VIVID聚羧酸超塑化劑在高速鐵路工程中的應(yīng)用

林忠斌   馮中軍   張德根   劉煒峰   俞明輝
（上海三瑞高分子材料有限公司，上海， 200237 ）
【摘  要】  本文研究了VIVID聚羧酸超塑化劑在客運(yùn)專線溫福段高性能混凝土上的應(yīng)用性能。結(jié)果表明，在本文試驗(yàn)范圍內(nèi)VIVID聚羧酸超塑化劑與水泥的適應(yīng)性和保坍性好，而且混凝土含氣量、56d電通量得到有效的保證?；炷恋母黜?xiàng)性能指標(biāo)均能滿足《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》對外加劑性能指標(biāo)的要求，為VIVID聚羧酸超塑化劑在客運(yùn)專線高性能混凝土中的推廣應(yīng)用提供了參考。
【關(guān)鍵詞】  VIVID聚羧酸超塑化劑；適應(yīng)性；保坍性；含氣量；56d電通量；混凝土
一、 前言
    鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃中計(jì)劃修建的“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)專線以及三個城際快速客運(yùn)系統(tǒng)，將連接我國廣闊的華北平原、東北地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)等「1」。其中鐵路快速客運(yùn)專線超過7000公里，主要包括京滬、京廣、京哈、沈大、隴海等，列車時速將達(dá)到200至300公里。鐵路客運(yùn)專線對橋上軌道的平順性要求很高，橋梁不僅應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度，還要求混凝土徐變小，耐久性好。
2005年鐵道部科學(xué)技術(shù)司發(fā)布了《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》，提高了對外加劑性能指標(biāo)的要求，見表1外加劑的性能要求。
表1   外加劑的性能要求
序號
項(xiàng)目
指標(biāo)
備注
1
水泥凈漿流動度，mm
≥240
按GB/T8077的規(guī)定檢驗(yàn)
2
硫酸鈉含量，%
≤5.0
3
氯離子含量，%
≤0.2
4
堿含量，%
≤10.0
5
減水率，%
≥20
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗(yàn)
6
含氣量，%
用于配制非抗凍混凝土?xí)r
≥3.0
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗(yàn)
用于配制抗凍混凝土?xí)r
≥4.5
7
坍落度保留值，mm
30min
≥180
按JC473-2001的規(guī)定檢驗(yàn)
60min
≥150
8
壓力泌水率比，%
≤50
按JC473-2001的規(guī)定檢驗(yàn)
9
收縮率比，%
≤120
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗(yàn)
10
相對耐久性指標(biāo)，%，200次
≥80
按GB8076-1997的規(guī)定檢驗(yàn)
11
電通量（56d），C
≤2000
按ASTM C1202檢驗(yàn)
聚羧酸類超塑化劑由于具有摻量低、減水率高、混凝土拌合物和易性和坍落度保持性能優(yōu)異、增強(qiáng)減縮效果顯著、低堿含量、低氯離子含量、水泥適應(yīng)性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對于混凝土的綜合性能有質(zhì)的提高，已經(jīng)成為配制高性能混凝土不可缺少的第五組分[2]。聚羧酸類超塑化劑不但符合《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》所要求的外加劑技術(shù)指標(biāo)，而且能夠滿足高鐵高性能混凝土的設(shè)計(jì)要求。
聚羧酸類超塑化劑已經(jīng)作為客運(yùn)專線高性能混凝土工程的指定外加劑，并在工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。
    上海三瑞高分子材料有限公司在成功設(shè)計(jì)和合成了一系列具有不同長度和結(jié)構(gòu)的聚氧烷基大單體基礎(chǔ)上，開發(fā)了VIVID系列三大類不同分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸超塑化劑。這些不同結(jié)構(gòu)的聚羧酸超塑化劑在全國多條客運(yùn)專線工程中得到了應(yīng)用，見表2。
表2   VIVID系列聚羧酸超塑化劑在客運(yùn)專線工程中的應(yīng)用
VIVID系列
VIVID-500
VIVID-600
VIVID-700
工程案例
武合客運(yùn)專線
溫福客運(yùn)專線
武廣客運(yùn)專線
鄭西客運(yùn)專線
 
