聚羧酸系高效减水剂在南水北调保定漕河段工程中的应用

摘要：目前，在众多系列的减水剂中，具有梳形分子结构的聚羧酸类减水剂具有分散性强，混凝土坍落度损失小等优越特性，是国内外化学外加剂研究与开发的热点。CS-SP1型第三代聚羧酸高效减水剂由于其具有高减水率、低水化热、低收缩且自身氯离子含量和碱含量低等优异性能被应用于南水北调保定漕河段工程中。本文主要介绍了CS-SP1型超塑化剂在南水北调保定漕河段工程中以高减水率、高性能、低收缩为主要技术指标的水工大体积薄壁混凝土中的应用。

 

关键词：聚羧酸系、减水剂、抗裂、水工高性能混凝土

 

 

Xia Yi¹,Ju Kecheng², Zhen Jian¹,Zhang Yuan¹

 

(1.    CS Chemical (Shanghai) Co.,Ltd, Shanghai 200040;2 No. 4 Institute of China Water Conservancy & Hydropower Xining 810000)

(2.     

Abstract: At present, polycarboxylate water reducing agents with the carboxyl molecule structure are superior to other water reducing agents and features as: high dispersibility and mall concrete slump loss, therefore they are the hot products searched by all the R&D institutes home and abroad. The third generation of polycarboxylate high performance water reducing agent, CS-SP1, features with high water reducing rate, low hydration heat and low contraction, besides these advantages, low chloride ion and alkali content of CS-SP1 can also be applied in Caohe reach of Baoding in project to divert water from the Yangtze River to north China. Herein we mainly introduce the application of superplasticizer CS-SP1 in the hydraulic structure of mass concrete in this project, the major technical indicators are high water reducing rate, high performance and low contraction.

Key words: polycarboxylate, water reducing agent, anti-crack, high performance hydraulic structure concrete.

 

1         工程概况

      南水北调中线总干渠漕河渡槽段是南水北调中线京石段应及供水工程的重要组成部分，是南水北调中线工程总干渠上的一座大型交叉建筑物。工程位于河北省满城县城西约9公里的神星镇与荆山村之间，距保定市约30公里。

      工程所在区域为暖温带大陆性季风气候区，漕河干渠线路总长9319.7m，渡槽全长2300m，设计流量125m³/s，加大流量150 m³/s，地震设计烈度为6度，渡槽的建筑物等级为I级。该段工程由进口段、进口连接段、漕身段组成。渡槽槽身为大体积薄壁结构，多侧墙段为三漕一联简支结构预应力混凝土，具有跨度大、结构薄、级配小、等级高的优点，最大单跨长度30m，底宽20.6m，底板厚50m；漕河渡槽为大体积薄壁结构，采用C₂₈50F200W6高性能混凝土施工，槽身钢筋密，采用最大骨料粒径25mm的骨料。

      该项工程具有两个特点：1.使用高性能混凝土，2部位为水工大体积薄壁结构。防止混凝土的收缩开裂技术为该工程的主要技术目标。

 

2.1  水泥：河北太行P.O 42.5普通硅酸盐水泥，比表面积371m²/kg，密度3.09g/cm³，初凝1h:58min，终凝3h:03min；抗压强度：39.6MPa/3d，71.4MPa/28d；抗折强度：6.6MPa/3d，9.2MPa/28d；水化热：272kJ/kg（3d），314kJ/kg（28d）。

2.2  粉煤灰：河北微水II级粉煤灰，细度9.7%，需水量比96%，密度2.14 g/cm³，烧失量2.95%，碱含量0.79%，SO₃含量0.32%。

2.3  硅粉：青海山川硅粉，密度2.27 g/cm³，粒度0.2-0.4μm，烧失量2.2%，碱含量2.2%，SO₃含量1.28%。

2.4  砂：漕河天然砂，细度模数2.73，属中砂，连续级配，砂子表观密度2700kg/m³，堆积密度1560kg/m³，空隙率42%，含泥量0.9%，SO₃含量0.02%。

2.5  石子：葛洲坝集团生产的槽身人工碎石，按粒径5-10mm: 粒经10-25mm=30: 70的比例进行掺配，配成5-25mm连续级配。表观密度2710kg/m³，堆积密度1540kg/m³，空隙率43%，针片状含量1.9%，含泥量0.6%。

2.6  外加剂：淘正化工（上海）有限公司生产的CS-SP1型聚羧酸系高效减水剂，固含量31%，密度1.086g/cm³，Cl^-含量0.01%，SO₃含量0.76%，碱含量1.62%，含气量1.9%，减水率30.6%。石家庄市中伟建材有限公司生产的DH9A引气剂。

2.7  纤维：华神聚丙烯纤维。

2.8  水：自来水。

 

3.1  该砼为南水北调中线京石应急供水工程漕河渡槽C50高性能薄壁结构混凝土，主要技术指标性能如下：

（1）工作性能；新拌混凝土出机坍落度180-220mm，15min坍落度不低于180mm。初凝时间不低于10h，含气量控制在4.0±1.0%。

（2）力学性能：满足《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）C50高性能混凝土配制设计强度59.1MPa，弹性模量≥3.45×10⁴MPa。

（3）耐久性能：抗冻等级≥F200，抗渗等级≥W8，干缩变形≤350×10^-6。

3.2  水工高性能薄壁混凝土配合比设计路线：

 

   根据《漕河渡槽C50混凝土配合比试验大纲》和《对<关于II标段渡槽C50混凝土配合比的报告>的批复意见》中的要求，外加剂选用石家庄某公司的GK系列外加剂和江苏某公司的JM系列外加剂进行试验；另根据高性能混凝土的特点，选用了碱含量低且具有抗裂性能的淘正化工（上海）有限公司生产的CS-SP1型聚羧酸系高效减水剂进行实验。

4.1 外加剂匀质性

      外加剂匀质性检验结果见表1-1。

4.2 掺外加剂混凝土性能试验

      掺外加剂混凝土性能试验结果见表1-2、表1-3。

5.3 混凝土力学性能

    见表2-3

    从混凝土力学性能上来看，三组配合比表现的混凝土力学性能均能满足施工设计的要求。

5.4 混凝土收缩性能

见表2-4

      根据混凝土收缩的试验结果：第二组配合比的28d干缩率明显要低于其它两组，这对混凝土的收缩抗裂性能有较大的意义。

表2-3 混凝土力学性能

 

表2-4 混凝土收缩性能

 

      从设计指标上来看，前两组配合比的试验结果均满足设计要求。其中，第二种方案与第一种相比，减少了高性能混凝土整体胶凝材料用量，这与第三代聚羧酸系高效减水剂CS-SP1的高减水率、高增强效果及水泥较高的富余强度是分不开的。第三种单掺粉煤灰的高性能混凝土设计方案的混凝土圆环抗裂试验结果最差，且拌合物工作性能很差。表现为拌合物粘稠、粘地板、泌水泌浆、表面气泡大量上浮，粉煤灰飘逸，骨料下沉，混凝土分离。因此综合各项技术指标，最终确定采用第二种方案作为施工配合比。