水下不分散混凝土在深圳海上運動基地中的研究應用
2017-10-05 文/ 朱效榮
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北京質信金鑫化學防水科技發展有限公司
本期責編：竹世科，馮漢峰,楊冬
(深圳市東大洋建材有限公司,廣東 深圳518112)
摘要：深圳市海上運動基地工程是2011年世界大學生運動會帆船、帆板等水上項目的比賽場地，該工程有五條水下滑道，這五條滑道有1/3的長度在水下，需要進行水下澆注，要求混凝土必須具有一定的抗壓和抗彎折的能力，同時要求混凝土初凝結時間在12小時左右，本文主要論述了通過試驗研究完成了水下不分散混凝土的高性能指標及工程應用。
關鍵詞：水下不分散；高性能；絮凝劑；水陸強度比
Research and application ofunderwaternon-disperseconcrete in Shenzhenmarinesports base
Fenghanfeng, Yang Dong
(ShenzhenEast Ocean Building Materials Co., Ltd.Shenzhen, Guangdong, 518112)
Abstract:The project of Shenzhen marinesports base is thesite ofsailing, windsurfing and other water sports in2011 World University Games.The project has fiveunderwater slides,and1 / 3oftheslide’slengthisunderthewater. That meanstheconcrete should be tremie,and itneeds to have enoughcompressive strength and bending capacity, andalso theinitial setting timeissupposed to beabout 12 hours.In this paper,thehigh-performance indexesandapplication of underwater non-disperseconcrete were discussed through experimental research.
Keywords:Underwaternon-disperse;highperformance; flocculant;strength ratio of concrete in water and air
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水下不分散混凝土，是一種在遇水情況下集料與水泥漿不發生分離或少量分離的混凝土。當混凝土具有這種特性後就可以直接在水下澆注。達到這一目標的方法通常是在普通的水下混凝土中加入一種稱作絮凝劑的物質——通常是水溶性的聚合物，從而賦予它水下不分散的高性能特性。將絮凝劑加入到混凝土後，不僅使混凝土具有很大的粘性以達到遇水不分散的效果，也是混凝土具有高流態、自密實的特性。所以，在不能完成振搗成型的水下，使用水下不分散混凝土後依然能達到密實，同時具有一定的抗折性能。
1工程概況
深圳市海上運動基地工程是2011年世界大學生運動會帆船、帆板等水上項目的比賽場地，大運會之後將繼續作為深圳航海學校使用。所以這是一項即關係國家形象，又關係民生大計的重點工程。該工程中有很多直接接觸水面或直接澆注在水下的部位。其中，有五條水下滑道，以後主要提供用來拖拉或下滑帆船使用。這五條滑道有1/3的長度在水下，需要進行水下澆注，同時要求必須具有一定的抗壓和抗彎折的能力。所以根據施工現場情況有如下要求：
（1）水下施工，免振搗成型，要具有高流態、自密實性。
（2）達到C30Z4.0的強度等級。
（3）初凝結時間在12小時左右，防止水位變動區在低潮的時候露出水面，經過暴晒而龜裂。
2試驗材料
2.1水泥：塔牌P.042.5R，28d抗壓強度49.0Mpa。
2.2 砂：東莞產中砂，細度模數2.7，含泥量0.5%，泥塊含量0.2%。
2.3石子：深圳坪山產5-25mm連續粒級，針片狀含量8%，含泥量0.4%，泥塊含量0.2%。
2.4緩凝高效減水劑：深圳五山“N”型。
2.5 絮凝劑：UWBⅡ型，其性能指標如表1。
表1UWBⅡ型絮凝劑的性能指標
| 試驗項目 | 性能指標 | |
| 流動性 | 坍落度（mm） | 230±30 |
| 坍擴度（mm） | 450±30 | |
| 凝結時間 | 初凝 | ≥5h |
| 終凝 | ≤30h | |
| 抗分散性 | 水泥流失量（%） | ＜1.5 |
| PH值 | ＜12 | |
| 水陸成型試件抗壓強度比(%) | 7D | ＞60 |
| 28D | ＞70 | |
| 水陸成型試件抗折強度比(%) | 7D | ＞50 |
| 28D | ＞60 |
3配合比設計試驗
3.1用水量試驗：
3.1.1試驗目的
首先我們要做的就是水膠比的確定，根據以往我們所涉及到的C30Z4.0的混凝土來看，我們初步把水膠比設定為0.45,並且根據推薦的摻量設定為2.5%，水泥用量不小於380Kg。
3.1.2試驗結果
