摘要：近年来，配制自密实高性能混凝土成为可能，自密实高性能混凝土已成为混凝土技术的一个最新发展方向之一，本次川铁公司磨万铁路项目部自行研发出一种自密实低粘性聚羧酸系减水剂，借助矿物掺合料和混凝土外加剂的应用来解决混凝土拌合物粘度高的问题，利用添加超细粉料和使用具有降黏作用的化学外加剂，该混合物外加剂配制的混凝土直接放入水中也不会产生离析。具有大减水、高保坍、高增强等功能，且抗泌水、抗离析性能好。解决了密实高性能混凝土难题，确保了工程质量。
关键词：自密实高性能混凝土；低粘性聚羧酸系减水剂；拌合物性能
一、前言
自密实混凝土又称免振捣混凝土、自流平混凝土，是一种在自身重力下能够流动且不经振捣而使模板填充密室并包裹钢筋的高性能混凝土，它改善了混凝土的施工环境，减少了劳动力成本，提高了施工效率，自密实混凝土为达到良好的自密实效果而要求具有较高的工作性能，即良好的流动性、填充性、抗离析性和穿透钢筋的能力，本次以公司磨万铁路项目为工程背景，采用现场施工、试验室试验和理论分析相结合的手段，采取多种措施，降低混凝土的粘性确保施工性能，成功的解决了隧道二衬混凝土养护不到位，强度大打折扣，工人不愿振捣，混凝土自流平的问题。另外，环境条件要求混凝土入模含气量不小于4%，在高含气量对强度非常不利的情况，确保了隧道二衬质量，确保该工程安全、经济和高效施工，为今后类似工程的设计和施工提供值得参考和借鉴的经验。
二、自密实低粘性聚羧酸系减水剂技术方案
自密实混凝土黏聚性过高会大大降低其流动性。所以在保证混凝土工作性及强度的前提下，尽可能降低自密实混凝土黏度，主要有优化混凝土配合比，添加超细粉料和使用具有降黏作用的化学外加剂措施。超细掺和料的表面光滑，可起到“滚珠”的作用，释放水泥颗粒间多余水分的同时减小了摩擦力，浆体塑性黏度和屈服应力下降，拌合物的表观黏度降低。在高强度等级自密实混凝土中，添加超细粉料可以显著改善拌合物的黏度。
本次研究内容主要是根据混凝土性能的需要，自行研发出一种低粘性聚羧酸系减水剂（减水率高达30%以上）。借助矿物掺合料和混凝土外加剂的应用来解决混凝土拌合物粘度高的问题，利用添加超细粉料和使用具有降黏作用的化学外加剂，这类技术措施的优点是原材料易得，掺加量小，调整方式灵活，该混合物外加剂配制的混凝土直接放入水中也不会产生离析。具有大减水、高保坍、高增强等功能，且抗泌水、抗离析性能好。
三、主要技术措施
通过采用低粘性聚羧酸系减水剂来大幅降低水胶比；在混凝土的制备过程中，为了降低拌合物粘度，通常采用提高减水剂掺量的方法实现，然而，过高的减水剂掺量会造成混凝土缓凝现象严重，强度发展缓慢，甚至会造成混凝土的离析和泌水。为此，工程上通常利用复配技术来改善高效减水剂的使用效果。将高效减水剂与引气剂复配，使拌合物含气量增加，微小的气泡在拌合物中起到了滚珠效应，而气泡表面又包覆了一定量的拌合水，因此既能降低拌合物粘度又能避免拌合物离析和泌水。或者，利用粘度调节剂来调节混凝土拌合物的粘度，避免过量减水造成的离析和泌水现象。本次低粘性聚羧酸系减水剂主要采取是在粉剂塑化剂中添加流动好的砼配方小料，取消增加粘性的糖、纤维素醚。多用降粘小料如六偏磷酸钠、科莱恩降粘剂。所用引气剂为烷基和烷基芳烃磺酸类皂苷类物质（如黄剂、液剂），掺入好的引气剂对混凝土和易性和匀质性都有所提高。引气剂不仅能降低混凝土用水量，降低泌水率；更重要的是，水在拌合物的悬浮状态中更稳定，因而改善骨料底部浆体泌水、沉降等不量现象，降低混凝土敏感性。消泡剂为有机硅类、聚醚改性有机硅类。低粘性聚羧酸系减水剂是新一代混凝土外加剂的一种全新产品，全是用粉剂材料，是由下列材料混合出的产品。超细硅粉、粉剂塑化剂、粉剂聚羧酸保坍剂、科莱恩降粘剂（聚丙烯酸钠）、消泡剂为有机硅类、聚醚改性有机硅类（聚硅氧烷表面活性剂）、六偏磷酸钠、三萜皂甙、葡萄糖酸钠混合组成。可改善与胶材的适应性，大幅提浆增加骨料包裹性能，增加混凝土流动性，有效促进混凝土坍落度保留的性能。
自密实低粘性聚羧酸系减水剂主要通过对胶凝材料的分散使混凝土获得良好的工作性，解决自密实混凝土因胶凝材料多、粘的问题，针对外加剂自身特点选择与混凝土原材料合适的外加剂，并控制外加剂和混凝土组成材料的质量稳定性。混凝土性能要求和原材料来源的差别造成没有最好的，只有最合适的外加剂。只有选用合适且性能稳定的外加剂产品，才能充分发挥外加剂的作用，满足混凝土性能的要求。选用外加剂考虑外加剂的敏感性，质量稳定性与水泥等胶凝材料的相容性。再综合混凝土性能的要求和原材料状况选择合适的外加剂产品。具体来说，首先应根据混凝土工程的类型特点，混凝土强度等级、耐久性能以及其他性能要求、混凝土施工方法和施工条件、施工时的气候环境等因素确定混凝土性能要求。其次，要根据生产所使用的具体原材料以及所用的配合比选择合适的外加剂。
