聚羧酸系減水劑在南水北調(diào)工程中的應用

南水北調(diào)中線工程是我國進行水資源優(yōu)化配置、解決北方地區(qū)缺水的一項重要基礎(chǔ)設(shè)施工程，對實現(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1273.4km，是我國繼長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)條件復雜、建筑物結(jié)構(gòu)形式復雜，需新建泵站、渠道、大型渡槽、倒虹吸等1000多個混凝土建筑物工程?；炷量偭烤薮?，各建筑物對混凝土的技術(shù)要求不同，混凝土種類繁多，強度等級從最低的 C10墊層混凝土，到PCCP管道工程的C60預應力混凝土，從常態(tài)混凝土到泵送、自密實混凝土等，這些技術(shù)要求需要不同類型和品種的外加劑，以適應施工和設(shè)計的需要。因此，如何合理選擇和應用外加劑，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行和使用壽命。本文簡要介紹了聚羧酸系高性能減水劑在南水北調(diào)中線PCCP工程中的應用情況，為類似工程應用提供參考和借鑒。

PCCP管道工程

1．工程簡介南水北調(diào)中線干線工程北京段全長80.4km，其中PCCP工程全長56.359km，采用雙排 DN4000預應力鋼筒混凝土管材(PCCP)輸水。管道設(shè)計最大工作壓力為0．8MPa，最大設(shè)計覆土深度為10m，管芯混凝土強度設(shè)計等級為 C50～C60，屬高強高性能混凝土，混凝土總量約42萬m3。

PCCP(PrestressedConcreteCylinderPipe)是預應力鋼筒混凝土管的英文縮寫，是在帶鋼筒的混凝土管芯上纏繞預應力鋼絲，并噴射水泥砂漿保護層而制成的輸水管材。它集合了鋼管和預應力鋼筋混凝土管的優(yōu)點，又具有其獨有的特性，具有適用范圍廣、抗震性能好、運行費用低、安裝方便、基本不漏水、使用壽命長等優(yōu)點，可廣泛用于長距離調(diào)水和輸水工程、城市給水工程等。在南水北調(diào)工程之前，我國應用的PCCP最大管徑為 3.6m，工程規(guī)模最大的是山西省萬家寨引黃工程(管徑3m，管長5m，鋪設(shè)距離43.25km)，其工程難度也是當時的亞洲之最。南水北調(diào)中線干線北京段工程選擇內(nèi)徑4m，長5m的PCCP作為輸水管材是目前我國乃至亞洲最大的PCCP工程。

2．需解決的技術(shù)問題

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《預防混凝土工程堿骨料反應技術(shù)條例》，PCCP工程屬Ⅲ類潮濕環(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。這一要求對于最高強度等級為C60的高強混凝土有一定的技術(shù)難度。早期強度要求。具有一定的早期強度既是規(guī)范要求，也是工程的實際需要。根據(jù)我國和美國AWWAC301的規(guī)定，PCCP的纏絲強度為混凝土設(shè)計強度的 70%，如達不到要求，則需臨時存放到規(guī)定的纏絲強度。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度和場地因素。根據(jù)規(guī)范，PCCP可以采用蒸氣養(yǎng)護，但蒸養(yǎng)溫度不得超過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度要求，以滿足場地周轉(zhuǎn)和按時完成工程建設(shè)的需要。工作性要求。對大口徑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，即要保證振動密實，混凝土表面沒有麻面，同時不能離析、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屬預應力混凝土復合結(jié)構(gòu)，對混凝土裂縫的控制要求很嚴，如何提高混凝土的抗裂性和體積穩(wěn)定性，降低溫度收縮應力，提高管材的成品率是制造過程中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

試驗研究

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0．6%。試驗選擇北京太行前景和天津振興兩個水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。檢測結(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級灰，實測堿含量分別為1.34%和l.11%。

砂石骨料：工程實際選用的天然河砂，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，同時降低混凝土的單方用水量，進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。同時還要求適應蒸養(yǎng)混凝土工藝，并具有較高的早期強度，因此外加劑的優(yōu)選是非常重要的。試驗共對不同供應商的8個批次的聚羧酸外加劑進行了優(yōu)選試驗。結(jié)果表明，幾個具有早強特性和免蒸養(yǎng)特性的聚羧酸減水劑在推薦摻量下均表現(xiàn)出強的觸變性和黏聚性，攪拌時間延長，人工翻拌和成型困難，另外幾個外加劑均存在和易性不良的問題。因此經(jīng)過對聚羧酸減水劑的調(diào)整優(yōu)化，試驗最終選擇了1 個廠商的減水劑進行配合比的優(yōu)選和試驗。