聚羧酸系ADVA高效減水劑在杭州灣跨海大橋中的應用

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“海港工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范”及“杭州灣跨海大橋專用施工技術規(guī)范”技術要求。

關鍵詞：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36公里，其中橋長35.67公里，雙向6車道高速公路，橋寬33米。大橋除南北二個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米不等的預應力混凝土連續(xù)箱梁結構，整座大橋采用混凝土樁基，混凝土墩身，混凝土量達240萬立米。外?；炷翗蛄菏芎Ｉ巷L、浪、鹽等海洋性氣候因素影響，受海水中氯離子侵入，引起鋼筋腐蝕而導致結構破壞的危險，已得到杭州灣跨海大橋工程指揮部重視。提出了應采用水膠比低，強度高，Cl－擴散系數(shù)小，耐久性好的高性能混凝土的技術要求。其中選用與水泥匹配的優(yōu)質混凝土高效減水劑，阻銹劑成為材料的關鍵。經多次比較試用，最終，在大橋的海工基樁、墩身，預應力混凝土連續(xù)箱梁三個標段中全面選用美國獨資的格雷斯中國有限公司生產的聚羧酸類ADVA152、ADVA180，以及阻銹劑DCI- S。
經一年來在大橋工程的基樁、墩身及連續(xù)箱梁中的實際施工應用，ADVA混凝土的工作性、力學性能、Cl－滲透性及其他性能都達到設計及施工要求，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、配方獨特。減水劑具有摻量?。?.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。性能詳見表－1。

                 ADVA152、ADVA180性能檢測                  表－1
 
試驗項目
性能指標
試驗結果
ADVA152
ADVA180
減水率，％
≥10
27
28
泌水率比，％
≤95
30
27
含氣量，％
≤4.0
2.5
3.0
凝結時間差，
min
初凝
－90～＋120
+80
+105
終凝
－90～＋120
+90
+110
抗壓強度比，
％
1d
≥130
180
185
3d
≥120
175
170
7d
≥115
160
165
28d
≥110
144
154
收縮率比，％
≤135
110
110
對鋼筋銹蝕作用
對鋼筋無銹蝕危害
對鋼筋無銹蝕危害
對鋼筋無銹蝕危害

      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、檢測按國標GB8076-1997  ，ADVA152摻量C×1.1%，ADVA180摻量C×0.65%

      上海市建筑科學院曾收集了國內外一些聚羧酸鹽系列高效減水劑品種，進行性能對比試驗，其結果得出格雷斯公司生產的ADVA高效減水劑的性能值標在同類產品中出類拔萃。
       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告）     表－2

品牌
折固摻量（％）
減水率（％）
1h坍損（mm）
28d強度比（％）
和易性
進口（S）
0.17
27
50
128
好
進口（P）
0.18
28
25
122
好
ADVA
0.18
33
20
133
好
國產（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東部沿海地區(qū)——杭州灣為世界三大強潮海灣之一，居典型的亞熱帶季風氣候，氣候溫和，濕潤多雨。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，會造對鋼筋混凝土結構的嚴重腐蝕。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構100年的使用壽命。