本次研发出一种低粘性聚羧酸系减水剂，不光是聚羧酸系减水剂也是粘度改性材料，当掺量为胶材达8~10%时，将该混凝土直接放入水中也不会产生离析。满足自密实混凝土具有很高的流动性而不离析、不泌水，能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土。其原理是通过掺加超细矿物掺合料，改善骨料和水泥浆的界面结构，改善砂浆的空隙结构，提高混凝土的抗渗性、耐久性和强度，使混凝土材料愈难以离析和泌水。并使混凝土具有较大的流动性和保塑功能，保证施工和浇筑混凝土密实性，和泌水性能。
四、自密实混凝土配合比
强度等级：C40用免振捣自密实混凝土施工，坍落扩展度：650mm±50mm，泰国TPI水泥厂P.042.5。水胶比定在0.38，单方混凝土用水量本次取180 kg/m3、通过以上的水胶比和单位用水量，即可求出单方混凝土中胶凝材料总用量，用机制砂470 kg/m3，用河砂472 kg/m3具体见下表1、表2。
本次配合比设计：按泵送及自密实性需要较多粉体考虑，选用二级粉煤灰取代水泥28%。外加剂取代率达6.6%，则采用机制砂胶结材量为：水泥307kg，粉煤灰132kg，低粘性聚羧酸系减水剂31.3 kg。三者绝对体积分别为，水泥307/3.10=99（L），粉煤灰132/2.4=55（L），低粘性聚羧酸系减水剂31.3／2.1=14.9（L）。综合粉体体积为99+55+14.9=169（L）>160L，胶结材浆体体积为99+55+14.9+180=349（L）>330L，混凝土拌合物空气含量按4.2％计，则骨料体积为1000-349-4.2=647（L）。石子最大粒径选用25mm。采用河砂胶结材量为：水泥309kg，粉煤灰132kg，低粘性聚羧酸系减水剂31.3 kg。三者绝对体积分别为，水泥309/3.10=99.6（L），粉煤灰132/2.4=55（L），低粘性聚羧酸系减水剂14.9（L）。综合粉体体积为99.6+55+14.9=170（L）>160L，胶结材浆体体积为99.6+55+14.9+180=350（L）>330L，混凝土拌合物空气含量按4.2％计，则骨料体积为1000-350-4.2=646（L）。石子最大粒径选用25mm。
本实施例所述的砂采用机制砂表1.
本实施例所述的砂采用河砂表2.
图一，自密实混凝土试验准备与自密实混凝土状态
图二，”L”型仪充填比试验 与U型箱试验
图三，高差比试验 与扩展度试验
混凝土配合比试验结果表3
五、本次自密实混凝土综合评价
自密实混凝土对配合比的要求有：
（1）自密实混凝土配制时要求保证有足够的浆体。单位体积粉体（混凝土中水泥、掺合 料和骨料中粒径小于0.075mm的颗粒之体积总和）体积宜为0.16 ~0.23m3，本次试验单位体积粉体采用机制砂为0.169m3，采用河砂为0.17m3，单位体积浆体（粉体体积与水体积总和）量宜为0.32 ~ 0.40m3，以确保其流动性。本次试验采用机制砂为0.349 m3，采用河砂为0.35 m3，胶凝材料用量控制在机砂470kg/m3，机砂472kg/m3，单位体积用水量为180kg（注外加剂粉剂不含水）。
（2）单位体积中粗骨料的体积宜在0.28~0.35m3之间。流动性要求越高的混凝土，粗骨料用量应越少。本次试验采用机制砂为0.35 m3，河砂为0.346 m3。
（3）水粉比宜为0.8~1.15，本次试验采用为1.06。
六、结束语
在自密实混凝土引入一种自密实低粘性聚羧酸系减水剂，借助矿物掺合料和混凝土外加剂的应用来解决混凝土拌合物粘度高的问题，是本次研究的主要创新点。该材料是采用机械研磨法进行细化的材料，用它配制的自密实混凝土在性能、环境、经济等方面具有较普通喷射砼不可比拟的优势。具体表现在够填充水泥颗粒间的孔隙，显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。显著延长砼的使用寿命，特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使砼的耐久性提高一倍甚至数倍。是高强砼的必要成份。
是对传统混凝土技术上取得的重大突破。其优异的工作性能和优良的施工性能，确保工程质量的同时加快工程进度、更替传统设计理念，对节能、工程质量、环境与劳动保护等方面都具有重大的意义。
论文作者:尹大祥,廖胶凝
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：混凝土论文; 密实论文; 羧酸论文; 粘性论文; 外加剂论文; 体积论文; 减水剂论文; 《基层建设》2019年第12期论文;