聚羧酸系A(chǔ)DVA高效減水劑在杭州灣跨海大橋中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞:聚羧酸鹽系,高性能混凝土,抗氯離子滲透,跨海大橋
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?qū)?3米。大橋除南北二個(gè)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu),整座大橋采用混凝土樁基,混凝土墩身,混凝土量達(dá)240萬立米。外?;炷翗蛄菏芎I巷L(fēng)、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(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的危險(xiǎn),已得到杭州灣跨海大橋工程指揮部重視。提出了應(yīng)采用水膠比低,強(qiáng)度高,Cl-擴(kuò)散系數(shù)小,耐久性好的高性能混凝土的技術(shù)要求。其中選用與水泥匹配的優(yōu)質(zhì)混凝土高效減水劑,阻銹劑成為材料的關(guān)鍵。經(jīng)多次比較試用,最終,在大橋的海工基樁、墩身,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁三個(gè)標(biāo)段中全面選用美國獨(dú)資的格雷斯中國有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類ADVA152、ADVA180,以及阻銹劑DCI- S。
經(jīng)一年來在大橋工程的基樁、墩身及連續(xù)箱梁中的實(shí)際施工應(yīng)用,ADVA混凝土的工作性、力學(xué)性能、Cl-滲透性及其他性能都達(dá)到設(shè)計(jì)及施工要求,取得滿意的使用效果。
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(dú)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(diǎn)。性能詳見表-1。
ADVA152、ADVA180性能檢測 表-1
試驗(yàn)項(xiàng)目 |
性能指標(biāo) |
試驗(yàn)結(jié)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(jié)時(shí)間差,
min |
初凝 |
-90~+120 |
+80 |
+105 |
終凝 |
-90~+120 |
+90 |
+110 | |
抗壓強(qiáng)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(duì)鋼筋銹蝕作用 |
對(duì)鋼筋無銹蝕危害 |
對(duì)鋼筋無銹蝕危害 |
對(duì)鋼筋無銹蝕危害 |
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(biāo)GB8076-1997 ,ADVA152摻量C×1.1%,ADVA180摻量C×0.65%
上海市建筑科學(xué)院曾收集了國內(nèi)外一些聚羧酸鹽系列高效減水劑品種,進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn),其結(jié)果得出格雷斯公司生產(chǎn)的ADVA高效減水劑的性能值標(biāo)在同類產(chǎn)品中出類拔萃。
品牌 |
折固摻量(%) |
減水率(%) |
1h坍損(mm) |
28d強(qiáng)度比(%) |
和易性 |
進(jìn)口(S) |
0.17 |
27 |
50 |
128 |
好 |
進(jìn)口(P) |
0.18 |
28 |
25 |
122 |
好 |
ADVA |
0.18 |
33 |
20 |
133 |
好 |
國產(chǎn)(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(qiáng)潮海灣之一,居典型的亞熱帶季風(fēng)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(huì)造對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)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(qiáng)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(hù)筋性能。經(jīng)工程證實(shí),HPC可用混凝土的常規(guī)材料與施工工藝,以嚴(yán)格材料選擇,配合質(zhì)量控制,經(jīng)濟(jì)可靠的建造高耐久性海港工程混凝土結(jié)構(gòu)。要達(dá)到這一技術(shù)要求--配制高性能混凝土,根據(jù)國內(nèi)外資料,是通過采用優(yōu)質(zhì)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?yàn)楫?dāng)水膠比較小時(shí),一部分水泥不能發(fā)生水化反應(yīng),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(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生二次反應(yīng),生成的凝膠充填在混凝土內(nèi)的空隙中,從而有效的減小混凝土的空隙率,改善孔結(jié)構(gòu),提高混凝土的密實(shí)度,提高混凝土的電阻率,降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)。此時(shí),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(shí),為了確保受海水波濤反復(fù)沖濺、浸泡的大橋墩身的混凝土使用期限達(dá)到100年,混凝土還需摻入DCI-S。DCI-S防腐蝕劑是以化學(xué)機(jī)理防止混凝土中鋼筋和預(yù)應(yīng)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(zhì)同時(shí)存在時(shí),會(huì)使鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕,造成鋼筋產(chǎn)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(huì)與混凝土中的鋼筋析出的鐵離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成一層防止氯鹽類侵蝕的保護(hù)層,從而使鋼筋在受氯離子侵蝕時(shí),發(fā)生腐蝕的氯離子濃度起點(diǎn)明顯提高。試驗(yàn)已證實(shí):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(hù)(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(shí)間推遲,即使大橋的使用壽命延長。
四、 工程應(yīng)用
1、 海工樁基中應(yīng)用
杭州灣跨海大橋某合同段下部結(jié)構(gòu)——海工樁基
(1) 混凝土配合比設(shè)計(jì)目標(biāo):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(jí)磨細(xì)低鈣粉煤灰
砂: 福建閩江砂,中砂(細(xì)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(hào) |
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(kuò)散度(mm) |
含氣量(%) |
凝結(jié)時(shí)間 |
抗裂性能 |
28d抗壓強(qiáng)度Mpa |
84d Cl-擴(kuò)散系數(shù)
(10-12m2/s) |
氯離子含量(%) | |||
出機(jī) |
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(tái)中應(yīng)用
杭州灣跨海大橋某合同段,按“杭州灣跨海大橋?qū)S眉夹g(shù)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(jīng)反復(fù)試驗(yàn),選用了格雷斯DCI-S阻銹劑(摻量:20kg/m3)
(1) 混凝土配合比設(shè)計(jì)要求:坍落度160-200mm,水膠比≤0.35,強(qiáng)度:C40
氯離子擴(kuò)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(jí)灰
砂: 福建閩江中砂(細(xì)度模數(shù)2.60-2.80)
石子: 浙江余姚市新華第一采石場生產(chǎn)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(hào) |
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(hào) |
坍落度(mm) |
含氣量
(%) |
抗壓強(qiáng)度(Mpa) |
氯離子擴(kuò)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(yù)制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁
(1) 配合比設(shè)計(jì)目標(biāo):
根據(jù)“杭州灣跨海大橋?qū)S檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范”的規(guī)定及箱梁施工工藝要求,預(yù)制箱梁及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的主要技術(shù)要求:
① 水膠比≤0.33,坍落度:180±20mm、強(qiáng)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(kuò)散系數(shù)≤1.5×10-12m2/s
④ 混凝土拌和物流動(dòng)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(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)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(hào) |
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(hào) |
坍落度/擴(kuò)散度 |
含氣量(%) |
凝結(jié)時(shí)間 |
抗裂性能 |
壓力泌水率 |
Cl- 含量(%) | |||
出機(jī) |
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(hào) |
抗壓強(qiáng)度(MPa) |
彈模(×104Mpa) |
Cl-擴(kuò)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 |
聚羧酸鹽ADVA高效減水劑已成功應(yīng)用在杭州灣跨海大橋海工樁基、墩身、承臺(tái)以及連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土等各個(gè)部位。經(jīng)大量試驗(yàn)工作及施工實(shí)踐證明:
(1) ADVA高效減水劑具有摻量低0.4-1.2%(膠凝材料計(jì)),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(fù)合使用時(shí),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(qiáng)度高、氯離子擴(kuò)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?qū)S檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范對(duì)高性能混凝土的技術(shù)要求。
(3) 采用高效減水劑ADVA與阻銹劑DCI-S復(fù)合使用,以確保受海水反復(fù)沖濺的杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)100年的使用壽命。
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