混凝土配合比設(shè)計(jì)中高性能減水劑應(yīng)用

混凝土配合比設(shè)計(jì)中高性能減水劑應(yīng)用1工法特點(diǎn)（1）在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)高性能減水劑與引氣劑的復(fù)合使用，解決了東北嚴(yán)寒區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)物對(duì)耐久性的要求；（2）通過(guò)高性能減水劑中摻入保坍組分，解決了夏季高溫對(duì)混凝土工作性能的影響；（3）通過(guò)試驗(yàn)分析，混凝土中含泥量對(duì)混凝土的工作性及抗壓強(qiáng)度的影響；（4）通過(guò)粗砂與細(xì)砂按一定比例合成的方法，解決了單種混凝土用砂，不能滿(mǎn)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(guò)程中，避免不利因素對(duì)混凝土工作性能的影響。2適用范圍本工法適用于嚴(yán)寒區(qū)域IV-E環(huán)境下，通過(guò)摻入高性能減水劑與引氣劑的同時(shí)摻入多種礦物摻合料的混凝土配合比設(shè)計(jì)，解決了嚴(yán)寒區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)物對(duì)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(dòng)性。（2）潤(rùn)滑作用：減水劑帶有極強(qiáng)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(dòng)阻力，從而使混凝土流動(dòng)性進(jìn)一步增強(qiáng)。（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(guò)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(yīng)，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(shí)間內(nèi)得到有效控制。4高性能減水劑在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用4.1工程概況本項(xiàng)目處于東北嚴(yán)寒區(qū)域，冬季寒冷漫長(zhǎng)，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(lèi)別為Ⅳ類(lèi)－除冰鹽等其他氯化物環(huán)境，環(huán)境作用等級(jí)為E級(jí)。橋面現(xiàn)澆層可能遭受化學(xué)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(mǎn)足混凝土強(qiáng)度和工作性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。4.2材料選擇與配合比設(shè)計(jì)以橋面現(xiàn)澆層混凝土為例，采用C50補(bǔ)償收縮防水混凝土，所處環(huán)境類(lèi)別為IV-E，抗?jié)B等級(jí)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(kuò)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(biāo)要求，在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，考慮通過(guò)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(xì)孔道；同時(shí)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(dú)立小氣泡阻斷毛細(xì)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(xué)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(xué)性能見(jiàn)表1。粉煤灰：國(guó)電雙遼發(fā)電有限公司F類(lèi)I級(jí)粉煤灰，其化學(xué)成分及物理性能見(jiàn)表2。硅灰：營(yíng)口市展鵬建筑化工科技有限公司SF90級(jí)硅灰，其化學(xué)成分及物理性能見(jiàn)表3。膨脹劑：營(yíng)口市展鵬建筑化工科技有限公司ZP-5型膨脹劑，其化學(xué)成分及物理性能見(jiàn)表4。細(xì)集料：本項(xiàng)目所處地理位置的混凝土用砂大多為粗砂（細(xì)度模數(shù)3.5～3.7）和細(xì)砂（細(xì)度模數(shù)：1.6～1.8），單種砂不能滿(mǎn)足混凝土施工要求，通過(guò)粗砂與細(xì)砂按一定比例合成的方法，使本項(xiàng)目的混凝土用砂滿(mǎn)足II區(qū)中砂的技術(shù)指標(biāo)，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5、表6。粗集料：開(kāi)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(jí)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(biāo)見(jiàn)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(wú)沉淀的淡黃色液體。其指標(biāo)見(jiàn)表8，符合標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》（GB8076-2008）中減水劑的指標(biāo)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(shè)計(jì)結(jié)合項(xiàng)目施工方案，橋面混凝土現(xiàn)澆層采用混凝土泵車(chē)進(jìn)行澆筑，根據(jù)混凝土澆筑方式，混凝土設(shè)計(jì)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(guò)兩種礦物摻合料和引氣劑的共同作用，使混凝土強(qiáng)度、工作性、耐久性等指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)試驗(yàn)室反復(fù)試配，C50橋面現(xiàn)澆層補(bǔ)償收縮防水混凝土配合比。