SK系列混凝土外加剂在饮用水源工程中的应用

水泥 2006-08-01

天津市饮用水源保护工程中州河输水段新建暗渠为薄壁钢筋混凝土结构长距离输水工程。对混凝土的抗裂性．抗渗性以及抗冻融、碳化、碱骨料反应等耐久性都有着极高的要求。中国水利水电科学研究院为该工程进行了暗渠混凝土原材料优选、配合比优化设计及混凝土性能试验研究。并为工程施工提供了由新型高效减水剂、高性能引气剂、防冻剂以及其它增稠防裂组分复合而成的SK系列专用复合泵送剂。

关键词： 抗裂性；耐久性；引气剂；防冻剂；泵送剂

　　天津市为迅速解决城市生活、工业和港口用水的严重匮乏，1981～1983年完成了引滦入津输水工程。这是一项大型的跨流域长距离调水工程，工程建设时期，受资金和时间限制，采取了“先通后畅，逐步完善”的方针，因此在以后的运行中逐渐出现了一些比较严重的问题，导致了引滦输水水质逐年下降。天津市饮用水源保护工程针对主要污染源加以治理，以保证城市供水质量。该工程包括于桥水库水源保护、州河输水段新建暗渠、现有明渠衬砌治理三项工程。其中州河段新建输水暗渠工程，暗渠总长34．17km，断面为3孔4．3 m×4．3 m 钢筋混凝土箱，涵长33．37 km，混凝土总量为116．42万m³。

　　中国水利水电科学研究院为该工程进行了新建长距离输水暗渠混凝土原材料优选、配合比优化设计及混凝土性能试验研究。

1 工程原材料及施工配合比

　　混凝土配合比优化应在满足工程设计和施工要求的强度、容重、抗裂性、耐久性及和易性的条件下，提高混凝土质量，降低工程造价。新建暗渠混凝土主要以C20泵送混凝土为主。工程要求混凝土技术指标为C20、F150、W6，混凝土强度保证率为95%，入仓混凝土坍落度控制在14～18 cm。

　　工程用水泥主要为天津振兴水泥厂的425#低碱普通硅酸盐水泥，总碱含量0．41% ，ω（MgO）=4．16% ，ω（SO₃）=2．48% 。3 d、7 d水化热分别为244 kJ／kg和272 kJ／kg。粉煤灰为陡河电厂Ⅱ级粉煤灰，ω（总碱）=0．54 %，ω（SO₃）=o．22 ，烧失量为1．72% ，需水量比96 %，细度为12% 。外加剂为中国水科院（北京中水科海利工程技术有限公司）专为天津供水项目生产的SK 复合泵送剂，液态，掺量1．8 %／5～2．0 %。骨料采用天然河砂和石灰岩人工碎石。河砂细度模数2．58，碎石为二级配：5～20 mm和20～ 40 mm。

　　根据原材料性能检测和几十组混凝土配合比优化试验结果，推荐施工用C20泵送混凝土配合比见表1。表中砂、石料重量均以饱和面干状态为准。中、小石比例50：50。

2 泵送混凝土的性能

2．1 混凝土力学及变形性能

　　混凝土力学性能试验结果见表2。由于新建暗渠混凝土浇筑时间在至12月份，此时天津地区最低气温达-15℃。因此，在SK泵送剂中复合了防冻组分，该组分不含氯盐、尿素、氨等受限成份，可明显降低混凝土中水溶液的冰点，使混凝土的水化作用在负温环境中正常进行。根据《水工混凝土外加剂技术规程》进行了负温强度试验室试验，结果见表3。可见，掺入防冻组分后，极大地消弱了冻害对混凝土结构的破坏作用。实际施工中，即使环境最低气温在-15℃左右，也不会像在冷冻机中那样保持恒定的-15℃恶劣条件，且现场混凝土体积远较试块为大，因此在实际施工中抗压强度比都能达到和超过试验值。另外，试验表明预养时间对受冻混凝土强度影响很大。因此，不可忽视混凝土初期养护及保温措施的重要意义，要使混凝土的初期养护阶段在可能条件下尽量延长。以有利于混凝土强度的增长。混凝土浇筑后，应加以适当覆盖保护，如遇寒流，应加以保温。

