林忠斌 冯中军 张德根 刘炜峰 俞明辉
（上海三瑞高分子材料有限公司，上海， 200237 ）
【摘 要】 本文研究了VIVID聚羧酸超塑化剂在客运专线温福段高性能混凝土上的应用性能。结果表明，在本文试验范围内VIVID聚羧酸超塑化剂与水泥的适应性和保坍性好，而且混凝土含气量、56d电通量得到有效的保证。混凝土的各项性能指标均能满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》对外加剂性能指标的要求，为VIVID聚羧酸超塑化剂在客运专线高性能混凝土中的推广应用提供了参考。
【关键词】 VIVID聚羧酸超塑化剂；适应性；保坍性；含气量；56d电通量；混凝土
一、 前言
铁路中长期发展规划中计划修建的“四纵四横”铁路快速客运专线以及三个城际快速客运系统，将连接我国广阔的华北平原、东北地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区、西北地区、西南地区等「1」。其中铁路快速客运专线超过7000公里，主要包括京沪、京广、京哈、沈大、陇海等，列车时速将达到200至300公里。铁路客运专线对桥上轨道的平顺性要求很高，桥梁不仅应有足够的强度、刚度，还要求混凝土徐变小，耐久性好。
2005年铁道部科学技术司发布了《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》，提高了对外加剂性能指标的要求，见表1外加剂的性能要求。
表1 外加剂的性能要求
|
序号 |
项目 |
指标 |
备注 | |
|
1 |
水泥净浆流动度，mm |
≥240 |
按GB/T8077的规定检验 | |
|
2 |
硫酸钠含量，% |
≤5.0 | ||
|
3 |
氯离子含量，% |
≤0.2 | ||
|
4 |
碱含量，% |
≤10.0 | ||
|
5 |
减水率，% |
≥20 |
按GB8076-1997的规定检验 | |
|
6 |
含气量，% |
用于配制非抗冻混凝土时 |
≥3.0 |
按GB8076-1997的规定检验 |
|
用于配制抗冻混凝土时 |
≥4.5 | |||
|
7 |
坍落度保留值，mm |
30min |
≥180 |
按JC473-2001的规定检验 |
|
60min |
≥150 | |||
|
8 |
压力泌水率比，% |
≤50 |
按JC473-2001的规定检验 | |
|
9 |
收缩率比，% |
≤120 |
按GB8076-1997的规定检验 | |
|
10 |
相对耐久性指标，%，200次 |
≥80 |
按GB8076-1997的规定检验 | |
|
11 |
电通量（56d），C |
≤2000 |
按ASTM C1202检验 | |
聚羧酸类超塑化剂由于具有掺量低、减水率高、混凝土拌合物和易性和坍落度保持性能优异、增强减缩效果显著、低碱含量、低氯离子含量、水泥适应性好、绿色环保等优点，对于混凝土的综合性能有质的提高，已经成为配制高性能混凝土不可缺少的第五组分[2]。聚羧酸类超塑化剂不但符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》所要求的外加剂技术指标，而且能够满足高铁高性能混凝土的设计要求。
聚羧酸类超塑化剂已经作为客运专线高性能混凝土工程的指定外加剂，并在工程中获得了广泛的应用。
上海三瑞高分子材料有限公司在成功设计和合成了一系列具有不同长度和结构的聚氧烷基大单体基础上，开发了VIVID系列三大类不同分子结构的聚羧酸超塑化剂。这些不同结构的聚羧酸超塑化剂在全国多条客运专线工程中得到了应用，见表2。
表2 VIVID系列聚羧酸超塑化剂在客运专线工程中的应用
|
VIVID系列 |
VIVID-500 |
VIVID-600 |
VIVID-700 |
|
工程案例 |
武合客运专线 |
温福客运专线
武广客运专线 |
郑西客运专线 |
二、VIVID聚羧酸超塑化剂在铁路客运专线工程中的应用
以客运专线温福段为例，研究了VIVID聚羧酸超塑化剂在客运专线高性能混凝土上的应用性能。
2.1 原材料及分析
（1）水泥及掺合料
南京双猴P.O.42.5水泥：南京双龙集团水泥厂提供，其物理力学性能见表3。
表3 水泥物理力学性能
|
筛余/（180）% |
标准稠度用水量/% |
凝结时间/（h:min） |
抗压强度/（MPa） |
抗折强度/（MPa） |
安定性（沸煮法） | |||
|
初凝 |
终凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | |||
|
1．1 |
129．4 |
2：54 |
3：37 |
36．1 |
54．1 |
6．4 |
8．5 |
合格 |
“榕能”牌二级粉煤灰：长乐榕能粉煤灰开发有限公司提供。其化学成分及物理性能见表4。
表4 粉煤灰技术性能
|
比表面积
/（㎡/㎏） |
需水量比
/% |
烧失量
/% |
SO3含量
/% |
含水率
/% |
活性指数/ % | |
|
7d |
28d | |||||
|
