聚羧酸超塑化劑在福建液化天然氣工程中的應(yīng)用

[提　要] 　本文通過(guò)對(duì)聚羧酸超塑化劑在福建天然氣液化站的試驗(yàn)及應(yīng)用,結(jié)果表明該類產(chǎn)品在保塑性、緩凝性、減水率、強(qiáng)度和耐久性同萘系相比具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),特別是在一些技術(shù)要求比較高、難度大的工程中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞] 　聚羧酸超塑化劑;保坍性;氯離子擴(kuò)散系數(shù);耐久性

　1 前言

　　隨著混凝土向高強(qiáng)、高性能方向發(fā)展,外加劑特別是減水劑提出了更高的要求。而傳統(tǒng)的萘系、三聚氰胺系以及木質(zhì)素減水劑對(duì)新拌混凝土具有較好的工作性,但坍落度經(jīng)時(shí)變化大,而且這類減水劑多采用強(qiáng)腐蝕性的發(fā)煙硫酸或濃硫酸進(jìn)行磺化反應(yīng),然后采用甲醛通過(guò)縮聚反應(yīng)制備而成,在生產(chǎn)過(guò)程中難免會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,不利于可持續(xù)發(fā)展。聚羧酸類混凝土減水劑是20世紀(jì)90年代首先在日本等發(fā)達(dá)國(guó)家研制出的一種新型化學(xué)減水劑,他具有高減水率、高保坍、高增強(qiáng)、與水泥適應(yīng)性強(qiáng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn),由于其超分散性和超穩(wěn)定性引起了人們的密切關(guān)注,而在日本的高效減水劑中此類減水劑所占比例超過(guò)了90%。目前在國(guó)內(nèi)聚羧酸類混凝土減水劑其優(yōu)異的性能越來(lái)越被得到認(rèn)可,特別是近年隨著國(guó)內(nèi)聚羧酸產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與推廣,其在工程中的應(yīng)用也日趨頻繁。

　　本文就聚羧酸超塑化劑在福建天然氣液化站工程中的試驗(yàn)及應(yīng)用情況介紹如下:

2 工程概況

　　福建液化天然氣項(xiàng)目(簡(jiǎn)稱LNG項(xiàng)目)的建設(shè)地點(diǎn)位于湄洲灣北岸的莆田市秀嶼港,占地37公頃,一期工程規(guī)模為260萬(wàn)噸LNG/年,共投資55億元人民幣。主要包括兩座16萬(wàn)立方米的地面全容式混凝土頂儲(chǔ)罐、LNG氣化設(shè)施及輔助工程設(shè)施,輸氣干線一期工程管道總長(zhǎng)為369公里,主干線全長(zhǎng)315公里,三條支干線長(zhǎng)54公里,主干線起自莆田市秀嶼港的秀嶼首站,連接福州、莆田、泉州、廈門(mén)、漳州五個(gè)城市。

　　接收站LNG儲(chǔ)罐項(xiàng)目是基礎(chǔ)工程也是整個(gè)工程的重點(diǎn)之一, 接收站儲(chǔ)罐屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底板和穹頂為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C50,混凝土量約為5萬(wàn)m3。混凝土將處于- 40℃～ - 196℃的低溫使用環(huán)境,對(duì)其有特別的耐久性和物理性能的要求。

3 混凝土主要技術(shù)指標(biāo)要求

　　根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)、外觀質(zhì)量以及施工條件,其混凝土的技術(shù)要求主要有以下幾個(gè)方面:

　　(1)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C50;

　　(2)骨料的最大粒徑為25mm;

　　(3)最大水膠比為0．40;

　　(4)最大坍落度(170 ±300)mm

　　(5)含氣量410% ～615%

4 原材料

　　(1)水泥:福建水泥股份有限公司煉石P．O42．5。比表面積388m2 /kg, 0．08mm的篩余0124% ,初凝時(shí)間2h5min,終凝時(shí)間3h20min , 3d抗壓強(qiáng)度32．0MPa, 3d抗折強(qiáng)度5．7MPa,28d抗壓強(qiáng)度57．5MPa, 28d抗折強(qiáng)度8．7MPa。

　　(2)砂:閩江中砂,細(xì)度模數(shù)2．4。

　　(3)石: 5mm～25mm連續(xù)粒級(jí)碎石。

　　(4)礦粉: S95級(jí),比表面積388m2 /kg,密度2．90g/ cm3 ,流動(dòng)度比101% , 活性指數(shù)82% ( 7d) 、98% ( 28d) , 燒失量1．7% , SO3含量015%。

　　(5)拌合水:普通自來(lái)水。

　　(6)粉煤灰: 需水量比96%、細(xì)度( 0．045mm 方孔篩篩余) 8．7 %、燒失量5．84%、三氧化硫含量1．52%。

　　(7)外加劑: 格雷斯中國(guó)有限公司( GRACE) ADVA152聚羧酸系液體高效減水劑以及其它外加劑生產(chǎn)的萘系高效減水劑。

5 技術(shù)難點(diǎn)及試驗(yàn)研究

5．1 技術(shù)難點(diǎn)

　　根據(jù)工程施工技術(shù)的要求以及所選原材料的特點(diǎn),其技術(shù)難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):

