聚羧酸系减水剂在高速铁路预制梁中的应用

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　　摘  要：该文针对鲁南高铁临沂东梁场对预应力梁混凝土的技术要求，以混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能为目标，尤其以耐久性为核心，进行了C50预应力梁的混凝土配合比设计。通过采用性能优良的聚羧酸系高性能减水剂、低水胶比的技术路线，成功配制出高工作性能、良好的力学性能以及优异的耐久性能的预应力梁混凝土。最终该混凝土在临沂东梁场得到了成功的应用，取得了良好的效果。
　　关键词：聚羧酸系高性能减水剂;高性能混凝土;力学性能
　　中图分类号：TU528                    文献标志码：A
　　0 引言
　　随着现代社会的迅猛发展，建筑工程对混凝土也提出了更高的要求，从以前仅关注高性能，逐渐向兼顾绿色环保的方向发展。为满足时代发展的需要，各单位在混凝土创新方面不断加大投入力度，推动了高性能混凝土技术的快速发展。高性能混凝土作为一种新型的高技术混凝土，其主要是通过现代混凝土技术制作而成，较普通混凝土来说，其性能显著提高，其中耐久性是其主要设计指标。高性能混凝土在实际应用中会根据具体项目的用途要求采用高效外加剂，从该文来说，在鲁南高铁临沂东梁场的建设中，设计采用聚羧酸系减水剂。
　　1 高性能混凝土
　　1.1 高效外加剂——聚羧酸系减水剂
　　高性能减水剂是高性能混凝土的核心部分，现利用的是第三代高性能减水剂——聚羧酸系减水剂，聚羧酸系減水剂不仅可以增强混凝土的耐久性、体积稳定性、保塑性、抗渗透性等性能，其本身还具有与环境友好的特点，因此近年来得到了普遍的认可与应用，其在提高混凝土性能的技术中发挥了重要作用。随着近年来高铁的快速发展，考虑到高铁建设的需要，我国在聚羧酸系高性能减水剂中的投入不断加大，推动其研发与应用。基于高速铁路高速动载荷和冲击力大的特点，要求高速铁路具有高耐久性、高保塑性以及高抗渗透性等性能，为满足高速铁路的建设需求，高速铁路的建设大比例采用混凝土高架桥，此外，随着不断的探索研究，近年来，也采用无砟轨道CRTS-III型板取代有砟轨道线路，并发现，在实际应用中得到了很好的应用效果。高架桥梁中梁体结构具有不可忽视的作用，梁的材料选择以及制备在高架桥梁的整体设计中都是非常重要的，鉴于高架桥梁的主要材料为混凝土，混凝土的高性能显得至关重要，其也成为混凝土设计的主要目标。
　　1.2 混凝土配合比设计技术条件及参数
　　根据《高速铁路预应力混凝土简支梁》TB/T3432—2016的规定，拟定如下混凝土设计参数。1）设计混凝土强度等级：C50。2）混凝土抗渗等级：大于P20。3）混凝土电通量：小于1000C。4）混凝土要求坍落度：180 mm～220 mm。
　　1.3 减水剂的性能
　　由于减水剂在提高混凝土性能方面起到关键作用，在实际应用减水剂之前一定要保证减水剂符合各方面的要求，为此，要进行减水剂多方面的性能检测，其中，主要的检测项目包括水泥净浆流动度、硫酸钠含量、氯离子含量、总碱量和减水率等，在检测过程中，要求严格按照检查流程进行，检测结束后，对比检测结果的标准要求查看检测数据是否符合要求，如果各项均符合要求，可以进行减水剂的添加，若其中含有不合格项则需要进行减水剂的优化，待各项均达标后再进行使用。
　　2 混凝土配合比和性能
　　2.1 混凝土混合比