二、VIVID聚羧酸超塑化劑在鐵路客運(yùn)專線工程中的應(yīng)用
    以客運(yùn)專線溫福段為例，研究了VIVID聚羧酸超塑化劑在客運(yùn)專線高性能混凝土上的應(yīng)用性能。
2.1  原材料及分析
（1）水泥及摻合料
南京雙猴P.O.42.5水泥：南京雙龍集團(tuán)水泥廠提供，其物理力學(xué)性能見表3。
表3  水泥物理力學(xué)性能
篩余/（180）%
標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/%
凝結(jié)時間/（h:min）
抗壓強(qiáng)度/（MPa）
抗折強(qiáng)度/（MPa）
安定性（沸煮法）
初凝
終凝
3d
28d
3d
28d
1．1
129．4
2：54
3：37
36．1
54．1
6．4
8．5
合格
 
“榕能”牌二級粉煤灰：長樂榕能粉煤灰開發(fā)有限公司提供。其化學(xué)成分及物理性能見表4。
表4  粉煤灰技術(shù)性能
比表面積
/（㎡/㎏）
需水量比
/%
燒失量
/%
SO3含量
/%
含水率
/%
活性指數(shù)/ %
7d
28d
380
87
6．78
1．46
0．7
90
106
上海寶鋼礦粉S95：其化學(xué)成分及物理性能見表5。
表5  礦粉技術(shù)性能
比表面積
/（㎡/㎏）
需水量比
/%
燒失量
/%
SO3含量
/%
含水率
/%
活性指數(shù) /%
3d
7d
28d
430
91
2．38
0．96
0．3
73
90
106
 
（2）集料
細(xì)集料：閩江中砂，屬二區(qū)中砂，其技術(shù)指標(biāo)見表6。
表6  砂技術(shù)指標(biāo)
細(xì)度模數(shù)
含泥量
/%
泥塊含量
/%
表觀密度
/（㎏/m3）
堆積密度
/（㎏/m3）
2．60～2．65
0．6
0．1
2630
1650
 
粗集料：碎石，粒徑5~25mm，連續(xù)粒級，壓碎值8.0%，針片狀含量8.0%。其技術(shù)指標(biāo)見表7。
表7  石技術(shù)指標(biāo)
顆粒粒級
/mm
含泥量
/%
表觀密度
/（㎏/m3）
壓碎指標(biāo)
/%
針片狀顆粒含量
/%
5～25
0．4
2740
8
8
 
2.2外加劑-VIVID系列聚羧酸超塑化劑的技術(shù)指標(biāo)及性能特點(diǎn)
    VIVID系列聚羧酸超塑化劑的特點(diǎn)是低堿、低氯、低引氣、高減水、坍落度損失小、不泌水、不離析，并顯著增強(qiáng)混凝土的流動性、強(qiáng)度和耐久性。與萘系高效減水劑相比，既保持了分散性高、減水率高的優(yōu)點(diǎn)，又克服了坍落度損失大的缺點(diǎn)，使混凝土的各項(xiàng)性能得到進(jìn)一步改善。
    在客運(yùn)專線溫福鐵路工程中，使用的是VIVID-600聚羧酸超塑化劑。
其理化性能指標(biāo)為：液態(tài)橙色，無沉淀，含固量22%，密度1.06g/ml。
按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB8076-1997檢測，技術(shù)性能指標(biāo)見表8。
表8  VIVID-600聚羧酸超塑化劑技術(shù)性能指標(biāo)
減水率/%
泌水率/%
含氣量/%
初凝時間/min
抗壓強(qiáng)度比/%
28收縮率比/%
對鋼筋銹蝕作用
3d
7d
28d
31
0
3.6
+112
194
198
172
103
無銹蝕
 