　　(1)保坍性,由于工程使用的水泥0．08mm的篩余僅為0．24% ,細(xì)度很小,另外使用的砂偏細(xì),所以勢(shì)必增加了對(duì)外加劑的吸附,從而導(dǎo)致對(duì)提高混凝土的保塑性增加了難度;

　　(2)低水膠比(最大水膠比為0．40) ;

　　(3)在LNG招標(biāo)文件的技術(shù)規(guī)范部分,對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土工程的選料、配制、澆筑、養(yǎng)護(hù)等都作了規(guī)定。其中規(guī)定外加劑應(yīng)符合BS EN 934 - 2的有關(guān)規(guī)定外,還不得采用含有氯、鉀、鈉鹽類品種。

　　解決以上的技術(shù)難點(diǎn),在LNG工程混凝土施工中,配制高性能混凝土,其中選用合適的外加劑是重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。

5．2 試驗(yàn)研究

5．2．1 ADVA152 聚羧酸系減水劑與萘系減水劑勻質(zhì)性對(duì)比(見(jiàn)表1)

表1　ADVA152聚羧酸系減水劑與萘系減水劑部分勻質(zhì)性指標(biāo)對(duì)比

　　從勻質(zhì)性指標(biāo)可以看出,聚羧酸外加劑具有較低的堿含量,有利于混凝土耐久性的提高。聚羧酸外加劑比萘系外加劑具有更好的凈漿流動(dòng)度保持性、更大的減水率,為減少混凝土用水量、降低混凝土的水膠比、降低混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失提供了技術(shù)可能。

5．2．2 聚羧酸系與萘系在混凝土中的性能試驗(yàn)

　　根據(jù)工程中提出的一系列技術(shù)要求,經(jīng)過(guò)大量的混凝土試配,進(jìn)行篩選后按調(diào)配的配合比(表2)進(jìn)行了ADVA152聚羧酸高效減水劑和萘系復(fù)配的減水劑在混凝土的試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

表2　混凝土配合比

　　我們又對(duì)兩類外加劑對(duì)混凝土和易性以及外觀進(jìn)行了觀察,發(fā)現(xiàn)摻有聚羧酸類外加劑的混凝土無(wú)泌水現(xiàn)象,而摻有萘系減水劑的混凝土在靜停一段時(shí)間后開(kāi)始出現(xiàn)泌水現(xiàn)象;從混凝土外觀質(zhì)量來(lái)看聚羧酸類外加劑明顯優(yōu)于萘系減水劑。

　　同時(shí)聚羧酸外加劑使混凝土具有良好的分散性和分散保持性,避免了過(guò)去依靠萘系復(fù)配緩凝組分來(lái)延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間保坍的缺陷,從本質(zhì)上解決了混凝土坍落度損失問(wèn)題,有利于泵送施工。

　　從硬化混凝土的外觀質(zhì)量看,摻有聚羧酸外加劑的混凝土拆模后起表面致密光滑,且氣孔較少、分布均勻,且無(wú)大氣孔存在。從硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度看,摻聚羧酸外加劑的混凝土不僅具有相當(dāng)高的早期強(qiáng)度,其后期強(qiáng)度亦有大幅度提高,且不斷穩(wěn)定增長(zhǎng)。聚羧酸外加劑這種良好的增強(qiáng)效果,可以大幅度降低水泥用量,提高礦物摻合料的摻量,使混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)大大降低,抗碳化能力大大提高,降低了混凝土的干縮率,有利于混凝土耐久性的提高,有利于高強(qiáng)高性能混凝土的推廣,符合綠色高性能混凝土發(fā)展方向和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

6 工程應(yīng)用情況

　　福建LNG項(xiàng)目均采用了添加聚羧酸超塑化劑的混凝土,按照配合比在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工試驗(yàn),取樣混凝土經(jīng)過(guò)性能試驗(yàn)論證完全符合工程的施工及設(shè)計(jì)要求。從工程開(kāi)始到現(xiàn)今聚羧酸超塑化劑在該工程中已經(jīng)得到了大量應(yīng)用。并且得到了顧客的一致好評(píng)。

7 結(jié)論

　　(1)聚羧酸外加劑具有較低的堿含量,有利于混凝土耐久性的提高

　　(2)通過(guò)混凝土拌合物性能檢驗(yàn),聚羧酸減水劑比萘系具有更好的分散效果及保塑性,解決了傳統(tǒng)外加劑難以解決的混凝土保坍性差的問(wèn)題。

　　(3)通過(guò)硬化混凝土性能檢驗(yàn),聚羧酸減水劑減水率大,具有良好的增強(qiáng)效果,可以降低水泥用量,提高了摻合料的用量,使混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)大大降低,提高了混凝土的耐久性。

　　(4)聚羧酸減水劑是一種安全、綠色環(huán)保型產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

　　[ 1 ]郭廷輝1混凝土外加劑及其應(yīng)用技術(shù)[M ] 1北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004, 128 - 1341

　　[ 2 ]孫樹(shù),劉小軍,周猛1 聚羧酸系外加劑在廣東液化天然氣工程高性能混凝土中的試驗(yàn)與應(yīng)用[ J ] ,混凝土與水泥制品, 2005, 4: 2: 14 -161