380 |
87 |
6．78 |
1．46 |
0．7 |
90 |
106 |
上海宝钢矿粉S95：其化学成分及物理性能见表5。
表5 矿粉技术性能
|
比表面积
/（㎡/㎏） |
需水量比
/% |
烧失量
/% |
SO3含量
/% |
含水率
/% |
活性指数 /% | ||
|
3d |
7d |
28d | |||||
|
430 |
91 |
2．38 |
0．96 |
0．3 |
73 |
90 |
106 |
（2）集料
细集料：闽江中砂，属二区中砂，其技术指标见表6。
表6 砂技术指标
|
细度模数 |
含泥量
/% |
泥块含量
/% |
表观密度
/（㎏/m3） |
堆积密度
/（㎏/m3） |
|
2．60～2．65 |
0．6 |
0．1 |
2630 |
1650 |
粗集料：碎石，粒径5~25mm，连续粒级，压碎值8.0%，针片状含量8.0%。其技术指标见表7。
表7 石技术指标
|
颗粒粒级
/mm |
含泥量
/% |
表观密度
/（㎏/m3） |
压碎指标
/% |
针片状颗粒含量
/% |
|
5～25 |
0．4 |
2740 |
8 |
8 |
2.2外加剂-VIVID系列聚羧酸超塑化剂的技术指标及性能特点
VIVID系列聚羧酸超塑化剂的特点是低碱、低氯、低引气、高减水、坍落度损失小、不泌水、不离析，并显著增强混凝土的流动性、强度和耐久性。与萘系高效减水剂相比，既保持了分散性高、减水率高的优点，又克服了坍落度损失大的缺点，使混凝土的各项性能得到进一步改善。
在客运专线温福铁路工程中，使用的是VIVID-600聚羧酸超塑化剂。
其理化性能指标为：液态橙色，无沉淀，含固量22%，密度1.06g/ml。
按照国家标准GB8076-1997检测，技术性能指标见表8。
表8 VIVID-600聚羧酸超塑化剂技术性能指标
|
减水率/% |
泌水率/% |
含气量/% |
初凝时间/min |
抗压强度比/% |
28收缩率比/% |
对钢筋锈蚀作用 | ||
|
3d |
7d |
28d | ||||||
|
31 |
0 |
3.6 |
+112 |
194 |
198 |
172 |
103 |
无锈蚀 |
2.3 试验方法
（1）采用正交试验，各标号混凝土配合比见表9所示，采用不同种类矿物质掺合料进行试验，混凝土坍落度出机控制在（200±20）mm范围。
（2）试件的制作：试件尺寸为150mm×150mm×150mm，采用搅拌机拌和30L，机械振动台成型。
（3）养护方法及龄期：采用标准养护，试件成型24h后拆模，在标准养护室内养护至3d、7d、28d和56d四个龄期。
（4）混凝土坍落度及损失与试件的强度检测按照GB/T50080－2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》进行；混凝土凝结时间按JGJ70-90《砂浆凝结时间测定方法》进行；混凝土电通量按ASTM C1202进行。
表9 试验配合比
|
编号 |
砼标号 |
水泥用量
/（㎏/m3） |
掺合料用量/（㎏/m3） |
水胶比
/% |
砂率
/% |
外加剂掺量 /% | |
|
粉煤灰 |
矿粉 | ||||||
|
1 |
C30～C40 |
216 |
117 |
/ |
0．45 |
41 |
0．8～0．9 |
|
2 |
232 |
125 |
/ |
0．42 |
40 | ||
|
3 |
250 |
135 |
/ |
0．38 |
38 | ||
|
4 |
262 |
141 |
/ |
0．35 |
38 | ||
|
5 |
289 |
96 |
/ |
0．38 |
39 | ||
|
6 |
313 |
104 |
/ |
0．36 |
38 | ||
|
7 |
341 |
114 |
/ |
0．32 |
36 | ||
|
8 |
C30～C40大坍落度砼 |
231 |
124 |
/ |
0．43 |
43 | |
|
9 |
247 |
133 |
/ |
0．41 |
42 | ||
|
10 |
300 |
100 |
/ |
0．39 |
40 | ||
|
11 |
C50～C60 |
284 |
80 |
80 |
0．36 |
38 |
1 |
|
12 |
284 |
53 |
107 |
0．36 |
40 | ||
|
13 |
284 |
40 |
120 |
0．36 |
42 | ||
|
14 |
300 |
85 |
85 |
0．33 |
40 |
1．1～1．2 | |
|
15 |
301 |
56 |
113 |
0．33 |
40 | ||
|
16 |
301 |
42 |
127 |
0．33 |
38 | ||
|
17 |
320 |
90 |
90 |
0．31 |
42 | ||
|
18 |
320 |
60 |
120 |
0．31 |
38 | ||
|
19 |
320 |
45 |
135 |
0．31 |
40 | ||
2.4试验结果及分析
（1）VIVID聚羧酸超塑化剂对高性能混凝土工作性的影响
