【内容摘要】本文主要介绍了JM系列外加剂在三峡水利枢纽工程右岸地下电站进水口预建工程及三期工程中的试验及应用,简述了该外加剂的主要性能、用途及在三峡工程中的应用情况,为该系列外加剂在工程施工中的推广应用积累了经验。
【关键词】JM系列 外加剂 三峡工程 试验应用
1 概述
长江三峡水利枢纽由大坝、水电站和通航建筑物等三大部分组成,采用分三期施工导流方案。三峡工程坝址地区气候温和,多年平均气温16. 8℃,多年各月平均气温冬季为4. 8～6. 8℃,夏季为23. 3～28. 0℃,最高气温可达41.4℃,昼夜温差变化较大。右岸地下电站进水口工程,位于茅坪溪副坝下游侧,砼总方量约40万m3。三期大坝位于长江的右岸,于2002年11月开始施工,砼工程量为600多万m3。两个标段砼方量大,浇筑强度高,与三峡二期工程相比,砼质量控制要求更为严格。为此,必须选择高性能的外加剂来改善砼的各项性能,以满足施工的需要。上述大坝主体工程常规砼中掺用了JM - ⅡC型缓凝高效减水剂,在高流态、泵送砼中掺用了JM - Ⅱ型泵送剂,有效地改善了砼的性能,满足了工程施工的要求。
2 JM系列外加剂简介
在三峡工程中使用的JM系列外加剂的主要有JM - ⅡC型缓凝高效减水剂、JM - II型(缓凝、泵送)砼高效增强剂, JM - II系以β - 萘磺酸亚甲基高级缩合物和反应型高分子聚合物为主体的复合添加剂,具有高效减水、缓凝、保坍和增强等功能。产品分粉末状固体型和液体型两种,适合于各种砼。JM - ⅡC和JM - Ⅱ产品主要有以下几方面的优点:
(1)大减水。产品减水效果显著,采用标准方法(按GB8076 - 97《砼外加剂》中有关规定)测得的减水率均在20%以上,最大的可达23. 6%。对于大流动性砼,减水效果更加明显,最大减水率可达31. 8%。
(2)高增强。掺有JM - ⅡC、JM - II的砼,具有很好的触变性能,砼初、终凝时间间隔很短,强度发展迅速,增强效果显著, 28d强度较普通砼一般可提高35%～60%。
(3)高保坍。两种产品均采用反应型高分子共聚物为保坍组分,其保坍能力很强,而且对水泥品种、型号及气温适应性强,几乎不受温度变化的影响。在气温低时,砼坍落度损失慢,反应性高分子共聚物的释放速度慢;气温高时,砼坍落度损失加快,反应性高分子共聚物释放速度加快,砼的保坍能力提高。
(4)缓凝效果明显。掺JM - ⅡC、JM - II的砼,其初凝时间可延缓10h左右,这一特性为避免或减少施工冷缝提供了保证。
(5)和易性好。JM - ⅡC、JM - II抗泌水、抗离析性能好;而且掺JM - II的砼泵送摩阻力小,便于泵送。
(6)掺JM - ⅡC、JM - II的水泥基材水化热峰值明显降低,且峰值出现的时间向后推迟达24h,有效降低早期水化热。其1d水化热仅为纯水泥浆体的1 /7,从而有效地减少或避免温度裂缝的出现。
3 JM系列外加剂性能
砼外加剂的质量将直接影响砼生产质量。为此,对JM-ⅡC、JM -II 两种外加剂进行了物理性能检测及化学成份分析,其成果见表1。
从表1可以看出JM - ⅡC、JM - II两种外加剂配制容易,配制后表面无泡沫、液体无沉淀,碱含量较低,满足国家标准要求及三峡工程质量标准要求。
4 JM系列外加剂的配制和使用方法
(1) JM - ⅡC及JM - II型外加剂使用前一般先配置为15%～20%左右浓度的溶液,充分搅拌均匀后即可使用。在配置完成后应在溶液池上标明配置日期、浓度等配置信息,以防误配、误用。
(2)常用掺量(按重量计)为水泥重量的0. 7%～1. 2%,配制C50以上的高强砼,掺量可加大至1. 2%～1. 5%。
(3)储存。减水剂应储藏在干燥、阴凉的地方,防止日晒、雨淋。正常条件下,保质期为两年。
5 掺JM系列外加剂砼性能试验
5. 1 砼拌和物性能
掺JM系列外加剂砼性能试验按照国标《砼外加剂》(GB8076 - 97)一等品进行。试验采用华新中热42. 5 水泥,水泥用量330 ±5kg/m3 ;三峡下岸溪人工骨料,砂FM =2. 72,砂率40% ,坍落度70～90mm。基准砼用水量195kg/m3 ,坍落度87mm,掺减水剂砼通过调整用水量控制坍落度在70～90mm范围内。进行了减水率、和易性、含气量、凝结时间、抗压强度比等试验,试验结果见表2。
表2的试验结果表明: JM - ⅡC、JM - II两种外加剂均满足《砼外加剂》(GB8076 - 97)性能要求,掺两种外加剂的砼拌和物和易性接近,含气量较小,减水率均相对较高,可达20%以上,砼拌和物性能良好,满足设计要求。