C50橋面現(xiàn)澆層補(bǔ)償收縮防水混凝土工作性能見(jiàn)表10。經(jīng)試驗(yàn)，該C50橋面現(xiàn)澆層補(bǔ)償收縮防水混凝土流動(dòng)性、粘聚性好，無(wú)離析泌水現(xiàn)象，混凝土工作性良好能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需求，其強(qiáng)度、工作性、耐久性指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。4.2.3混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)注意哪些因素（1）外加劑種類(lèi)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(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的外加劑，比如根據(jù)氣溫條件應(yīng)適當(dāng)調(diào)整減水劑的組分，氣溫高時(shí)增加減水劑中的緩凝組分，氣溫低時(shí)多用復(fù)合早強(qiáng)減水劑；混凝土有抗凍、抗?jié)B要求時(shí)，通常需要高性能減水劑與引氣劑復(fù)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(duì)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(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行水泥與減水劑的相容性試驗(yàn)。當(dāng)水泥與減水劑適應(yīng)時(shí)正常摻量下的減水劑能達(dá)到預(yù)期的減水率，拌制出的混凝土拌合物無(wú)離析泌水現(xiàn)象、坍落度損失較小，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，對(duì)混凝土的強(qiáng)度等性能無(wú)負(fù)面影響；如果水泥與減水劑不適應(yīng)，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(dǎo)致混凝土出現(xiàn)假凝、瞬凝等現(xiàn)象。當(dāng)水泥可供選擇時(shí)，應(yīng)選用對(duì)減水劑較為適應(yīng)的水泥，提高減水劑的使用效果。當(dāng)減水劑可供選擇時(shí)，應(yīng)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(shí)”損失根據(jù)混凝土拌和開(kāi)始至澆筑完成所用時(shí)間以及季節(jié)溫度變化，需要在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)測(cè)定混凝土拌和物的坍落度“經(jīng)時(shí)”損失是否滿(mǎn)足施工要求，配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用高性能減水劑和緩凝劑復(fù)合使用的方法，可以保證混凝土在一定時(shí)間內(nèi)流動(dòng)度不會(huì)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(xiàng)4.3.1骨料含泥量砂、石骨料含泥量指標(biāo)對(duì)減水劑的效果和混凝土強(qiáng)度有很大影響。減水劑對(duì)骨料的含泥量比較敏感，骨料中的泥對(duì)減水劑具有很強(qiáng)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(xì)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(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定含泥量為1.0%、3.0%、5.0%分別對(duì)混凝土坍落度和強(qiáng)度的影響，其結(jié)果見(jiàn)表11。通過(guò)試驗(yàn)可以看出，隨著含泥量的增大，含泥量對(duì)減水劑的效能有著非常明顯的影響，導(dǎo)致混凝土的工作性和抗壓強(qiáng)度明顯降低。骨料的含泥量＜5%時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整減水劑摻量的方法，使混凝土的工作性滿(mǎn)足要求；當(dāng)骨料含泥量＞5%時(shí)，單純提高減水劑摻量已不能解決問(wèn)題。4.3.2環(huán)境溫度當(dāng)溫度較高時(shí)，混凝土坍落度損失較大。溫度越高，水泥的水化反應(yīng)速率越快，造成坍落度損失增大；同時(shí)由于高溫，混凝土體系中的自由水蒸發(fā)也加快，進(jìn)一步使得坍落度損失加大。因此，應(yīng)充分考慮環(huán)境溫度，盡量避開(kāi)高溫時(shí)澆筑混凝土，在夏季高溫澆筑時(shí)可以適當(dāng)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(guò)程中，應(yīng)避免當(dāng)日進(jìn)場(chǎng)的水泥，當(dāng)日投入生產(chǎn)，因水泥溫度過(guò)高引起的混凝土浪費(fèi)。采用溫度過(guò)高的水泥拌制混凝土，加快了水泥的水化過(guò)程，導(dǎo)致混凝土工作性不佳、坍落度損失加快，混凝土凝結(jié)時(shí)間大幅縮短，致使混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后難以滿(mǎn)足施工要求；同時(shí)水泥水化過(guò)程的加快，容易使混凝土產(chǎn)生干縮裂縫，減弱混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。5結(jié)論（1）通過(guò)高性能減水劑與引氣劑的復(fù)合使用以及多種礦物摻合料的作用，解決了