聚羧酸超塑化剂具有更广泛的适应性，如表8中混凝土坍落度保持性。
表8 混凝土试验结果
|
编号 |
含气量/% |
坍落度/mm |
混凝土抗压强度/MPa |
56d电通量
/库仑 | ||||
|
出机 |
60min |
120min |
3d |
7d |
28d | |||
|
1 |
4.5 |
210 |
185 |
170 |
26.3 |
35.1 |
41.4 |
1360 |
|
2 |
4.6 |
190 |
175 |
165 |
27.1 |
34.6 |
43.8 |
1300 |
|
3 |
4.5 |
200 |
170 |
165 |
30.9 |
37.3 |
48.1 |
1240 |
|
4 |
4.7 |
195 |
175 |
160 |
30.4 |
38.2 |
49.9 |
1180 |
|
5 |
4.6 |
195 |
175 |
160 |
32.1 |
37.9 |
48.7 |
1260 |
|
6 |
4.5 |
200 |
180 |
170 |
32.6 |
38.5 |
49.5 |
1230 |
|
7 |
4.6 |
195 |
175 |
165 |
34.9 |
38.9 |
52.3 |
1020 |
|
8 |
4.8 |
220 |
195 |
175 |
27.3 |
35.3 |
42.9 |
1340 |
|
9 |
4.7 |
220 |
190 |
175 |
27.9 |
35.9 |
44.1 |
1280 |
|
10 |
4.8 |
220 |
195 |
175 |
28.7 |
36.0 |
46.8 |
1200 |
|
11 |
3.7 |
200 |
190 |
165 |
43.0 |
61.0 |
73.6 |
830 |
|
12 |
3.8 |
210 |
200 |
180 |
41.0 |
56.2 |
67.6 |
960 |
|
13 |
3.9 |
205 |
195 |
170 |
39.1 |
54.9 |
64.1 |
1000 |
|
14 |
3.5 |
195 |
185 |
165 |
39.8 |
54.3 |
66.8 |
880 |
|
15 |
3.7 |
195 |
185 |
160 |
40.3 |
55.1 |
67.0 |
870 |
|
16 |
3. 9 |
195 |
180 |
165 |
41.8 |
61.3 |
73.5 |
840 |
|
17 |
4.0 |
195 |
190 |
170 |
38.7 |
53.6 |
65.1 |
1000 |
|
18 |
3.5 |
190 |
185 |
165 |
43.6 |
62.3 |
74.2 |
840 |
|
19 |
3.5 |
195 |
185 |
170 |
40.0 |
54.9 |
66.9 |
920 |
（2）VIVID聚羧酸超塑化剂在客运专线混凝土中的性能表现及分析
l在客运专线混凝土中，VIVID聚羧酸超塑化剂对水泥中掺入粉煤灰、矿粉等各种矿物质掺合料配伍的体系具有较强适应性。通过与粉煤灰、矿粉的配伍以及VIVID聚羧酸超塑化剂的使用，能有效地改善混凝土的工作性。
l对混凝土工作性的影响
高性能混凝土用水量通常范围宜采用145～160㎏/m3，过低常出现混凝土粘度过大、含气量过小；过高常出现混凝土和易性不良、气泡过多过大、56d电通量通不过。VIVID聚羧酸超塑化剂能有效调节和改善混凝土的各项性能指标。
l对含气量的影响
由表8可见，C30～C40应控制含气量4.5～5.0%,C50～C60应控制含气量3.5～4.5%，不宜突破，否则C30～C40的电通量指标通不过，C50～C60的早期强度指标满足不了张拉要求、后期强度发展受到影响。VIVID聚羧酸超塑化剂能有效调节和稳定混凝土的含气量。
l对电通量的作用
电通量是混凝土耐久性的重要指标之一，粉煤灰主要对后期56d以上电通量贡献比较大。VIVID聚羧酸超塑化剂的高减水率则有效保证了56d电通量性能。
l对抗压强度的影响
在掺入粉煤灰的同时，使用VIVID聚羧酸超塑化剂能有效提高混凝土的早期、中期、后期强度，保证了各标号混凝土达到设计强度。
三、结语
通过VIVID聚羧酸超塑化剂在不同标号混凝土中的试验，可以看出，使用VIVID聚羧酸超塑化剂混凝土的工作性、含气量、56d电通量、强度全都能达到客运专线高性能混凝土的性能指标，为今后客运专线混凝土的试验提供参考。
[参考文献]
[1] 尤昌龙.客运专线铁路路基质量控制技术措施探讨，2006
[2] 刘治猛、罗远芳、刘煜平等.新型聚羧酸类高效减水剂的合成及性能研究.化学建材，2003（4）：15~18
[3] 沈军、傅乐峰、冯中军等.聚醚基超塑化剂的合成及其性能研究.混凝土，2005（6）：61~64
[作者简介] 林忠斌，男，工程师，主要从事聚羧酸的应用及推广。
[单位地址] 上海市嘉川路245号纳米技术孵化基地3号楼8F（200237）
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