聚羧酸系A(chǔ)DVA高效減水劑在杭州灣跨海大橋中的應(yīng)用

2007-01-22 00:00

摘要：ADVA高效減水劑具有摻量低（0.4%－1.2%）,減水率高（25%－40%）與大摻量粉煤灰，礦粉復(fù)摻，混凝土拌和物工作性好。配制的高性能海工混凝土具有Cl－擴(kuò)散系數(shù)小，收縮值低，混凝土水化溫升平緩，滿足“海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范”及“杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范”技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：聚羧酸鹽系，高性能混凝土，抗氯離子滲透，跨海大橋

一、前言：

目前世界上在建的最長(zhǎng)的跨海大橋——杭州灣跨海大橋，北起乍浦港跨越東海杭州灣寬闊海面于南岸灘涂，止于慈溪水路灣，全長(zhǎng)36公里，其中橋長(zhǎng)35.67公里，雙向6車道高速公路，橋?qū)?3米。大橋除南北二個(gè)航道的主跨斜拉橋采用鋼箱梁斜拉橋外，其余35公里大橋采用30米至70米不等的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，整座大橋采用混凝土樁基，混凝土墩身，混凝土量達(dá)240萬(wàn)立米。外?；炷翗蛄菏芎Ｉ巷L(fēng)、浪、鹽等海洋性氣候因素影響，受海水中氯離子侵入，引起鋼筋腐蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的危險(xiǎn)，已得到杭州灣跨海大橋工程指揮部重視。提出了應(yīng)采用水膠比低，強(qiáng)度高，Cl－擴(kuò)散系數(shù)小，耐久性好的高性能混凝土的技術(shù)要求。其中選用與水泥匹配的優(yōu)質(zhì)混凝土高效減水劑，阻銹劑成為材料的關(guān)鍵。經(jīng)多次比較試用，最終，在大橋的海工基樁、墩身，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁三個(gè)標(biāo)段中全面選用美國(guó)獨(dú)資的格雷斯中國(guó)有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類ADVA152、ADVA180，以及阻銹劑DCI- S。
經(jīng)一年來(lái)在大橋工程的基樁、墩身及連續(xù)箱梁中的實(shí)際施工應(yīng)用，ADVA混凝土的工作性、力學(xué)性能、Cl－滲透性及其他性能都達(dá)到設(shè)計(jì)及施工要求，取得滿意的使用效果。

      二、 ADVA高效減水劑

      ADVA高效減水劑是格雷斯公司研究與開發(fā)的新型高效減水劑。它以聚羧酸系為基料，其合成工藝新穎、配方獨(dú)特。減水劑具有摻量小（0.4%－1.2%），減水率高（25%－40%），坍落度損失小，收縮、徐變值低，耐久性高等優(yōu)點(diǎn)。性能詳見(jiàn)表－1。

                 ADVA152、ADVA180性能檢測(cè)                  表－1

試驗(yàn)項(xiàng)目		性能指標(biāo)	試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)項(xiàng)目		性能指標(biāo)	ADVA152	ADVA180
減水率，％		≥10	27	28
泌水率比，％		≤95	30	27
含氣量，％		≤4.0	2.5	3.0
凝結(jié)時(shí)間差， min	初凝	－90～＋120	+80	+105
凝結(jié)時(shí)間差， min	終凝	－90～＋120	+90	+110
抗壓強(qiáng)度比，％	1d	≥130	180	185
	3d	≥120	175	170
	7d	≥115	160	165
	28d	≥110	144	154
收縮率比，％		≤135	110	110
對(duì)鋼筋銹蝕作用		對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕危害	對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕危害	對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕危害

      備注：1、ADVA152固體含量：22％，密度：1.07％，PH值：7，氯離子含量：0.02％，堿含量：1.5%

      ADVA180固體含量：41.5%，密度：1.127%，PH值：7.1，氯離子含量：0.02%，堿含量：1.58%

      2、檢測(cè)按國(guó)標(biāo)GB8076-1997 ，ADVA152摻量C×1.1%，ADVA180摻量C×0.65%

      上海市建筑科學(xué)院曾收集了國(guó)內(nèi)外一些聚羧酸鹽系列高效減水劑品種，進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果得出格雷斯公司生產(chǎn)的ADVA高效減水劑的性能值標(biāo)在同類產(chǎn)品中出類拔萃。

幾種聚羧酸減水劑性能比較（摘自上海市建筑研究院專題研究報(bào)告）表－2

品牌	折固摻量（％）	減水率（％）	1h坍損（mm）	28d強(qiáng)度比（％）	和易性
進(jìn)口（S）	0.17	27	50	128	好
進(jìn)口（P）	0.18	28	25	122	好
ADVA	0.18	33	20	133	好
國(guó)產(chǎn)（X）	0.19	30	50	135	好
萘系	0.70	22	100	126	較差

