和易型聚羧酸减水剂在新建海南西环铁路中的应用

张祥，邓最亮,2，刘洋，邹其,2

（1. 上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2. 上海建筑外加剂工程技术中心，上海 200232）

和易型聚羧酸减水剂在新建海南西环铁路中的应用

张祥1，邓最亮1,2，刘洋1，邹其1,2

（1. 上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2. 上海建筑外加剂工程技术中心，上海 200232）

针对新建海南西环高铁的地理位置和材料特点，本文通过调整配合比，提高含气量，运用酯类减水剂，增稠剂，保水剂， VIVID-500(H) 和易型聚羧酸减水剂等手段调整混凝土状态，确定 VIVID-500(H) 和易型具备的降粘、提高匀质性、防止泌水等性能更适合应用在高流动性，大坍落度，良好和易性的混凝土中，并以此种聚羧酸减水剂为基础，复配出具有减水率高，含气量低，凝结时间长的特定型混凝土外加剂，配制出的混凝土高流动性，不离析，不泌水，抗泵压能力好，完全满足现场泵送施工工艺要求，7d 强度可达 100%。

混凝土外加剂；减水剂；匀质性；泌水；粘聚性

0　引言

新建海南西环高铁全长 343.95 公里，北起海口市，自海口站引出后向西环岛，沿线经海口、澄迈、临高、儋州、昌江、东方、乐东，接入三亚站，项目投资达 271 亿元，是将海南省建设成国际旅游岛宏伟目标的重点基础工程，是海南省“十二五”期间的项目之一。沿线新设 17 个车站，新建桥梁 120 座，隧道 14 座，速度目标值 200 公里每小时，计划每年输送 5000 万人次，运送货物 1000 万吨。凤凰机场至三亚站段已于 2012 年 9 月 28 日开工建设，凤凰机场至海口段于2013 年 9 月 29 日开工，预计 2015 年 12 月 31 日建成通车。

由于海南特殊的地域问题，原材料比较紧张，长距离的运输成本使工地现场所使用的材料很难达到铁路的高标准要求，原材料情况复杂，从而混凝土问题也愈发难以解决。同时，由于混凝土外加剂本身存在多样化、功能化、微量化等特性，导致工程项目中一旦出现问题总是默认为是外加剂的原因，即便不是，也要求外加剂能够解决问题。本文通过对现场材料的分析，以 C40 水下桩混凝土为例，进行一系列应用尝试，从而确定 VIVID-500(H) 和易型聚羧酸减水剂在该项目中的优势。

1　混凝土性能指标及原材料特性分析

1.1C40水下桩混凝土性能技术指标

混凝土宜具有低水胶比，低含气量，高流动性，良好抗离析性，抗泌水，抗泵能力好，坍落度经时损失小，缓凝，早强等特点，具体性能见表 1。

表1　C40水下桩混凝土技术指标

1.2原材料

（1）胶凝材料：

水泥为海螺 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，具体性能指标见表 2。

粉煤灰：国投钦州电厂，Ⅱ级粉煤灰。

表2　水泥的化学组成 wt%

（2）细骨料：中粗河沙，细度模数 2.8～3.0；具体参数见表 3。

表3　细骨料筛分结果

细度模数 Mx=(A2.36+A1.18+A0.6+A0.3+A0.15-5A4.75)/ (100-A4.75)=2.98

（3）石子：石子筛分结果见表 4，筛分结果表明，小石子 5～10mm 档 5mm 过多，中石子 10～16mm 档 10mm 过多，大石子 16～25mm 档 20mm 过多。

表4　石子筛分结果（取样 3kg）

（4）外加剂：减水型聚羧酸减水剂；VIVID-500(H) 和易型聚羧酸减水剂

1.3试验配合比

C40 水下桩混凝土试验配合比见表 5。

表5　C40水下桩混凝土配合比 kg/m3

2　配合比试验中存在的问题

原材料中存在的问题：

（1）水泥粘聚性粘聚性差，导致混凝土整体粘聚性差，砂浆包裹性差，粗骨料易裸露；

（2）砂子偏粗，从表 3 数据中可以得知，虽然砂子整体细度模数符合铁路标准，但是由于其 0.15 级细颗粒过少，导致混凝土很容易离析，泌水；

（3）石子级配差，小石子 5mm 级别过多，中石子10mm 级别过多，大石子 20mm 过多，这样一个整体按照理论上最佳配比大:中:小＝4:4:2 进行组合，混凝土和易性很差；且石子的粒型偏差，多为针片，扁平状的石子，也会对混凝土的和易性造成严重的影响。

根据试验材料的性能和现场施工的要求，按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》进行混凝土配合比设计（见表 5），所打出的混凝土（状态如图 1 所示）表现出和易性差、浆体与骨料分离、水也特别容易从浆体中析出等现象，无法满足正常的现场施工要求。

图1　泌水状态

3　常规解决方法

3.1配合比调整

（1）调整砂率。根据试验过程中混凝土所表现出的现象，混凝土极易泌水且有返砂现象，通过降低或提高砂率，对混凝土状态进行调整，调整前后的配合比见表 6，新拌混凝土状态如图 2、图 3 所示。

表6　调整砂率前后的配合比 kg/m3

图2　SP-40%

图3　SP-44%

将砂率降至 40%，混凝土和易性没有改善，而且混凝土显得比较“单薄”，浆体自行流动，不会带动石子；将砂率提至 44%，混凝土没有流动性，且明显感到混凝土浆体“臃肿”，没有活性。