      交通部曾于2000年編制發(fā)布了《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規(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筋性能。經工程證實，HPC可用混凝土的常規(guī)材料與施工工藝，以嚴格材料選擇，配合質量控制，經濟可靠的建造高耐久性海港工程混凝土結構。要達到這一技術要求-－配制高性能混凝土，根據國內外資料，是通過采用優(yōu)質高效減水劑和摻入活性摻合料來降低水膠比的辦法獲取的。因為當水膠比較小時，一部分水泥不能發(fā)生水化反應，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物Ca(OH)2發(fā)生二次反應，生成的凝膠充填在混凝土內的空隙中，從而有效的減小混凝土的空隙率，改善孔結構，提高混凝土的密實度，提高混凝土的電阻率，降低氯離子擴散系數(shù)。此時，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：用水量僅僅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，為了確保受海水波濤反復沖濺、浸泡的大橋墩身的混凝土使用期限達到100年，混凝土還需摻入DCI-S。DCI-S防腐蝕劑是以化學機理防止混凝土中鋼筋和預應力鋼筋受到氯離子的腐蝕作用。鋼筋混凝土在海水中，氧氣、水及電解質同時存在時，會使鋼筋發(fā)生電化學腐蝕，造成鋼筋產生鐵銹。而DCI-S防腐蝕劑摻入鋼筋混凝土后，DCI-S中有效成分會與混凝土中的鋼筋析出的鐵離子發(fā)生化學反應，形成一層防止氯鹽類侵蝕的保護層，從而使鋼筋在受氯離子侵蝕時，發(fā)生腐蝕的氯離子濃度起點明顯提高。試驗已證實：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。（見下表）

                                                DCI-S用量表
 
DCI-S（30％溶液）（L/cu.m.）
氯離子保護（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)生鋼筋銹蝕的時間推遲，即使大橋的使用壽命延長。

      四、 工程應用

      1、 海工樁基中應用

      杭州灣跨海大橋某合同段下部結構——海工樁基

      （1） 混凝土配合比設計目標：坍落度180－220mm，C30鉆孔灌注樁

      （2） 混凝土材料：

      水泥：  浙江長興三獅牌PⅡ42.5硅酸鹽水泥
      礦粉：  福建閩新礦粉
      粉煤灰：  寧波北侖Ⅱ級磨細低鈣粉煤灰
      砂：      福建閩江砂，中砂（細度模數(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
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/擴散度（mm）
含氣量（％）
凝結時間
抗裂性能
28d抗壓強度Mpa
84d Cl－擴散系數(shù)
（10－12m2/s）
氯離子含量（％）
出機
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、承臺中應用

      杭州灣跨海大橋某合同段，按“杭州灣跨海大橋專用技術規(guī)范”的要求，海工混凝土中尚須采取摻入阻銹劑的長效防腐蝕措施。經反復試驗，選用了格雷斯DCI-S阻銹劑（摻量：20kg/m3）

      （1） 混凝土配合比設計要求：坍落度160－200mm，水膠比≤0.35，強度：C40
氯離子擴散系數(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級灰
      砂：     福建閩江中砂（細度模數(shù)2.60－2.80）
      石子：   浙江余姚市新華第一采石場生產的碎石：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
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
坍落度（mm）
含氣量
（％）
抗壓強度（Mpa）
氯離子擴散系數(shù)
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、 預制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁

      （1） 配合比設計目標：

      根據“杭州灣跨海大橋專用施工技術規(guī)范”的規(guī)定及箱梁施工工藝要求，預制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的主要技術要求：

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

      （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
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
坍落度/擴散度
含氣量（％）
凝結時間
抗裂性能
壓力泌水率
Cl- 含量（％）
出機
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
抗壓強度（MPa）
彈模（×104Mpa）
Cl－擴散系數(shù)
收縮值
×10－4
3d
14d
28d
56d
14d
28d
4W
8W
12W
X001
33.3
53.4
60.9
65.5
3.58
3.98
2.57
1.34
--
2.43

      五、 結語

      聚羧酸鹽ADVA高效減水劑已成功應用在杭盧奕君、甘霖、江加標、朱新偉、劉斌、程嵐州灣跨海大橋海工樁基、墩身、承臺以及連續(xù)箱梁預應力混凝土等各個部位。經大量試驗工作及施工實踐證明：

      （1） ADVA高效減水劑具有摻量低0.4－1.2%（膠凝材料計），減水率高25－40％，坍落度保持性好，特別是與大摻量粉煤灰、礦粉復合使用時，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度高、氯離子擴散系數(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專用施工技術規(guī)范對高性能混凝土的技術要求。

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

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