铁路客运专线高性能混凝土与聚羧酸系高性能减水剂

摘要: 总结铁路混凝土工程和国内外混凝土外加剂的发展, 提出客运专线对高性能混凝土的技术要求,简介外加剂对混凝土性能的影响及聚羧酸系外加剂的优良性能。

关键词: 铁路; 客运专线; 高性能混凝土; 聚羧酸系减水剂

中图分类号: U214.1+8

文献标识码: A

文章编号: 1006- 9178( 2006) 12- 0018- 03

1 前言

　　铁路混凝土技术沿循普通混凝土改善性能发展到高性能混凝土, 其技术线路籍助于混凝土外加剂和掺合料。21 世纪, 混凝土减水剂进入第三代聚羧酸盐系高性能减水剂的推广应用阶段, 与第二代相比, 它与水泥、掺合料的匹配性、减水率、增强性、保塑性、体积稳定性、耐久性(CL- 渗透系数、抗冻融性、耐磨性、护筋性等) 和环保性都有明显改善, 聚羧酸盐系外加剂已被认为是高性能混凝土的优选外加剂。目前已推广应用于铁路客运专线和城际铁路桥梁工程, 聚羧酸盐系高性能混凝土技术将在“十一·五”铁路客运专线建设中得到进一步推广应用, 并取得跨越式发展。

2 客运专线与高性能混凝土

2.1 定义

2.1.1 客运专线

　　铁道部的《中长期铁路网规划》提出要尽快在大中城市之间发展客运专线, 在人口稠密地区发展城际铁路, 加快形成覆盖我国快速客运网。在“十一·五”( 2006～2010 年) 将建设新线19 800 km, 其中客运专线9 800 km, 列车速度达到200 km/h 和300km/h。客运专线的设计规定要求桥梁的桩基、承台、墩台、梁体、隧道衬砌、轨枕、接触网支柱等结构均采用高性能混凝土材料, 并明确提出混凝土主体结构的使用寿命为100 年。

　　客运专线铁路的建设理念与普通铁路有很大变化, 客运专线线路中桥梁结构的比例大幅度增加, 据不完全统计, 客运专线桥梁结构所占比例一般在60%以上( 普通铁路为20%以下) , 例如: 京津线占90%以上, 京沪线预计为70%左右; 由此可见, 客运专线建设高性能混凝土施工量十分巨大。

2.1.2 高性能混凝土

　　高性能混凝土名词的定义, 不同国家、不同部门、不同学者有不同的解释, 铁路客运专线对高性能混凝土的定义为: 具有高耐久性( 抗氯离子渗透、抗渗性、抗冻融性、耐磨性、护筋性等) 、高体积稳定性( 抗裂、低收缩徐变) 、高工作性( 匀质性、和易性、流动性) 、高强度( 早强、增强) 及低水泥用量、低水胶比。2.2 客运专线高性能混凝土对外加剂的要求铁道部科学技术司于2005 年8 月31 日颁布了“科技基〔2005〕101 号”文件, 发布了《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》, 其中对高性能混凝土的耐久性指标、原材料质量指标、配合比的选定、施工工艺、质量检验等均做出了规定, 对高性能混凝土外加剂性能要求详见表1。

2.3 技术路线

　　掺用优质外加剂和掺合料( 一级粉煤灰、磨细矿粉) 、水泥、砂、石试拌, 优选满足施工和设计要求的既经济又环保的混凝土配合比。

3 高性能混凝土用外加剂简介

3.1 外加剂性能

　　客运专线高性能混凝土的技术关键之一是对外加剂的选型, 这里主要将萘磺酸系( 第二代) 与聚羧酸系( 第三代) 对混凝土性能的影响综合对比列于表2。

3.2 聚羧酸系高性能减水剂

3.2.1 定义

　　由含有羧基的不饱和单体和其他单体共聚而成, 对混凝土在减水、保坍、增强、收缩及环保等方面具有优良性能的系列减水剂。

3.2.2 类别

　　日本最早( 1981 年) 开发聚羧酸系高性能减水剂( 高性能AE 混合剂) 至今已有二十余年, 据文献介绍, 聚羧酸系不是单一产品, 而是具有一定共性的系列产品, 国际市场已有近百种不同化学成分的聚羧酸系列产品, 但从其化学组成可归纳分成四类: 第一类: 甲基丙烯酸、烯酸甲酯共聚物; 第二类: 丙烯基醚共聚物; 第三类: 酰胺、酰亚胺型; 第四类: 两性型聚羧酸盐; 当前国内混凝土外加剂市场的聚羧酸盐系都属于第一、二类产品。

3.3 产品标准

　　聚羧酸系高性能减水剂行业标准( JGJ) 报批稿列于表3 和表4。

表3 聚羧酸系高性能减水剂化学性能指标

　　从表5 可以看出, 聚羧酸系高性能混凝土施工配合比具有用水量低、水泥用量低、水胶比、掺合料量大、坍落度损失小的特点, 根据客运专线灌注桩、墩、台(C30) 和桥梁(C50) 检验结果, 其28 d 强度C30≥40 MPa, C50≥60 MPa, 混凝土耐久性56 d氯离子渗透电通量≤1 000 C, 56 d 抗冻融性≥F200或F300, 由于掺有大量掺合料, 混凝土的碱骨料膨胀值≤0.1%, 因此聚羧酸系高性能混凝土减水剂是客运专线高性能混凝土的合宜选择。

5 结语

5.1 通过第二代萘磺酸系高效减水剂和第三代聚羧酸系高效减水剂对混凝土性能综合分析对比表明, 聚羧酸系高性能减水剂性能更优越, 是目前高速铁路( 客运专线) 桥梁、隧道、涵洞、轨道等主体结构的理想选择之一。

5.2 聚羧酸系高性能减水剂适用于高强泵送混凝土、自密实混凝土、低热大体积混凝土、高体积稳定性混凝土、高耐久性混凝土、清水混凝土等客运专线结构混凝土。

5.3 聚羧酸系高性能减水剂是新型混凝土外加剂材料, 生产和应用技术研究尚不完善, 大量检验结果表明, 某些产品的质量及稳定性尚待进一步提高, 建议在推广应用过程中, 开展聚羧酸系高性能外加剂的生产和在混凝土中应用的技术研究, 制定相关的聚羧酸系高性能混凝土施工技术和验收补充条例。

5.4 客运专线高性能混凝土外加剂标准是基于第二代萘磺酸系高效减水剂而制定, 建议修订时, 参照国家建筑工程的行业标准和铁路工程特点进行必要的补充。

参考文献:

　　[1] 客运专线高性能混凝土暂行技术条件- 铁科技〔2005〕101 号.

　　[2] 中国建筑学会中国土木工程学会.混凝土外加剂及其应用技术.机械工业出版社, 2004.

　　[3] 中国建筑学会混凝土外加剂应用技术专业委员会.聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术.机械工业出版社, 2005.

　　[4] 石人俊, 钟美秦. 我国铁路高强混凝土五十周年回顾与展望. 铁道工程学报, 2005, ( 5) .

　　[5] 高强高性能混凝土用矿物外加剂. GB/T18736- 2002. 国家质量监督检验检疫总局. 2002.

　　[6] 聚羧酸系高性能减水剂JGJ( 报批稿) . 建筑工业行业标准. 建设部. 2006.