水下不分散混凝土性能的试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 2期 (总 第 2 6 8 期 j Nu mb e r 2i n2 0 1 2 ( T o t a l N o 2 6 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE eHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 2 0 4 0 水下不分散混凝土性能的试验研究 韦灼彬，唐军务，王文忠 ( 海军工程大学 后勤指挥与工程系，天津 3 0 0 4 5 0 ) 摘要： 研究了水下抗分散剂、 高效减水剂、 消泡剂、 水灰比等对水下混凝土抗分散性和抗压强度等性能的影响规律。 结果表明： 随着水 下抗分散剂掺量增加， 混凝土的抗压强度下降。 当水下抗分散剂和高效减水剂复合掺加时， 能够提高混凝土抗压强度。 掺加消泡剂有利于 提高水下抗分散混凝土的工作性和抗压强度。 降低水灰比有利于提高混凝土的水下抗分散性和抗压强度。 关键词： 水下不分散混凝土；水下抗分散剂 ； 水灰比；抗压强度； 抗分散性 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 6 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 2 4 0 3 Ex pe r i men t al s t ud y on pr op er t i e s of non -di s pe r s i bl e und er wa t e r c o nc r e t e W E IZh u o b i n， T ANG J u n wl l ， WANG We n- z ho n g ( De p t e me n t o f L o g i s t i c s Co mma n d a n d E n g i n e e r i n g ， N a v a l Un i v e r s i t yo f E n g i n e e r i n g ， T i anj i n 3 0 0 4 5 0 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： Effe c t s o f u n d e r wa t e r a n t i wa s h o u t a d mi x t u r e， h i g h - r an g e wa t e r r e d u c i n g a dm i x t ur e ， d e f o a me r a n d wa t e r c e me n t r a t i o e t c o n t h e wa s h o u t r e s i s t anc e and c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f n o n d i s pe r s i bl e un d e r wa t e r c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e dTh e r e s u l t s i n d i c a t e that c o mp r e s s i v e s t ren g t h o f c o nc r e t e d e c r e a s e s wi t h t he i nc r e a s e o f un d e r wa t e r a n t i wa s h o u t a dm i x t u r e d o s a g e Whe n u n c l e ：rw a t er a n t i - wa s h o u t a d mi x t u r e a nd h i 曲一 r a n g e wa t e r r e d u c i n g a d mi x t u r e a r e a d d e d t o g e t h e r ， c o mp r e s s i v e s W e n g t h o f c o n c r e t e c a n b e i mp r o v e d Ad d i n g d e f o a me r h a s t h e a d v a n t a g e in i mp r o v i n g the wo r k a b i l i t y an d c o mp r e s s i v e s e n g t h o f n o n d i s p e r s i b l e u nd e rw a t e r c o n c r e Re d u c i ng wa t e r c e me n t r a t i o ha s the a d v ant a g e in i mp r o v i n g t h e wa s h o u t r e s i s t a n c e a nd c o mp r e s s i v e s e n g t h o f c o nc r e t e Key wor ds ： n o n- d i s p e r s i b l eu n d e rw a t e r c o n c r e t e ； u n d e rw a t e r a n t i wa s h o u t a d mi x t u r e ； wa t e rc e me n t r a t i o ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ； wa s h o u t res i s t a n c e 0 引言 在未来的几十年里 ， 随着近海的开发及大量水下工程的 建设， 混凝土水下施工的次数将越来越多， 因此 ， 除了要求混 凝土的质量更高外， 还要求施工工艺要简单 ， 经济要合理， 且 对环境无污染 】 。 