聚羧酸系减水剂在南水北调工程中的应用

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南水北调中线工程是我国进行水资源优化配置、解决北方地区缺水的一项重要基础设施工程，对实现北方地区的可持续发展起到战略保障作用。工程全长1273.4km，是我国继长江三峡工程后的又一超大型水利工程，工程规模巨大、地质条件复杂、建筑物结构形式复杂，需新建泵站、渠道、大型渡槽、倒虹吸等1000多个混凝土建筑物工程。混凝土总量巨大，各建筑物对混凝土的技术要求不同，混凝土种类繁多，强度等级从最低的 C10垫层混凝土，到PCCP管道工程的C60预应力混凝土，从常态混凝土到泵送、自密实混凝土等，这些技术要求需要不同类型和品种的外加剂，以适应施工和设计的需要。因此，如何合理选择和应用外加剂，提高混凝土的耐久性，保证工程的施工质量，将直接关系到中线工程的安全运行和使用寿命。本文简要介绍了聚羧酸系高性能减水剂在南水北调中线PCCP工程中的应用情况，为类似工程应用提供参考和借鉴。

PCCP管道工程

1．工程简介南水北调中线干线工程北京段全长80.4km，其中PCCP工程全长56.359km，采用双排 DN4000预应力钢筒混凝土管材(PCCP)输水。管道设计最大工作压力为0．8MPa，最大设计覆土深度为10m，管芯混凝土强度设计等级为 C50～C60，属高强高性能混凝土，混凝土总量约42万m3。

PCCP(PrestressedConcreteCylinderPipe)是预应力钢筒混凝土管的英文缩写，是在带钢筒的混凝土管芯上缠绕预应力钢丝，并喷射水泥砂浆保护层而制成的输水管材。它集合了钢管和预应力钢筋混凝土管的优点，又具有其独有的特性，具有适用范围广、抗震性能好、运行费用低、安装方便、基本不漏水、使用寿命长等优点，可广泛用于长距离调水和输水工程、城市给水工程等。在南水北调工程之前，我国应用的PCCP最大管径为 3.6m，工程规模最大的是山西省万家寨引黄工程(管径3m，管长5m，铺设距离43.25km)，其工程难度也是当时的亚洲之最。南水北调中线干线北京段工程选择内径4m，长5m的PCCP作为输水管材是目前我国乃至亚洲最大的PCCP工程。

2．需解决的技术问题

混凝土总碱量控制。根据南水北调中线干线工程建设管理局制定的《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例》，PCCP工程属Ⅲ类潮湿环境工程，混凝土中总碱含量不得大于2.5kg／m3，且不宜使用碱活性骨料。这一要求对于最高强度等级为C60的高强混凝土有一定的技术难度。早期强度要求。具有一定的早期强度既是规范要求，也是工程的实际需要。根据我国和美国AWWAC301的规定，PCCP的缠丝强度为混凝土设计强度的 70%，如达不到要求，则需临时存放到规定的缠丝强度。内径为4m的PCCP属于超大口径管材，其存放需要大量的场地，因此制约生产周期的关键因素之一是早期的缠丝强度和场地因素。根据规范，PCCP可以采用蒸气养护，但蒸养温度不得超过52℃。因此受两方面的限制，南水北调工程PCCP要求蒸养后混凝土即满足缠丝强度要求，以满足场地周转和按时完成工程建设的需要。工作性要求。对大口径PCCP管材一般采用立式浇筑，南水北调PCCP的管芯最厚达380mm，高5m，单根管材的混凝土约24m3，要求一次浇筑成型，因此要求混凝土具有良好的工作性，即要保证振动密实，混凝土表面没有麻面，同时不能离析、泌水和产生浮浆，从而影响混凝土的外观和承插口的性能，因此要求混凝土的坍落度控制在5cm～7cm之间，且坍落度损失小。抗裂性要求。PCCP属预应力混凝土复合结构，对混凝土裂缝的控制要求很严，如何提高混凝土的抗裂性和体积稳定性，降低温度收缩应力，提高管材的成品率是制造过程中必须解决的关键技术问题之一。

试验研究

1．混凝土原材料

水泥：为满足混凝土总碱量的规定，要求水泥的碱含量不超过0．6%。试验选择北京太行前景和天津振兴两个水泥厂生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥。检测结果表明，太行前景水泥的碱含量为0.58%，天津振兴为0.44%，都满足低碱水泥碱含量0.6%的技术要求。

粉煤灰：两种Ⅰ级灰，实测碱含量分别为1.34%和l.11%。

砂石骨料：工程实际选用的天然河砂，最大粒径25mm的灰岩人工碎石。

外加剂：外加剂品种选择了具有低掺量、高减水率、低收缩、高保坍等诸多优点的聚羧酸系高性能减水剂，以降低混凝土中有效碱的引入，同时降低混凝土的单方用水量，进而降低胶凝材料用量，减少由水泥和粉煤灰等胶凝材料引入的有效碱含量。同时还要求适应蒸养混凝土工艺，并具有较高的早期强度，因此外加剂的优选是非常重要的。试验共对不同供应商的8个批次的聚羧酸外加剂进行了优选试验。结果表明，几个具有早强特性和免蒸养特性的聚羧酸减水剂在推荐掺量下均表现出强的触变性和黏聚性，搅拌时间延长，人工翻拌和成型困难，另外几个外加剂均存在和易性不良的问题。因此经过对聚羧酸减水剂的调整优化，试验最终选择了1 个厂商的减水剂进行配合比的优选和试验。