聚羧酸超塑化剂在福建液化天然气工程中的应用

[提　要] 　本文通过对聚羧酸超塑化剂在福建天然气液化站的试验及应用,结果表明该类产品在保塑性、缓凝性、减水率、强度和耐久性同萘系相比具有绝对优势,特别是在一些技术要求比较高、难度大的工程中具有较高的应用价值。

[关键词] 　聚羧酸超塑化剂;保坍性;氯离子扩散系数;耐久性

　1 前言

　　随着混凝土向高强、高性能方向发展,外加剂特别是减水剂提出了更高的要求。而传统的萘系、三聚氰胺系以及木质素减水剂对新拌混凝土具有较好的工作性,但坍落度经时变化大,而且这类减水剂多采用强腐蚀性的发烟硫酸或浓硫酸进行磺化反应,然后采用甲醛通过缩聚反应制备而成,在生产过程中难免会对环境造成污染,不利于可持续发展。聚羧酸类混凝土减水剂是20世纪90年代首先在日本等发达国家研制出的一种新型化学减水剂,他具有高减水率、高保坍、高增强、与水泥适应性强、绿色环保等特点,由于其超分散性和超稳定性引起了人们的密切关注,而在日本的高效减水剂中此类减水剂所占比例超过了90%。目前在国内聚羧酸类混凝土减水剂其优异的性能越来越被得到认可,特别是近年随着国内聚羧酸产品的开发与推广,其在工程中的应用也日趋频繁。

　　本文就聚羧酸超塑化剂在福建天然气液化站工程中的试验及应用情况介绍如下:

2 工程概况

　　福建液化天然气项目(简称LNG项目)的建设地点位于湄洲湾北岸的莆田市秀屿港,占地37公顷,一期工程规模为260万吨LNG/年,共投资55亿元人民币。主要包括两座16万立方米的地面全容式混凝土顶储罐、LNG气化设施及辅助工程设施,输气干线一期工程管道总长为369公里,主干线全长315公里,三条支干线长54公里,主干线起自莆田市秀屿港的秀屿首站,连接福州、莆田、泉州、厦门、漳州五个城市。

　　接收站LNG储罐项目是基础工程也是整个工程的重点之一, 接收站储罐属于钢筋混凝土结构,底板和穹顶为预应力结构,混凝土设计强度等级C50,混凝土量约为5万m3。混凝土将处于- 40℃～ - 196℃的低温使用环境,对其有特别的耐久性和物理性能的要求。

3 混凝土主要技术指标要求

　　根据工程的结构、外观质量以及施工条件,其混凝土的技术要求主要有以下几个方面:

　　(1)混凝土设计等级C50;

　　(2)骨料的最大粒径为25mm;

　　(3)最大水胶比为0．40;

　　(4)最大坍落度(170 ±300)mm

　　(5)含气量410% ～615%

4 原材料

　　(1)水泥:福建水泥股份有限公司炼石P．O42．5。比表面积388m2 /kg, 0．08mm的筛余0124% ,初凝时间2h5min,终凝时间3h20min , 3d抗压强度32．0MPa, 3d抗折强度5．7MPa,28d抗压强度57．5MPa, 28d抗折强度8．7MPa。

　　(2)砂:闽江中砂,细度模数2．4。

　　(3)石: 5mm～25mm连续粒级碎石。

　　(4)矿粉: S95级,比表面积388m2 /kg,密度2．90g/ cm3 ,流动度比101% , 活性指数82% ( 7d) 、98% ( 28d) , 烧失量1．7% , SO3含量015%。

　　(5)拌合水:普通自来水。

　　(6)粉煤灰: 需水量比96%、细度( 0．045mm 方孔筛筛余) 8．7 %、烧失量5．84%、三氧化硫含量1．52%。

　　(7)外加剂: 格雷斯中国有限公司( GRACE) ADVA152聚羧酸系液体高效减水剂以及其它外加剂生产的萘系高效减水剂。

5 技术难点及试验研究

5．1 技术难点

　　根据工程施工技术的要求以及所选原材料的特点,其技术难点主要有以下几点:

