华伟银凯生产的NOF2AS 型聚羧酸系减水剂。在工程使用中期，混凝土的强度和性能控制的较好，为了进一步提高混凝土的性能，我们又对配和比进行了调整。通过试验我们在混凝土中掺加粉煤灰矿渣混合超细粉的掺量提高到了30 %。试验结果见表5。
2.4 配合比优化
在使用前科研组又对该配合比进行了一系列的试验，与有关科研部门一起对使用的萘系减水剂和被选择的聚羧酸系减水剂在耐久性试验，干缩性试验、Cl离子渗透试验、收缩徐变试验、耐腐蚀试验中进行了比较。结果证明聚羧酸系减水剂在以上性能上比萘系减水剂有所提高，不影响混凝土的各项性能，可泵性更好，坍落度损失小，特别是在外观上明显好于掺萘系减水剂的混凝土。由于聚羧酸系减水剂氯碱含量很低，使每方混凝土的碱含量也有所降低，特别适用于高强度的高性能混凝土。混凝土性能测试值如下:
① 混凝土氯离子扩散系数为817 ×10- 9 cm2Ps ；
②混凝土中钢筋的脱钝时间110年；
③混凝土的抗冻标号> D200 ；
④混凝土对钢筋无锈蚀；
⑤混凝土的干缩性较高强混凝土在28 天的干缩性降低20 %左右； ⑥混凝土的徐变性能较高强混凝土在28 天的徐变度和徐变系数降低15 %左右。
3 NOF2AS 型聚羧酸减水剂在工程中的使用效果
1) 目前水泥品种及减水剂品种繁多，随着对混凝土的各项性能要求的不断提高，萘系减水剂在适应性上已很难满足工程要求。通过大量试验及工程应用证明，聚羧酸系减水剂在适应性上要优于萘系减水剂。而聚羧酸系减水剂往往可以通过调整掺量来改变混凝土的性能以满足施工要求，这在宜万铁路宜昌长江大桥的施工中已得到了很好的印证，并很好的解决了施工中的难题。
2) 羧酸系减水剂能有效调节混凝土的含气量。当混凝土含气量增大时，可以调整聚羧酸系减水剂中消泡剂的含量来调节混凝土含气量，满足施工要求。
3) 掺聚羧酸系减水剂的混凝土工作性好、坍落度损失小、流动性好、可泵性好、不易堵管。在普通混凝土施工中泵管中的混凝土至少二十分钟须活动一次，否则容易堵管，而掺聚羧酸系减水剂的混凝土在泵管中存放一个小时也不会堵管。
4) 掺聚羧酸系减水剂的混凝土，水化放热平稳。通过调整可使掺聚羧酸系减水剂的混凝土的初凝时间大于28 h。在宜万铁路宜昌长江大桥的0 # 块施工中，通过埋置的测温元件测得混凝土最高温升在3 天到7天基本保持一致。
5) 掺聚羧酸系减水剂的混凝土的流动性好，能充分填满模板的各个角落。加上本身有一定的自密实性，在同样条件下掺聚羧酸系减水剂的混凝土的外观光亮，气泡较少且表面密实，棱角分明。
4 使用聚羧酸系减水剂的注意事项
1) 聚羧酸系减水剂具有高减水率，高保塑性，虽然适应性比萘系减水剂要好，但胶凝材料特别是水泥变化较大时也要注意。使用过程中发现，当C3A 含量小于5 %时一定要注意聚羧酸系减水剂的掺量。这时候混凝土很容易发生坍落度在半个小时后变大，产生板结泌水现象；有时候坍落度也会变小，在施工过程中很难控制。虽然水泥的C3A 含量小于5 % 的概率很小，但要引起高度重视。
2) 聚羧酸系减水剂因为有较高的减水率，在施工过程中其掺量不宜太高，最好在饱和点下降011 个百分点，这样在施工过程中容易控制混凝土的性能，利于混凝土施工。在施工过程中应该严格控制混凝土的用水量，用水量的少量变化虽然对强度影响不是特别大，但是对混凝土的坍落度和和易性影响会较大，不利于工程施工。
3) 使用聚羧酸系高效减水剂试配时，应适当延长搅拌时间，搅拌时间应> 3 min。
5 结束语
聚羧酸系高效减水剂具有低掺量，高减水率、良好的保塑性，坍落度经时损失小，与水泥有较好的适应性等优点，这在宜万铁路宜昌大桥得到了充分体现。但在具体的施工中应正确的使用聚羧酸系高效减水剂，应根据工程中各种材料的情况以及工程的设计要求，经多次试配来确定聚羧酸系高效减水剂的最佳使用方案。