（2）调整大中小三档石子比例，见表 7。调整后新拌混凝土的状态如图 4、图 5 所示。

表7　调整石子配比

图4　C40-5

图5　C40-6

与图 1 相比较，将石子配比调整至 C40-4，混凝土状态基本上没有多少改变，混凝土和易性差，浆体与骨料无法成为一体，放置 2～3min，很容易泌水；将配比调整至 C40-5，去掉 5～10mm 一档石子，混凝土出现断级严重，走浆现象特别明显，对于泵送性混凝土，基本无法满足施工；如果按照C40-6 进行试验，混凝土浆体特别饱满、柔和，包裹性也很好，但由于大石子过多，导致混凝土发“虚”，混凝土骨架纯粹是大石子构建起来的，中间缺少密实度。

（3）增加胶材

每方增加 20 公斤水泥和 10 公斤的粉煤灰，混凝土和易性改善的不是很明显，而且混凝土变得更重和更粘。

3.2提高含气量

正常情况下，增加混凝土的含气量可以有效改善混凝土的包裹性，但由于现场材料中，砂子 0.15mm 档量比较少，且石子的粒型多为针片状，所以如果能够达到水下桩所要求的状态，所需的代价是混凝土含气量急剧升高，容重下降明显，这显然也不符合试验的初衷，如图 6 所示，混凝土表面气泡较多且长时间不破。

图6　仅增加混凝土含气量的混凝土状态图

3.3改用酯类聚羧酸减水剂

酯类减水剂采用的 MPEG 类单体，不同于醚类的HPEG、TPEG 类单体，对水泥有较强的适应性，可有效改善因水泥与醚类减水剂不适应所造成的问题，且其本身的含气量要高于醚类，可有效将规则型气泡引入到混凝土里面，从而有效改善混凝土的包裹性和和易性。目前由于酯类的主要原材料需进口且成本高昂，再加上其工艺复杂，要求严苛，所以国内有能力生产酯类产品的厂家很少。图 7 为聚羧酸减水剂的分子结构式。

3.4增稠剂

针对混凝土的和易性差，没有粘聚性，在常规的方法中可以适当添加增稠剂来改善混凝土的粘聚性，本试验中分别通过添加一定量的聚丙烯酸钠，3～5 万分子量的纤维素醚来验证增稠剂在本次试验中的效果。试验结果显示，聚丙烯酸钠在本次试验中对于增加粘聚性没有特别好的效果，而纤维素醚增稠的效果非常明显，但对减水率的影响特别大，使用纤维素醚改善混凝土的粘聚性需要将减水剂的掺量提高0.5%，而且纤维素醚在水中的溶解度特别小，不容易操作。

图7　聚羧酸减水剂的分子结构式

3.5保水剂

由于砂子中细颗粒缺少且胶材颗粒偏粗，混凝土静置2～3min 后极易泌水，无法通过正常途径（调整砂率，提高含气量）解决时，通常情况下可以考虑加入一定量的保水剂，能够有效解决混凝土的静置泌水现象。本次试验中分别加入辽宁科隆保水剂和三瑞保水剂，前者效果不明显，后者使混凝土不会再泌水，但会对减水率有影响，需要适当的提高减水剂的掺量。

3.6VIVID-500(H) 和易型聚羧酸减水剂

在常规醚类减水剂（VIVID-500F）中，用 VIVID-500(H)和易型聚羧酸减水剂替代其中的 30%，会相应的提高减水率，且混凝土的和易性、包裹性和流动性都得到显著的改善（如图 8），同时混凝土的含气量 Air=3.1% 也符合要求，7天试块平均强度 43MPa。

图8　使用 H 打出的混凝土

4　VIVID-500(H) 在其他工程中的应用

由于其良好的工作性能，VIVID-500(H) 和易型聚羧酸减水剂在其他项目中也得到了良好的反馈。目前，已经在内蒙古呼伦贝尔新取规划一桥，安徽淮南凤台淮河二桥，新建成贵铁路三，四标段等国家重点项目中投入使用，各方反应良好。相信凭借着其优于市面常用聚羧酸减水剂的工作性能，未来必定在减水剂行业中占据重要的一席。

5　结论

混凝土中一般包含了胶凝材料，骨料，水以及外加剂等，其内部微观体系的分布决定了宏观体系力学性能的变化。如混凝土中水与胶凝材料分布不均匀时会导致浆体粘度发生变化出现泌水现象；胶凝材料与骨料分布不均匀时会使得粗骨料下沉，导致沉降，离析等匀质性问题；而骨料分布不均匀会使得混凝土的填充密实度下降，从而导致混凝土最终强度下降。VIVID-500(H) 和易型聚羧酸减水剂根据水，胶凝材料和骨料之间亲疏水性的差异，量身打造分子结构和表面活性，将水均匀分散至组分周围形成“滚珠效应”，其良好的流动性避免了“分子—水—分子”之间的化学作用力，有效锁住水分，增大了组分之间的粘聚性，解决了离析，泌水等问题，从而实现铁路高标准混凝土的要求。

[1] 邓最亮，陈涛，冯中军，等．VIVID-500 系列聚羧酸减水剂与萘系减水剂在重大工程中应用性能对比[J]．混凝土，2013(5): 76-79．

[2] 薛庆．引气剂与混凝土高性能化[J]．混凝土，2005,4: 22-25．

[3] 干健平．高性能混凝土配合比设计技术措施[J]．国外建材科技，2006,6: 28-29．

[4] 王培铭．蔗糖对硅酸盐水泥凝结时间的影响[J]．上海建材学院学报，1996,9(2): 104．

［通讯地址］上海市喜泰路 237 号徐汇功能材料产业园 17 号楼（200232）

张祥（1991—），技术服务工程师，从事聚羧酸减水剂与水泥适应性以及工程应用研究。