普通混凝土在水下施工时存在许多不能彻底 克服的性能缺陷 ， 而水下不分散混凝土是在混凝土拌合物中 掺加一种新型的外加剂水下抗分散剂 ， 以大大提高拌合 物的黏聚性 ， 从而在根本上解决了普通混凝土水下施工所遇 到的分散、 离析等问题2 。 而水下抗分散剂是一种具有较长链 状结构的高分子聚合物 ， 它在水泥微粒之间能起到联接和架 桥作用 ， 混凝土中的水溶性聚合物通过氢键与部分拌和水结 合 ， 并以分子形式分散于拌和水中， 因此拌和水被束缚于水溶 性聚合物的网状结构里 ， 从而把水泥和抗分散剂包裹起来不 易受到外界水分子的冲洗而分散【 ， 实践证明， 掺加水下抗分 散剂是配制水下抗分散混凝土最关键的措施 4 。 据 S o n e b i 和 K h a y a t t 卅等人的文献报导 ， 近年常用的水下不分散剂的主要 成分为 w e l a n树脂和纤维素类 ， 并辅以粉煤灰、 磨细矿渣、 缓 凝剂、 萘磺酸盐和密胺树脂等。 我国从 2 O 世纪 8 0年代开始对 水下不分散混凝土进行研制开发， 其研究和应用已有近 3 0年 的历史 ， 在水利水电、 交通、 石油及民用建筑工程中等领域得 到了广泛的应用7 _ 9 1 。 本研究外加剂采用由同济大学研制的水 下快硬抗分散剂 ， 系统研究了不同因素 ， 如水下不分散剂、 减 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ Jo 8 1 5 1 24 水剂、 水灰比、 消泡剂等对水下不分散混凝土的抗分散性和抗 压强度等性能的影响规律。 1 试验原材料及 试验 方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥： 唐山冀东牌 P O 5 2 5 R级水泥。 ( 2 ) 细骨料 ： 普通河砂 ， 含水率为0 4 ， 细度模数为 3 2 。 ( 3 ) 粗骨料 ： 人工碎石， 连续级配， 粒径为 5 2 5 t h i n 。 ( 4 ) 水： 拌和用水采用自来水。 ( 5 ) 外加剂： 由海军工程大学天津校区研制的水下快硬 抗分散剂； 聚羧酸高性能减水剂。 1 2试验 方 法 1 2 1 试验参照标准 DL T 5 1 1 7 -2 0 0 0 ( 7 1 下不分散混凝士试验规程 ； DL T5 3 3 O 一 2 0 0 5 水工混凝土配合比设计规程 ； J T J 2 7 O 一9 8 水运工程混 凝土试验规程 。 1 2 2 混凝土的搅拌 准确称量试验所需的砂、 石、 水泥， 将粉状高效减水剂一并 加人搅拌机， 干搅 0 5 m i n 后 ， 边搅拌边加入一半用水量， 搅拌 2 r n i n ， 再加入配制好的水下抗分散剂与另一半用水量 ， 搅拌并 较普通混凝土延长 2 mi n出料。 1 2 3 水下不分散混凝土的成型方法 水箱： 高度 4 5 0 m m， 内注自 来水， 水温为( 2 0 3 ) 。 将水下 成型用的试模置于水箱中， 将水加至试模上限 1 5 0 n -l r n处， 用手 铲将搅拌好的水下不分散混凝土拌合物从水面处向水中落下 浇入试模中， 投料应连续操作， 料量应超出试模表面， 将试模从 水中取出， 静止 5 1 0 mi n ， 使混凝土自流平、 自密实而达到平稳 状态， 用木锤轻敲击试模两侧面促进排水， 然后将其放回水中， 初凝之前用抹刀抹平， 放置 2 d 拆模， 在水中进行养护， 达到龄 期进行测试。 1 2 4 水下不分散混凝土的抗分散性试验 水下不分散混凝土的抗分散性的检验方法较多， 本试验 采用称重法测水泥流失量来评价其抗分散性。 取一铁皮桶， 在 桶底部放一容积 I 5 0 0 m L的容器 ， 桶内装水至高度 5 0 0 m m。 拌制 2 k g水下不分散混凝土 ， 从水面 自由落下倒入水中的容 器内， 使之全部进入水下容器， 不得洒漏 ， 静置 5 mi n 。 将容器 从水中提起， 排掉混凝土上面积留下的水， 称其质量 ， 重复进 行上述操作三次， 取各次平均值 ， 精确到 0 1 ， 从而测出水泥 流失量 。 2试验 方案 表 l 给出了试验所设计的各组混凝土配合 比及其坍落度 测试结果， 如图 1 4 所示。 表 1 混凝土的配合比及其坍落度测试结果 3 试验结果及讨论 2 1 各种因素对混凝土强度的影响 3 1 1 减水剂掺量 图 1 表示在水下抗分散剂掺量( 指其占胶凝材料质量的百 分数 ， 文中其余掺量的意义与此相同) 相同的情况下， 减水剂掺 量不同( c 1 ， C 2和 c 3试件) 对混凝土 1 d抗压强度的影响。 从 中可以看出， 混凝土的水下强度随着减水剂掺量的增加先减小 而后稍有增加， 但总体来看强度是不断降低的， 但幅度不大。 而 水上强度随着减水剂掺量的增加而降低。 3 0 2 5 对 塞 2 o 警 墨 o 5 2 5 目 2 0 塞 1 5 嚣 o 5 O 1 2 1 5 抗分散剂掺量 ， 图2 抗分散剂掺量对强度的影响 时 间 ， d 图 3 不 同水灰 比对水下强度的影响 达到水灰比为 0 5 O近 2 倍。 