粘度改性材料在塔柱C55混凝土中的应用研究

粘度改性材料在塔柱C55混凝土中的应用研究

摘要：通过研究掺加粘度改性材料制备高强高塔柱混凝土的性能，并与常规的

高性能混凝土性能比较，掺加粘度改性材料的混凝土不仅可以降低混凝土的胶材

用量，还具有粘度低、水化速度慢、绝热温升低，降低大体积混凝土开裂敏感性

及后期强度发展稳定等特点，特别适用于塔柱施工的高性能混凝土。

关键词：粘度改性材料；塔柱施工；配合比设计

1 引言

随着我国社会经济的飞速发展,大量基础设施的建设尤其是大跨度斜拉桥、悬

索桥在高速公路、高速铁路中的建设越来越多。作为超高层高强混凝土结构的斜

拉桥、悬索桥塔柱，在混凝土设计中通常采用大胶材用量，低水胶比。导致混凝

土黏度大、流动性经时损失快、混凝土内部水化热高，浇筑不易密实。同时随着

混凝土泵送高度的增加混凝土泵送施工困难，易发生堵管，混凝土离析、泌水等

问题。为了解决以上问题通过在连镇铁路五峰山长江大桥主桥4#墩塔柱混凝土配

合比中掺入粘度改性材料，降低混凝土胶材用量、提高水胶比，有效改善了混凝

土的和易性，降低混凝土粘度，确保了混凝土是可泵性，为塔柱施工提供科学的

混凝土配合比设计依据。

2 工程概况

新建铁路连云港至镇江线五峰山长江特大桥主桥为（84+84+1092+84+84）m

钢桁梁公铁两用悬索桥，全长1428m，位于1#～6#墩之间，4#墩主塔为“H”型钢

筋混凝土框架结构，塔柱全高179.5m，分别由上、中、下塔柱及上、下两道横梁、塔顶鞍罩房等部分组成。主塔采用C55级混凝土，其中，上、下两道横梁为预应

力混凝土结构，塔柱横桥向等宽9m、顺桥向尺寸由塔顶宽11m 按1:77线性增加

到塔底15.662m。设计使用年限100年。

3 试验原材料及试验方法

3.1试验原材料

（1）水泥：盘固水泥集团有限公司P•Ⅱ52.5水泥，性能如表1所示。

（2）粉煤灰：中国国电集团公司谏壁发电厂Ⅰ级粉煤灰，性能如表2所示。

（3）集料：细集料产自湖南洞庭湖，细度模数为2.8，含泥量1.1%，泥块含量0.1%，各

粒级筛分结果见表3所示。粗集料的性能对混凝土的施工性能起到决定的制约作用，选择公

称粒径为5-25mm的碎石，采用5-16mm、16-25mm两级配按2:8（或3:7）比例进行掺配，

含泥量为0.2%，泥块含量0.2%，针片状含量1.2%，压碎值8%，各粒级筛分结果如表4所示。

（4）高性能减水剂：江苏中铁奥莱特新材料有限公司生产的ART-JR聚羧酸高性能减水

剂（缓凝型）。其主要成分是聚羧酸反应型高分子聚合物，具有引气、超塑化、高效减水和

增强、低收缩等功能，性能如表5所示。

（5）矿渣粉：张家港恒昌新型建筑材料有限公司生产的S95级，性能如表6所示。

（6）粘度改性材料：北京市铁峰建筑工程技术开发公司生产的TK-MP粘度改性剂。依

486-2015《混凝土用复合掺和料》项目检验，其性能指标如表7所示。

（7）拌和用水：拌和用水为长江水，其性能指标如表8所示。

（8）配合比设计

为了充分验证在C55混凝土配合比中掺加粘度改性材料和不掺粘度改性材料对混凝土性

能的影响，研究对比了三种不同矿物掺和料的混凝土配合比，其中1#、2#配合比为没有参加

粘度改性材料的配合比，1#配合比掺入粉煤灰和矿粉，2#配合比单掺粉煤灰，3#配合比掺入

粉煤灰和粘度改性剂，各配合比见表9。1#、2#配合比胶材总用量为490kg/m3,砂率为42%，水胶比为0.31。3#配合比胶材总用量为448kg/m3,砂率为42%，水胶比为0.32。

3.2试验方法

混凝土拌合物性能试验，在室内采用60L混凝土搅拌机按设计的配合比试拌，然后进行

拌合物性能测试，测试项目包括坍落（扩展）度、含气量、倒坍时间、扩展时间。重点验证

混凝土粘度改性剂的掺入对混凝土粘度的影响，采用混凝土流变仪对混凝土拌合物进行黏度

试验，通过测试剪切力与剪切速度，计算两者的比值（塑性粘度），来反映不同混凝土的粘

度大小。制作混凝土试件，验证混凝土强度、电通量指标。

4 试验结果分析与讨论

4.1混凝土拌和性能，见表10。

三个混凝土配合比的拌合物性能测试结果对比，从表中可以看出当混凝土坍落度在220

左右时，混凝土扩展度都能达到550mm左右，但是从混凝土倒坍时间、扩展时间上面看，

掺有一定量的粘度改性材料的混凝土倒坍时间、扩展时间比没有掺粘度改性材料的混凝土时

间短，特别是倒坍时间，降低幅度达到50%之多，扩展时间也相应的缩短。这主要是由于改

性材料中含有矿物微珠粉，微珠是微小的球体，球型率大，具有滚珠轴承效应，能降低混合

物的黏度和内应力，提高流动性，从而可以大幅度发提高混凝土的流速，降低倒坍时间、扩

展时间。

4.2混凝土黏度试验

为了能充分验证混凝土的粘度，分别将三个混凝土配合比拌和好后装入不锈钢容器中，

然后将混凝土流变仪插入混凝土中，开动仪器，随着流变仪叶轮在混凝土中的转动，采集剪

切应力与剪切速度数值，计算出混凝土粘度值，来表征混凝土粘度的大小。三个混凝土的粘

度试验如图1所示，从图中可以看出，掺粉煤灰、矿粉的混凝土粘度最大，掺改性剂的混凝

土粘度最小，说明在混凝土中掺入粘度改性剂可以降低混凝土粘度。

图1 混凝土粘度对比曲线图

4.3混凝土水化温升试验

为了验证在混凝土中掺加改性剂对混凝土水化时温度的影响效果，根据塔柱第一节结构

尺寸，在施工现场按照1:1的结构尺寸浇筑了高度为2米的塔柱试验块，采用1#、3#两个配

合比同时浇筑，并在内部提前埋置测温探头，监控混凝土内部温升情况，测温结果如图2 所示。从测温曲线中可以看出，掺粘度改性剂的混凝土内部温升要低于没有掺改性剂的混凝土。没有掺改性剂的1#混凝土在试验块浇筑1.5d后混凝土内部温度达到最高77℃，掺改性剂的

3#混凝土配合比在试验块浇筑2d后混凝土内部温度达到最高63℃。两个混凝土温差达到14℃左右，同时3#混凝土内部温升速度要低于1#配合比。说明在混凝土中掺入粘度改性剂可以

降低混凝土水化温度和速度，用于大体积混凝土中，可以有效的预防大体积混凝土因内部温

度过高、温升速度过快等因素引起的温度裂缝。