      三、 ADVA高性能混凝土性能

      杭州灣跨海大橋位于我國(guó)東部沿海地區(qū)——杭州灣為世界三大強(qiáng)潮海灣之一，居典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，濕潤(rùn)多雨。特別是海水中含鹽量范圍變化在1%－3.2%的惡劣腐蝕環(huán)境，會(huì)造對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重腐蝕。必須采取有效防腐措施，提高各種原材料及混凝土性能，以確保杭州灣跨海大橋結(jié)構(gòu)100年的使用壽命。

      交通部曾于2000年編制發(fā)布了《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ275－2000）。提出了海港工程中選用高性能混凝土（HPC）的要求是：它具有高耐久性、高體積穩(wěn)定性，良好的工作性和較高強(qiáng)度，特別是它的高抗氯離子滲透性，從而根本上，顯著提高混凝土本身的護(hù)筋性能。經(jīng)工程證實(shí)，HPC可用混凝土的常規(guī)材料與施工工藝，以嚴(yán)格材料選擇，配合質(zhì)量控制，經(jīng)濟(jì)可靠的建造高耐久性海港工程混凝土結(jié)構(gòu)。要達(dá)到這一技術(shù)要求-－配制高性能混凝土，根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料，是通過(guò)采用優(yōu)質(zhì)高效減水劑和摻入活性摻合料來(lái)降低水膠比的辦法獲取的。因?yàn)楫?dāng)水膠比較小時(shí)，一部分水泥不能發(fā)生水化反應(yīng)，只能起填充作用。摻入活性摻合料后，就可置換部分水泥，這些摻合料與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生二次反應(yīng)，生成的凝膠充填在混凝土內(nèi)的空隙中，從而有效的減小混凝土的空隙率，改善孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度，提高混凝土的電阻率，降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)。此時(shí)，ADVA聚羧酸減水劑的優(yōu)異性能，確保了杭州灣跨海大橋使用的混凝土，在摻合料摻量占膠凝材料50－60％、水膠比0.30－0.35：用水量?jī)H僅135－155kg/m3的條件下，仍具有良好混凝土材料性能及施工性。

      同時(shí)，為了確保受海水波濤反復(fù)沖濺、浸泡的大橋墩身的混凝土使用期限達(dá)到100年，混凝土還需摻入DCI-S。DCI-S防腐蝕劑是以化學(xué)機(jī)理防止混凝土中鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋受到氯離子的腐蝕作用。鋼筋混凝土在海水中，氧氣、水及電解質(zhì)同時(shí)存在時(shí)，會(huì)使鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕，造成鋼筋產(chǎn)生鐵銹。而DCI-S防腐蝕劑摻入鋼筋混凝土后，DCI-S中有效成分會(huì)與混凝土中的鋼筋析出的鐵離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層防止氯鹽類侵蝕的保護(hù)層，從而使鋼筋在受氯離子侵蝕時(shí)，發(fā)生腐蝕的氯離子濃度起點(diǎn)明顯提高。試驗(yàn)已證實(shí)：每立方米混凝土中摻入DCI-S防腐蝕劑10－25L/m3，可使鋼筋開始發(fā)生腐蝕的氯離子濃度提高3－9倍。（見(jiàn)下表）

                                                DCI-S用量表

DCI-S（30％溶液）（L/cu.m.）	氯離子保護(hù)（kg/cu.m.，鋼筋）
0	1.0
10	3.6
15	5.9
20	7.7
25	8.9

      由于發(fā)生鋼筋腐蝕需要的氯離子濃度提高，使大橋墩身發(fā)生鋼筋銹蝕的時(shí)間推遲，即使大橋的使用壽命延長(zhǎng)。

      四、工程應(yīng)用

      1、海工樁基中應(yīng)用

      杭州灣跨海大橋某合同段下部結(jié)構(gòu)——海工樁基

      （1）混凝土配合比設(shè)計(jì)目標(biāo)：坍落度180－220mm，C30鉆孔灌注樁

      （2）混凝土材料：

      水泥：浙江長(zhǎng)興三獅牌PⅡ42.5硅酸鹽水泥
      礦粉：福建閩新礦粉
      粉煤灰：寧波北侖Ⅱ級(jí)磨細(xì)低鈣粉煤灰
      砂：      福建閩江砂，中砂（細(xì)度模數(shù)2.8）
      石子：    浙江余姚新華5－10mm占20％，10－25mm占80％
      外加劑：格雷斯ADVA180高效減水劑

      （3）混凝土配合比（kg/m3）

編號(hào)	水	水泥	礦粉	粉煤灰	砂	石子	外加劑
H-68	153	160	80	180	715	1055	ADVA180 2.7

（4）混凝土性能

坍落度/擴(kuò)散度（mm）			含氣量（％）	凝結(jié)時(shí)間		抗裂性能	28d抗壓強(qiáng)度Mpa	84d Cl^－擴(kuò)散系數(shù) （10^－¹²m²/s）	氯離子含量（％）
出機(jī)	1h	2h		初凝	終凝
220/600	220/600	210/530	2.3	18:45	23:30	良好	48.3	1.7	0.03

