聚羧酸系減水劑在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用

南水北調(diào)中線工程是我國(guó)進(jìn)行水資源優(yōu)化配置、解決北方地區(qū)缺水的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)施工程，對(duì)實(shí)現(xiàn)北方地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展起到戰(zhàn)略保障作用。工程全長(zhǎng)1273.4km，是我國(guó)繼長(zhǎng)江三峽工程后的又一超大型水利工程，工程規(guī)模巨大、地質(zhì)條件復(fù)雜、建筑物結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，需新建泵站、渠道、大型渡槽、倒虹吸等1000多個(gè)混凝土建筑物工程。混凝土總量巨大，各建筑物對(duì)混凝土的技術(shù)要求不同，混凝土種類(lèi)繁多，強(qiáng)度等級(jí)從最低的 C10墊層混凝土，到PCCP管道工程的C60預(yù)應(yīng)力混凝土，從常態(tài)混凝土到泵送、自密實(shí)混凝土等，這些技術(shù)要求需要不同類(lèi)型和品種的外加劑，以適應(yīng)施工和設(shè)計(jì)的需要。因此，如何合理選擇和應(yīng)用外加劑，提高混凝土的耐久性，保證工程的施工質(zhì)量，將直接關(guān)系到中線工程的安全運(yùn)行和使用壽命。本文簡(jiǎn)要介紹了聚羧酸系高性能減水劑在南水北調(diào)中線PCCP工程中的應(yīng)用情況，為類(lèi)似工程應(yīng)用提供參考和借鑒。

PCCP管道工程

1．工程簡(jiǎn)介南水北調(diào)中線干線工程北京段全長(zhǎng)80.4km，其中PCCP工程全長(zhǎng)56.359km，采用雙排 DN4000預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管材(PCCP)輸水。管道設(shè)計(jì)最大工作壓力為0．8MPa，最大設(shè)計(jì)覆土深度為10m，管芯混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為 C50～C60，屬高強(qiáng)高性能混凝土，混凝土總量約42萬(wàn)m3。

PCCP(PrestressedConcreteCylinderPipe)是預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的英文縮寫(xiě)，是在帶鋼筒的混凝土管芯上纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，并噴射水泥砂漿保護(hù)層而制成的輸水管材。它集合了鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管的優(yōu)點(diǎn)，又具有其獨(dú)有的特性，具有適用范圍廣、抗震性能好、運(yùn)行費(fèi)用低、安裝方便、基本不漏水、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于長(zhǎng)距離調(diào)水和輸水工程、城市給水工程等。在南水北調(diào)工程之前，我國(guó)應(yīng)用的PCCP最大管徑為 3.6m，工程規(guī)模最大的是山西省萬(wàn)家寨引黃工程(管徑3m，管長(zhǎng)5m，鋪設(shè)距離43.25km)，其工程難度也是當(dāng)時(shí)的亞洲之最。南水北調(diào)中線干線北京段工程選擇內(nèi)徑4m，長(zhǎng)5m的PCCP作為輸水管材是目前我國(guó)乃至亞洲最大的PCCP工程。

2．需解決的技術(shù)問(wèn)題

混凝土總堿量控制。根據(jù)南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局制定的《預(yù)防混凝土工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)條例》，PCCP工程屬Ⅲ類(lèi)潮濕環(huán)境工程，混凝土中總堿含量不得大于2.5kg／m3，且不宜使用堿活性骨料。這一要求對(duì)于最高強(qiáng)度等級(jí)為C60的高強(qiáng)混凝土有一定的技術(shù)難度。早期強(qiáng)度要求。具有一定的早期強(qiáng)度既是規(guī)范要求，也是工程的實(shí)際需要。根據(jù)我國(guó)和美國(guó)AWWAC301的規(guī)定，PCCP的纏絲強(qiáng)度為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 70%，如達(dá)不到要求，則需臨時(shí)存放到規(guī)定的纏絲強(qiáng)度。內(nèi)徑為4m的PCCP屬于超大口徑管材，其存放需要大量的場(chǎng)地，因此制約生產(chǎn)周期的關(guān)鍵因素之一是早期的纏絲強(qiáng)度和場(chǎng)地因素。根據(jù)規(guī)范，PCCP可以采用蒸氣養(yǎng)護(hù)，但蒸養(yǎng)溫度不得超過(guò)52℃。因此受兩方面的限制，南水北調(diào)工程PCCP要求蒸養(yǎng)后混凝土即滿足纏絲強(qiáng)度要求，以滿足場(chǎng)地周轉(zhuǎn)和按時(shí)完成工程建設(shè)的需要。工作性要求。對(duì)大口徑PCCP管材一般采用立式澆筑，南水北調(diào)PCCP的管芯最厚達(dá)380mm，高5m，單根管材的混凝土約24m3，要求一次澆筑成型，因此要求混凝土具有良好的工作性，即要保證振動(dòng)密實(shí)，混凝土表面沒(méi)有麻面，同時(shí)不能離析、泌水和產(chǎn)生浮漿，從而影響混凝土的外觀和承插口的性能，因此要求混凝土的坍落度控制在5cm～7cm之間，且坍落度損失小?？沽研砸?。PCCP屬預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，對(duì)混凝土裂縫的控制要求很?chē)?yán)，如何提高混凝土的抗裂性和體積穩(wěn)定性，降低溫度收縮應(yīng)力，提高管材的成品率是制造過(guò)程中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

試驗(yàn)研究

1．混凝土原材料

水泥：為滿足混凝土總堿量的規(guī)定，要求水泥的堿含量不超過(guò)0．6%。試驗(yàn)選擇北京太行前景和天津振興兩個(gè)水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。檢測(cè)結(jié)果表明，太行前景水泥的堿含量為0.58%，天津振興為0.44%，都滿足低堿水泥堿含量0.6%的技術(shù)要求。

粉煤灰：兩種Ⅰ級(jí)灰，實(shí)測(cè)堿含量分別為1.34%和l.11%。

砂石骨料：工程實(shí)際選用的天然河砂，最大粒徑25mm的灰?guī)r人工碎石。

外加劑：外加劑品種選擇了具有低摻量、高減水率、低收縮、高保坍等諸多優(yōu)點(diǎn)的聚羧酸系高性能減水劑，以降低混凝土中有效堿的引入，同時(shí)降低混凝土的單方用水量，進(jìn)而降低膠凝材料用量，減少由水泥和粉煤灰等膠凝材料引入的有效堿含量。同時(shí)還要求適應(yīng)蒸養(yǎng)混凝土工藝，并具有較高的早期強(qiáng)度，因此外加劑的優(yōu)選是非常重要的。試驗(yàn)共對(duì)不同供應(yīng)商的8個(gè)批次的聚羧酸外加劑進(jìn)行了優(yōu)選試驗(yàn)。結(jié)果表明，幾個(gè)具有早強(qiáng)特性和免蒸養(yǎng)特性的聚羧酸減水劑在推薦摻量下均表現(xiàn)出強(qiáng)的觸變性和黏聚性，攪拌時(shí)間延長(zhǎng)，人工翻拌和成型困難，另外幾個(gè)外加劑均存在和易性不良的問(wèn)題。因此經(jīng)過(guò)對(duì)聚羧酸減水劑的調(diào)整優(yōu)化，試驗(yàn)最終選擇了1 個(gè)廠商的減水劑進(jìn)行配合比的優(yōu)選和試驗(yàn)。