　　混凝土体积变形试验结果见表4。由于采用二级配混凝土，胶凝材料用量只有300 kg／m³左右，因此混凝土的干缩值较低，干缩45天龄期后趋于平缓。由于工程采用水泥中MgO 含量4．1 6%，因此混凝土的自生体积变形均为微膨胀型，这可以补偿混凝土因干缩和温降而产生的收缩变形，对提高混凝土抗裂性是有利的。

2．2 混凝土的耐久性

　　经试验，混凝土28 d龄期抗渗标号大于W6，渗水高度均小于6．0 cm。混凝土抗冻融150次以后（含气量5．0% ），混凝土相对动弹性模量为97．1 %，抗冻性能优良。在含气量等其它条件基本相同的情况下，混凝土的抗冻融耐久性主要取决于气泡性能。硬化混凝土的气泡间距系数、气泡比表面积、气泡直径和单位体积气泡个数与混凝土的抗冻性有着较好的相关性，气泡间距系数大于一定数值后，混凝土的抗冻性能将明显地下降。为提高混凝土的抗冻性，SK复合泵送剂中掺入了中国水科院最新研发的高性能引气剂，硬化混凝土中的气泡平均半径只有70．8 µm，气泡间距系数l33µm，硬化混凝土含气量达3．6% ，气泡性能测试参数优于目前国内水平（见表5）。含气量3．2%时，混凝土的抗冻融性即可达到600次（见表6）。可见SK 复合泵送剂对提高混凝土抗冻性效果显著。

　　碳化试验是按照GBJ82-85碳化试验的要求进行的。v （CO ₂）一20% ，介质温度（20±5）℃，介质湿度（70±5）% 。掺25 %的粉煤灰，0．50水灰比时，混凝土3 d、7 d、l 4 d、28 d碳化深度分别为1．05 mm、5．10mm、8．85mm、15．05mm。

　　氯盐对钢筋锈蚀作用是影响钢筋混凝土耐久性的一个重要问题。若混凝土中存在可溶性氯盐，在水和空气中O₂的氧化作用下，会对钢筋产生电化学腐蚀。外加剂是带人混凝土中氯盐的主要途经之一。SK 复合泵送剂中氯离子含量极少，新拌砂浆法阳极极化试验结果见表7及图1，混凝土不会发生钢筋锈蚀。

2．3 混凝土的热学性能

　　混凝土的绝热温升-历时测定结果列于表8，温升过程曲线见图2。采用最小二乘法进行曲线拟合，得出混凝土的最终绝热温升值为35．1℃。对双曲线方程和指数方程两种线形进行优选，结果以双曲线方程为最优。混凝土的绝热温升-历时最优拟合表达式为

　　　　 T=35．1t／（0．723+ t）

　　式中，T为混凝土的绝热温升（℃）；t为从加水时间起的历时（d，f> 1），相关系数R=0．998，置信度为95% 时的误差在+1．1℃内。

3 SK 复合泵送剂在新建暗渠中的应用情况

　　北京中水科海利工程技术有限公司在混凝土配合比及性能试验的基础上，将多种不同作用的组分复合到泵送剂中，简化了拌合操作程序，保证了混凝土拌合质量。采用SK复合泵送剂，混凝土的坍落度损失很小。从拌合站到施工地点的运距最短10 km，最长40 km。混凝土出机坍落度一般控制在16～18cm，通过在浇筑地点的多次抽检，混凝土坍落度均在14 cm 以上，坍落度损失很小。SK 复合泵送剂拌制的混凝土粘聚性也很好，虽然坍落度较大，但混凝土没有出现离析现象，极大地提高了施工进度。以前采用其它品种的复合泵送剂时，经常出现因混凝土离析而造成的堵泵现象，对于施工进度有很大的影响。SK 复合泵送剂还较好地解决了泌水问题。另外，公司在施工现场常驻一名高级工程技术人员，随时解决出现的各种技术问题，保证了混凝土的质量，从而保证了工程的质量。

原作者：马锋玲高俊林陆平

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