表2用水量實驗
| 編號 | 用水量(Kg) | 水泥用量(Kg) | UWBⅡ摻量(%) | 坍落度(mm) | 坍擴度(mm) |
| W1 | 170 | 380 | 2.5 | 0 | 0 |
| W2 | 190 | 420 | 2.5 | 0 | 0 |
| W3 | 210 | 460 | 2.5 | 200 | 400×400 |
| W4 | 215 | 480 | 2.5 | 220 | 440×440 |
從W1-W4可以看出，與絮凝劑相關性最大的是水，用水量從170-190混凝土的狀態未發生明顯變化；當用水量超過200後變化明顯；當用水量達到210時的混凝土狀態已初步具有自密實的特性了，但粘聚性太大；再將用水量增加到215後，已基本能滿足自密實和泵送兩項要求。從這個變化反應出混凝土內部絮凝劑分子與水結合有個飽和度，當用水量超過這個飽和度時，多餘的水在混凝土體系中使各個包裹著水泥顆粒和骨料的網裝結構之間具有相互滑動的作用，從而具有流態。這種流態同時有具有絮凝劑大分子的拉動和填充作用而密實。
3.2減水劑適應性試驗：
3.2.1試驗目的
在這個實驗中，我們考慮到減水劑對混凝土結構體系的影響及影響的程度；絮凝劑對減水劑的影響劑影響程度。
3.2.2試驗結果
表3 減水劑適應性實驗
| 編號 | 水(Kg) | UWBⅡ摻量（%） | N型摻量（%） | 坍落度(mm) | 坍擴度(mm) |
| A1 | 190 | 2.5 | 2 | 0 | 0 |
| A2 | 190 | 2.5 | 4 | 0 | 0 |
| A3 | 215 | 2.5 | 0 | 220 | 440×440 |
| A4 | 215 | 2.5 | 1 | 230 | 460×450 |
從A1和A2可以看出，無論外加劑加到什麼程度，混凝土的狀態不會發生改變，十分粘稠，基本表現不出坍落度。證明在混凝土微觀體系中水溶性聚合物通過氫鍵與部分拌和水結合，並以分子形式分散於拌和水中，因此拌和水被束縛於水溶性聚合物的網狀結構裡，從而變得非常粘稠，這種非常粘稠的水又包裹了水泥顆粒和骨料。而減水劑無法穿透網狀結構，無法與水結合，達不到效果。A3在未摻外加劑的情況下基本上能滿足施工設計的要求，但當摻加1%的減水劑後，和易性變好，說明混凝土體系中有遊離水存在。所以我們選擇摻1%的減水劑。
3.3凝結時間
3.3.1試驗目的
由於水下不分散混凝土直接澆注於水下，將不存在著覆蓋保護，當其直接暴露於南方夏季的強陽光之下時，表面水份散失過快，極容易產生龜裂。若我們在高潮的時候澆注於水下，水將對混凝土表面起保護作用。這個時間應在一個潮水週期內，約12h左右。
3.3.2試驗結果
表4 凝結時間實驗
| 編號 | 用水量(Kg) | N型摻量（%） | 水泥用量(Kg) | 粉煤灰用量(Kg) | 初凝時間(h) | 終凝時間(h) |
| N1 | 215 | 0 | 480 | 0 | 7 | 8.5 |
| N2 | 215 | 1 | 480 | 0 | 12 | 14 |
| N3 | 210 | 0 | 430 | 50 | 9 | 10.5 |
| N4 | 210 | 1 | 430 | 50 | 15 | 17 |
從N1-N2可以看出，摻加緩凝減水劑對混凝土的凝結時間作用非常明顯，再次充分證明了絮凝劑分子內部網狀結構的特性，若我們把這種結構看做是一個一個的小集團的話，緩凝減水劑就附著在這些集團表面，所以產生的緩凝效果明顯。我們知道粉煤灰對延緩內部溫升的作用，所以，當加入粉煤灰後，對凝結時間有一定的影響。鑑於工地的要求，所以我們最終選擇了N2作為我們的基準配合比。
3.4強度試驗
經過我們多次試驗，該配比的水泥流失量為1.2%，以下為多次試驗數據的平均值。
表5 強度實驗結果
| 試驗項目 | 強度(MPa) | |||||
| 3 | 7 | 28 | 60 | 120 | ||
| 陸上成型 | 抗壓強度 | 25.2 | 35.2 | 45.8 | 48.5 | 50.3 |
| 抗折強度 | 3.4 | 4.5 | 5.9 | 6.0 | 6.1 | |
| 水中成型 | 抗壓強度 | 20.4 | 29.6 | 39.7 | 42.7 | 44.3 |
| 抗折強度 | 2.7 | 3.8 | 5.1 | 5.3 | 5.4 |
如表5所示，當齡期達到28天后，其抗壓合抗折強度都能滿足施工設計要求，其抗折和抗壓的水陸強度比達到了87%和86%，這個比值由於受直接接觸水的影響，早期只有81%，當120天后可達89%。從圖中可以看出，無論是抗壓還是抗折，其曲線基本符合混凝土的強度增長曲線 。
4.結語
4.1水下不分散混凝土是一種新型混凝土 ，在施工前必須進行試配。檢驗水下不分散劑（絮凝劑）的抗分散性能，更要調整混凝土和易性 。使其不能產生離析、泌水，具有較好粘聚性和自流平性。
4.2根據不同的施工工藝應確定不同的用水量，並根據強度等級確定水灰比。水下不分散混凝土的流動性主要由用水量決定，減水劑在其中起著次要作用，
4.3在沒有其他要求的情況下，緩凝劑和礦物摻合料均能夠有效地延緩混凝土的凝結時間
4.4水下不分散混凝土施工過程中要在靜水中澆築為原則，防止因水沖刷使水泥漿散失而降低強度。
參考文獻:
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