　　混凝土的配合比直接影响了混凝土的性能，从混凝土配合比设计技术条件和参数要求可以看出，合理的配合比设计完成后，混凝土不仅具有高工作性和高强度性，还要具有高耐久性。在混凝土配合比设计时，想要满足其强度和耐久性要求就要保证足够低的水胶比，但是混凝土单方用水量比较低时，直接使用难以满足混凝土的工作性要求，基于此，混凝土设计时必须选用一种具有高减水和高保塑性的减水剂才能保证其符合设计性能要求。根据上文提到的减水剂的性能检测结果，推断出要想保证各方面性能的合理配合比，应选取减水剂的掺量为1.1%;此外，在混凝土中掺入一定量的掺合料也能改善混凝土的部分性能，该次配合比设计中采用的是粉煤灰单掺的方式。除了减水剂、粉煤灰和基本的水泥、水、石，考虑到混凝土的工作性和稳定性还要加入合适的砂，最后确定混凝土的配合比。
　　2.2 新拌混凝土的工作性能
　　检验新拌混凝土工作性能的主要指标包括坍落度、扩展度、含气量、凝结时间和泌水率。混凝土的坍落度包括混凝土的保水性、流动性和黏聚性，其主要表现了混凝土的塑化性和可泵性，其主要影响因素包括级配变化、含水量、水泥温度等。扩展度主要表现混凝土的流动性，其主要影响因素包括浇筑速度、运输机械和搅拌时间。含气量是指混凝土中混有的气体含量。简单来说，凝结时间就是指混凝土凝固所需要的时间。泌水率是指泌水量所占混凝土拌合物含水量的百分比，其中泌水量指混凝土拌合物颗粒不能吸收的水量。通过测量新拌混凝土的各种指标，发现混凝土具有较强的坍落度和扩展度的保持能力，含气量的损失也很小，并且不泌水。表明新拌混合物在初期看来各方面性能很好，为后续混凝土使用创造了良好条件。
　　2.3 混凝土的力学性能
　　通过绘制抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量与龄期的关系，可以看出混凝土的强度质量。我们绘制新拌混凝土的上述关系图后，发现混凝土的抗压强度、轴心抗压强度及弹性模量均随着龄期的延长呈现增长趋势，其中，混凝土的抗压强度还有一个快速增长后基本稳定的阶段，快速增长与稳定的分界时间为第十天，比较后发现，第十天以后混凝土的抗压强度已达到标准，这为现场的施工提供了很好的强度保证。
　　2.4 混凝土的耐久性
　　混凝土的耐久性对与于混凝土能否用于工程建筑有着重大的影响，在新拌混凝土中，其配合比实际时基于耐久性主要考虑的因素包括抗开裂性、抗渗透性和抗冻融性3个方面。在将1.1%的聚羧酸系高性能减水剂掺入混凝土后混凝土的抗收缩性能有明显的提高。此外，聚羧酸系高性能减水剂还能有效改善混凝土水化产物的孔结构，在很大程度上提高了混凝土的抗渗透性和抗冻融性。
　　3 现场混凝土的应用效果
　　临沂东梁场目前已经成功将新拌混凝土应用于箱梁预制，箱梁预制成品表现出的良好效果，表明新拌混凝土的各性能达到预期效果，并保证了施工的进度。从现场的拆模混凝土来看，混凝土构件表面平整光滑，表面气泡非常少，致密均匀，色调一致，无砂线及砂斑等缺陷，表明混凝土的配合比以及其他一系列设计均符合临沂东梁场对混凝土的需求标准，现新拌混凝土在全线施工质量中也一直处于领先的地位。
　　4 结语
　　通过使用聚羧酸系高性能减水剂，经过配合比优化设计成功配制出高性能混凝土，通过一系列的测试以及最后在临沂东梁场的实践应用均表现出，该混凝土的高工作性能、高强度性能以及高耐久性能够很好地满足应用要求，此外，拆模后的混凝土也表现出良好的外观以及很好的力学性能，表明了该通过配合比优化设计出的混凝土在临沂东梁场具有很好的适用性。
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