可见水灰比对混凝土的强度影响是 非常显著的。 3 1 4 消泡剂掺量 图 5 、 6 所示 的是消泡剂对水下不分散混凝土抗压强度的 影响情况( C 8 、 C 9 和 C I O 试件) 。 从图中可以看出， 混凝土的水 下水上抗压强度都随着消泡剂掺量的增加而显著提高， 消泡剂 掺量为 0 0 6 的 1 d 水下强度是不掺消泡剂的2倍， 可见消泡剂 能显著提高混凝土抗压强度。 这主要是因为消泡剂的掺入在一 定程度上消除了由水下抗分散剂引入混凝土拌合物中的气泡 ， 】 2 5 勰 加 M m B d 、 越隈 * 3 6 3 4 3 2 3 O 2 8 罢2 6 * 2 0 1 8 1 6 1 4 l 2 时间 d 图 4 不 同水灰 比对水上强度的影响 65 6 0 5 5 5 0 要4 5 40 3 5 * 3 0 25 2 0 1 5 时间 d 图 5 消泡剂掺 量对水下强度的影响 时间 d 图 6 消泡剂掺量对水上强度 的影响 降低了其含气量所致。 3 2 水灰比对混凝土抗分散性的影响 图7所示的是水灰 比对混凝土抗分散性的影响情况( c 5 、 C 6和 C 7 试件) 。 可以看出， 水灰比越小 ， 其水泥流失量越少， 水 下抗分散性越好 ， 强度越高。 这是因为 ， 水灰 比越小， 且在加入 了一定量的水下抗分散剂后， 使骨料的黏度增大， 这既可以防 止骨料离析， 又可以在养护初期防止水分过分流失， 有利于水 泥水化， 从而能够提高混凝土的密实度。 1 2 6 0 4 2 o 4 7 o 5 o 水灰 比 图 7 不同水灰 比对抗分散性的影响 ( 1 ) 随着水下抗分散剂掺量增加， 混凝土的抗压强度下降。 当水下抗分散剂和高效减水剂复合掺加时， 有助于降低混凝土 用水量， 提高混凝土抗压强度。 ( 2 ) 掺加消泡剂能够降低含气量， 有利于改善水下抗分散 混凝土的工作性， 提高其抗压强度。 ( 3 ) 混凝土的抗压强度随着水灰比的降低而显著提高， 水 灰比越小， 水下抗分散性越好。 参考文献 ： 1 蒋正武 ， 等 水下抗分散混凝土的性能研究【 J _ 建筑材料学报 ， 2 0 0 0 ( 6 ) ： 1 2 9 1 3 4 2 】K a m a l H e n n i K h a y a t E ff e c t s o f a n t i - wa s h o u t a d mi x t u r e s o n fl e s h c o n c r e t e p r o p e r t i e s A C I M a t e ri a l s J o u rnal， 1 9 9 5 ， 9 2 ( 2 ) ： 1 6 4 1 7 1 【 3 】 冯士明， 等 水下不分散混凝土在核电站取水口工程中的应用 J 】 混 凝土， 2 0 0 1 ( 8 ) ： 6 - 8 4 孙振平， 蒋正武 ， 吴慧华 水下不分散混凝土性能的研究U 】 建筑材料 学报， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 2 7 9 2 8 4 【 5 S O N E B I M， K H A YA T K HE f f e c t o f m i x t u r e c o m p o s i t i o n o n r e l a t i v e s t r e n g t h o f h i g h l y fl o w a b l e u n d e r w a t e r c o n c r e t e J ， A C I M a t e r i a l s J 0 u r h a l ， 2 0 0 1 ， 9 8 ( 3 ) ： 2 3 3 2 3 9 。 6 】K HA Y A T K H， S ON E B I M E f f e c t o f m i x t u r e c o mp o s i t i o n O n w a s h o u t r e s i s t a n c e o f h i g h l y fl o w a b l e u n d e r w a t e r c o n c r e t e J A C I Ma t e r i a l s J o u r - h al， 2 0 0 1 ， 9 8 ( 3 ) ： 2 8 9 2 9 5 【 7 梁志林， 张长民， 雷敬伟 水下不分散混凝土在三峡工程中的应用 J 】 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 7 8 8 0 8 】8 刘岩 水下不分散混凝土在大连港码头修复中的应用【 J 】 水运工程， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 2 9 ， 4 3 【 9 】9 戴俭 关于水下混凝土“ 双掺” 技术在珠海市横琴大桥海上主墩基础 桩施工中的应用 J 混凝土， 2 0 0 3 ( 9 ) ： 4 5 4 9 【 1 0 D L T 5 1 1 7 2 o 0 O ， 水下不分散混凝土试验规程 作者简介： 韦灼彬( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 博士 ， 教授。 联系地址： 天津市塘沽区河北路一号轮训队( 3 0 0 4 5 0 ) 联 系电话 ： 0 2 2 6 6 9 7 0 4 9 9 9 8 7 6 5 4 3 2 1 9 6 、 姐 6 5 4 3 2 1 0 、 赳箍 茛