5. 2 砼拌和物坍落度损失
根据砼浇筑的需要,对JM - ⅡC、JM - II两种外加剂进行了掺外加剂砼拌和物坍落度损失试验,试验按照《水工砼试验规程》( SD105 - 82)附录“砼配合比设计方法”进行。其中试验采用华新中热42. 5水泥,邹县Ⅰ级粉煤灰,三峡下岸溪人工骨料,掺JM - ⅡC砼水胶比0. 55,粉煤灰掺量40% ,砂率26% ,坍落度30～50mm,引气剂掺量0. 025%;掺JM - Ⅱ砼水胶比0. 45,粉煤灰掺量20% ,砂率42% ,坍落度160～180mm,引气剂掺量0. 025%。试验成果见表3。
表3试验结果可看出,掺减水剂JM - ⅡC的砼坍落度损失率相对较小,掺JM - II的砼60min时坍落度损失很小,对砼施工十分有利,利于三峡高温季节的砼浇筑。
5. 3 砼力学性能及耐久性能
对三峡工程掺JM - ⅡC减水剂的主要标号常规砼及掺JM - Ⅱ泵送剂的高流态、泵送砼进行了抗压强度、抗拉强度、弹性模量和极限拉伸、抗渗、抗冻试验,试验成果列于表4。由表4可见,各标号砼均满足设计要求。
6 JM系列外加剂在三峡工程中的应用
6. 1 JM - Ⅱ在右岸地下电站进水口泵送砼中的应用
三峡右岸地下电站进水口工程位于茅坪溪副坝下游侧,砼总方量约40万m3 ,总工期33个月。其中1#～6#引水隧洞和排沙主洞砼衬砌均采用C25F250W10 (二级配)泵送砼,衬砌厚度150cm左右,砼总方量4. 4万m3。根据现场施工条件,砼最长泵送距离约200m,最大高差约28m,拐角数量最多达6个,施工难度大,而且因为右岸暂时没有砼拌和系统,泵送砼必须由相距15km以外的左岸高程120拌和系统生产,运距长,沿途路况较差,从砼生产出楼到施工现场一般需要30min,到砼完成入仓约1h。为了保证工程施工的顺利进行和施工质量,要求泵送砼必须具有良好的可泵性和保坍性能,并尽可能降低砼温升和提高砼性能。通过三峡总公司试验中心和长科院对9种泵送剂初选和对6种泵送剂的优选试验,并根据泵送剂在三峡永久船闸的应用实践及多次试验成果,泵送剂选择江苏建科院生产的JM - Ⅱ,引气剂采用石家庄DH9。由于JM - Ⅱ泵送剂减水率高,保坍性能好,不仅能节约水泥用量,降低了砼温升,还弥补了砼运输距离远、浇筑速度慢带来的不利影响,使砼浇筑能够顺畅进行。从2001年10月至今,右岸进水口泵送砼已全部完成浇筑,现场检测结果表明泵送砼各项技术指标均满足设计要求,砼质量达到优良水平。砼施工配合比见表5。
6. 2 JM - Ⅱ在三峡三期工程泵送及二期、三期高流态砼中的应用
三峡三期工程主要使用了C90 20F150W10、C9020F250W10、C20F250W8 (C90 25F250W10) 、C25F250W10四种标号的泵送砼。根据在三峡右岸地下电站进水口工程中的应用实践,参照三期工程招标文件要求,通过泵送剂的优选试验,最终采用了江苏建科院生产的JM - Ⅱ泵送剂,引气剂采用上海麦斯特A IR202。现场检测成果表明泵送砼各项技术指标均满足设计要求。另外,根据施工工艺要求,三期主体工程引水压力钢管底部需浇筑高流态砼,高流态砼属自流密实砼,要求坍落度大、流动性能好,对配合比及外加剂的选择有更高的要求。为进一步防止骨浆分离,结合二期工程使用经验,三期工程开始时又采用了JM - Ⅱ泵送剂和江苏建科院生产的增粘剂联掺的方式,取得了良好的效果。现场应用表明, JM - Ⅱ泵送剂与增粘剂、引气剂三者共同掺用适应性良好,使砼的粘聚性进一步得到提高,大大方便了钢管底部的施工,现场各项性能指标均满足设计要求。三峡三期工程泵送、高流态砼施工配合比见表6。
6. 3 JM - ⅡC在三峡三期工程大坝常规砼中的应用
三峡三期工程于2002年11月开始施工,其中1A标段主体工程共浇筑砼200余万m3 ,在主体工程常规砼中掺用了JM - ⅡC型缓凝高效减水剂,现场检测结果表明砼和易性较好,同时满足含气量、坍落度及凝结时间的要求。三峡三期工程常规砼施工配合比见表7。
7 结束语
从三峡右岸地下电站进水口工程到三峡三期工程,通过在砼中掺用JM系列外加剂,并与引气剂联掺使用,克服了各种不利影响,最大限度地降低了砼的单位用水量,最大降幅在30%以上。JM系列外加剂作为三峡工程主要使用的外加剂,其性能相对稳定,减水效果佳,保坍性好,在三峡永久船闸、左厂坝段等部位都曾使用,均取得了良好的使用效果。JM系列外加剂在三峡工程的应用表明,合理运用了缓凝高效减水剂,不仅能够有效地降低砼单位用水量,能提高砼的技术性能,配制出高性能水工砼,更利于大体积砼的施工与温控防裂,取得了良好的技术经济效益。