　　(1)保坍性,由于工程使用的水泥0．08mm的筛余仅为0．24% ,细度很小,另外使用的砂偏细,所以势必增加了对外加剂的吸附,从而导致对提高混凝土的保塑性增加了难度;

　　(2)低水胶比(最大水胶比为0．40) ;

　　(3)在LNG招标文件的技术规范部分,对结构混凝土工程的选料、配制、浇筑、养护等都作了规定。其中规定外加剂应符合BS EN 934 - 2的有关规定外,还不得采用含有氯、钾、钠盐类品种。

　　解决以上的技术难点,在LNG工程混凝土施工中,配制高性能混凝土,其中选用合适的外加剂是重要的技术环节。

5．2 试验研究

5．2．1 ADVA152 聚羧酸系减水剂与萘系减水剂匀质性对比(见表1)

表1　ADVA152聚羧酸系减水剂与萘系减水剂部分匀质性指标对比

　　从匀质性指标可以看出,聚羧酸外加剂具有较低的碱含量,有利于混凝土耐久性的提高。聚羧酸外加剂比萘系外加剂具有更好的净浆流动度保持性、更大的减水率,为减少混凝土用水量、降低混凝土的水胶比、降低混凝土的坍落度经时损失提供了技术可能。

5．2．2 聚羧酸系与萘系在混凝土中的性能试验

　　根据工程中提出的一系列技术要求,经过大量的混凝土试配,进行筛选后按调配的配合比(表2)进行了ADVA152聚羧酸高效减水剂和萘系复配的减水剂在混凝土的试验,其试验结果如表3、表4所示。

表2　混凝土配合比

　　我们又对两类外加剂对混凝土和易性以及外观进行了观察,发现掺有聚羧酸类外加剂的混凝土无泌水现象,而掺有萘系减水剂的混凝土在静停一段时间后开始出现泌水现象;从混凝土外观质量来看聚羧酸类外加剂明显优于萘系减水剂。

　　同时聚羧酸外加剂使混凝土具有良好的分散性和分散保持性,避免了过去依靠萘系复配缓凝组分来延长凝结时间保坍的缺陷,从本质上解决了混凝土坍落度损失问题,有利于泵送施工。

　　从硬化混凝土的外观质量看,掺有聚羧酸外加剂的混凝土拆模后起表面致密光滑,且气孔较少、分布均匀,且无大气孔存在。从硬化混凝土的抗压强度看,掺聚羧酸外加剂的混凝土不仅具有相当高的早期强度,其后期强度亦有大幅度提高,且不断稳定增长。聚羧酸外加剂这种良好的增强效果,可以大幅度降低水泥用量,提高矿物掺合料的掺量,使混凝土氯离子扩散系数大大降低,抗碳化能力大大提高,降低了混凝土的干缩率,有利于混凝土耐久性的提高,有利于高强高性能混凝土的推广,符合绿色高性能混凝土发展方向和可持续发展战略。

6 工程应用情况

　　福建LNG项目均采用了添加聚羧酸超塑化剂的混凝土,按照配合比在现场进行施工试验,取样混凝土经过性能试验论证完全符合工程的施工及设计要求。从工程开始到现今聚羧酸超塑化剂在该工程中已经得到了大量应用。并且得到了顾客的一致好评。

7 结论

　　(1)聚羧酸外加剂具有较低的碱含量,有利于混凝土耐久性的提高

　　(2)通过混凝土拌合物性能检验,聚羧酸减水剂比萘系具有更好的分散效果及保塑性,解决了传统外加剂难以解决的混凝土保坍性差的问题。

　　(3)通过硬化混凝土性能检验,聚羧酸减水剂减水率大,具有良好的增强效果,可以降低水泥用量,提高了掺合料的用量,使混凝土氯离子扩散系数大大降低,提高了混凝土的耐久性。

　　(4)聚羧酸减水剂是一种安全、绿色环保型产品。

参考文献

　　[ 1 ]郭廷辉1混凝土外加剂及其应用技术[M ] 1北京:机械工业出版社, 2004, 128 - 1341

　　[ 2 ]孙树,刘小军,周猛1 聚羧酸系外加剂在广东液化天然气工程高性能混凝土中的试验与应用[ J ] ,混凝土与水泥制品, 2005, 4: 2: 14 -161