2.3 試驗(yàn)方法
（1）采用正交試驗(yàn)，各標(biāo)號混凝土配合比見表9所示，采用不同種類礦物質(zhì)摻合料進(jìn)行試驗(yàn)，混凝土坍落度出機(jī)控制在（200±20）mm范圍。
（2）試件的制作：試件尺寸為150mm×150mm×150mm，采用攪拌機(jī)拌和30L，機(jī)械振動臺成型。
（3）養(yǎng)護(hù)方法及齡期：采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，試件成型24h后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至3d、7d、28d和56d四個齡期。
（4）混凝土坍落度及損失與試件的強(qiáng)度檢測按照GB/T50080－2002《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行；混凝土凝結(jié)時間按JGJ70-90《砂漿凝結(jié)時間測定方法》進(jìn)行；混凝土電通量按ASTM C1202進(jìn)行。
表9  試驗(yàn)配合比
編號
砼標(biāo)號
水泥用量
/（㎏/m3）
摻合料用量/（㎏/m3）
水膠比
/%
砂率
/%
外加劑摻量 /%
粉煤灰
礦粉
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試驗(yàn)結(jié)果及分析
（1）VIVID聚羧酸超塑化劑對高性能混凝土工作性的影響
聚羧酸超塑化劑具有更廣泛的適應(yīng)性，如表8中混凝土坍落度保持性。
表8  混凝土試驗(yàn)結(jié)果
編號
含氣量/%
坍落度/mm
混凝土抗壓強(qiáng)度/MPa
56d電通量
/庫侖
出機(jī)
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聚羧酸超塑化劑在客運(yùn)專線混凝土中的性能表現(xiàn)及分析
    l在客運(yùn)專線混凝土中，VIVID聚羧酸超塑化劑對水泥中摻入粉煤灰、礦粉等各種礦物質(zhì)摻合料配伍的體系具有較強(qiáng)適應(yīng)性。通過與粉煤灰、礦粉的配伍以及VIVID聚羧酸超塑化劑的使用，能有效地改善混凝土的工作性。
l對混凝土工作性的影響
    高性能混凝土用水量通常范圍宜采用145～160㎏/m3，過低常出現(xiàn)混凝土粘度過大、含氣量過??；過高常出現(xiàn)混凝土和易性不良、氣泡過多過大、56d電通量通不過。VIVID聚羧酸超塑化劑能有效調(diào)節(jié)和改善混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
l對含氣量的影響
    由表8可見，C30～C40應(yīng)控制含氣量4.5～5.0%,C50～C60應(yīng)控制含氣量3.5～4.5%，不宜突破，否則C30～C40的電通量指標(biāo)通不過，C50～C60的早期強(qiáng)度指標(biāo)滿足不了張拉要求、后期強(qiáng)度發(fā)展受到影響。VIVID聚羧酸超塑化劑能有效調(diào)節(jié)和穩(wěn)定混凝土的含氣量。
l對電通量的作用
    電通量是混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一，粉煤灰主要對后期56d以上電通量貢獻(xiàn)比較大。VIVID聚羧酸超塑化劑的高減水率則有效保證了56d電通量性能。
l對抗壓強(qiáng)度的影響
    在摻入粉煤灰的同時，使用VIVID聚羧酸超塑化劑能有效提高混凝土的早期、中期、后期強(qiáng)度，保證了各標(biāo)號混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
三、結(jié)語
    通過VIVID聚羧酸超塑化劑在不同標(biāo)號混凝土中的試驗(yàn)，可以看出，使用VIVID聚羧酸超塑化劑混凝土的工作性、含氣量、56d電通量、強(qiáng)度全都能達(dá)到客運(yùn)專線高性能混凝土的性能指標(biāo)，為今后客運(yùn)專線混凝土的試驗(yàn)提供參考。
 
[參考文獻(xiàn)]
[1]  尤昌龍.客運(yùn)專線鐵路路基質(zhì)量控制技術(shù)措施探討，2006
[2]  劉治猛、羅遠(yuǎn)芳、劉煜平等.新型聚羧酸類高效減水劑的合成及性能研究.化學(xué)建材，2003（4）：15~18
[3]  沈軍、傅樂峰、馮中軍等.聚醚基超塑化劑的合成及其性能研究.混凝土，2005（6）：61~64
 
[作者簡介]  林忠斌，男，工程師，主要從事聚羧酸的應(yīng)用及推廣。
[單位地址]  上海市嘉川路245號納米技術(shù)孵化基地3號樓8F（200237）
[聯(lián)系電話]  021－64770899； E-mail：linzb-hope@sohu.com
　
原作者： 林忠斌

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