      2、大橋墩身、承臺(tái)中應(yīng)用

      杭州灣跨海大橋某合同段，按“杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ眉夹g(shù)規(guī)范”的要求，海工混凝土中尚須采取摻入阻銹劑的長(zhǎng)效防腐蝕措施。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，選用了格雷斯DCI-S阻銹劑（摻量：20kg/m3）

      （1）混凝土配合比設(shè)計(jì)要求：坍落度160－200mm，水膠比≤0.35，強(qiáng)度：C40
氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤1.5×10－12m2/s，摻入混凝土阻銹劑。

      （2）混凝土材料：

      水泥：   安徽寧國(guó)海螺PⅡ42.5硅酸鹽水泥,礦粉：上海寶田S95
      粉煤灰：江蘇鎮(zhèn)江蘇源牌Ⅰ級(jí)灰
      砂：     福建閩江中砂（細(xì)度模數(shù)2.60－2.80）
      石子：   浙江余姚市新華第一采石場(chǎng)生產(chǎn)的碎石：5mm－25mm
      外加劑：格雷斯ADVA152，格雷斯DCI-S阻銹劑

      （3） C40混凝土配合比

編號(hào)	水	水泥	礦粉	粉煤灰	砂	石子	ADVA152 (超塑化劑)	DCI-S 阻銹劑
A	152	191	144	144	760	1007	4.79	20
B	135	164	82	164	792	1050	4.10	20

（4） C40混凝土性能

編號(hào)	坍落度（mm）	含氣量（％）	抗壓強(qiáng)度（Mpa）			氯離子擴(kuò)散系數(shù)
編號(hào)	坍落度（mm）	含氣量（％）	3d	7d	28d	m²/s
A	180	4.0	-	34.7	54.9	≤1.5×10^－¹²
B	210	5.0	27.3	40.3	54.6	≤1.5×10^－¹²

      3、預(yù)制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁

      （1）配合比設(shè)計(jì)目標(biāo)：

      根據(jù)“杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范”的規(guī)定及箱梁施工工藝要求，預(yù)制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的主要技術(shù)要求：

      ① 水膠比≤0.33,坍落度：180±20mm、強(qiáng)度：C50
      ② 混凝土最低膠凝材料用量450kg/m3，最高不超過(guò)500 kg/m3
      ③ 12W氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤1.5×10－12m2/s
      ④ 混凝土拌和物流動(dòng)度及粘度適宜，可泵性與施工性良好
      ⑤ 為滿足施工需要，14天彈模和強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值要求

      （2）原材料

      與海工樁基合同段相同

      （3）混凝土配合比（kg/m3）

編號(hào)	水	水泥	礦粉	粉煤灰	砂	石子	外加劑
X001	152	240	168	72	678	1107	ADVA152 5.76

（4）混凝土性能

① 拌和物性能

編號(hào)	坍落度/擴(kuò)散度			含氣量（％）	凝結(jié)時(shí)間		抗裂性能	壓力泌水率	Cl^-含量（％）
	出機(jī)	30min	60min		初凝	終凝
X001	190/530	190/520	185/520	2.1	14:25	24:40	良好	25.9	0.005

② 硬化混凝土性能

編號(hào)	抗壓強(qiáng)度（MPa）				彈模（×10⁴Mpa）		Cl^－擴(kuò)散系數(shù)			收縮值 ×10^－⁴
編號(hào)	3d	14d	28d	56d	14d	28d	4W	8W	12W	收縮值 ×10^－⁴
X001	33.3	53.4	60.9	65.5	3.58	3.98	2.57	1.34	--	2.43

      五、結(jié)語(yǔ)

      聚羧酸鹽ADVA高效減水劑已成功應(yīng)用在杭州灣跨海大橋海工樁基、墩身、承臺(tái)以及連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土等各個(gè)部位。經(jīng)大量試驗(yàn)工作及施工實(shí)踐證明：

      （1） ADVA高效減水劑具有摻量低0.4－1.2%（膠凝材料計(jì)），減水率高25－40％，坍落度保持性好，特別是與大摻量粉煤灰、礦粉復(fù)合使用時(shí)，低水膠比的混凝土拌和物工作性優(yōu)于萘系減水劑混凝土。

      （2）采用ADVA高效減水劑配制高性能海工混凝土具有強(qiáng)度高、氯離子擴(kuò)散系數(shù)小、收縮值低、混凝土水化溫升平緩等性能，滿足杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范對(duì)高性能混凝土的技術(shù)要求。

      （3）采用高效減水劑ADVA與阻銹劑DCI-S復(fù)合使用，以確保受海水反復(fù)沖濺的杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)100年的使用壽命。

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