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    高保坍高強水下不分散混凝土的研究及在船臺滑道工程中的應用

    發布時間:2019-09-16 來 源 :武漢華軒高新

          水下直接澆筑混凝土可省去為創造干地施工條件所必須的圍堰、基礎防滲和基坑排水工程的工期和費用,是形成水中混凝土建筑物的主要方法。普通混凝土在水中抗分散性差、強度低,而水下不分散混凝土具有自流平、自密實、免振搗的性能而可簡化水下工程的施工工藝,因此研制和應用水下不分散混凝土已成為水下混凝土的發展方向。但由于水下不分散混凝土中不分散劑的絮凝作用,導致混凝土強度損失大、工作性差,從而限制了水下不分散混凝土的進一步推廣使用[5]。


          本文通過正交實驗,研制出具有坍擴度保持性能好、強度損失低、抗分散性能好等優點的新型混凝土水下不分散劑HLC-Ⅳ(H),利用該水下不分散劑配制出C40高保坍水下不分散混凝土,并在蕪湖江東船廠3萬噸級船臺滑道工程中得到了成功應用。


    1、原材料及試驗方法

          1.1  原材料


          試驗用水泥為蕪湖白馬山水泥有限公司生產的海螺P.O 42.5水泥;礦粉采用馬鋼嘉華S95級礦粉;粉煤灰:馬鞍山萬能達電廠Ⅰ級灰;砂為河砂,中砂,細度模數2.6;碎石采用5 mm~25 mm連續級配;絮凝劑采用進口PS生物多聚糖;自制ZX聚羧酸系高性能減水劑粉劑,減水率大于40%;自制BT有機保塑材料;市售YM無機增強材料。


          1.2  試驗方法


          1.2.1  拌和物流動性試驗


    砂漿流動性試驗參考JTJ270-98《水運工程混凝土試驗規程》附錄A.13條灌漿用新拌水泥(砂)漿流動度試驗(流動錐法)方法進行,即測試1725 ml漿料在漏斗中流過漏斗出口(直徑為13 mm)所需時間?;炷涟韬臀锏奶涠劝凑誈BJ 80-85標準測試,在進行坍落度試驗的同時測定拌和物的坍擴度(取兩相互垂直方向的擴展度值的平均值)。流速測定采用倒坍落度筒流出時間,具體過程如下:倒立坍落度筒于離地面一定高度的支架平面上,分2次向其中加入混凝土拌和物,每次裝1/ 2高度,并插搗25次,抹平。將坍落度筒移離地面,使拌和物依靠自重自由流出坍落度筒口,并用秒表記錄全部物料流出時間(s),即為倒坍落度筒流速[6]。


          1.2.2  水下不分散混凝土的抗分散性試驗(pH值法)


          在1000 mL燒杯中加入800 mL水,用手鏟鏟一份水下不分散混凝土或砂漿倒入水中,燒杯靜置3 min后,用酸度計測定水的pH值,評價其抗分散性。


          1.2.3  試件成型方法


          水下試件的成型方法參考DL/T 5117-2000《水下不分散混凝土試驗規程》,將試模置于水箱中,水面與試模上部高差500 mm,用手鏟自水面處分批倒入拌合物,料量超出試模表面,水中取出用木錘輕敲試模兩側排水,放入水中養護,在達到預定齡期時,進行強度測試。陸上試件成型時試模放在空氣中,其余同水下試件的成型方法?;炷敛捎?50 mm×150 mm×150 mm立方試模,砂漿采用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方試模。


          2、高保坍水下不分散劑的研制



          高保坍水下不分散劑為在原有研究成果基礎上[7],采用生物多聚糖類絮凝劑PS取代原有的聚丙烯酰胺絮凝劑PAM,并引入聚羧酸系高性能減水劑及緩釋型有機保塑材料作為減水保塑組分,大大降低了混凝土需水量,提高了混凝土坍落度尤其是坍落度保持性能。


          通過進行砂漿流速、砂漿抗壓強度(7 d、28 d水中、陸上抗壓強度及強度比)和pH值的正交實驗,以確定水下不分散劑中生物多聚糖類絮凝劑PS (水平值為3%,4%,5%)、ZX聚羧酸系高性能減水劑粉劑(水平值為12%,15%,18%)、BT有機保塑材料 (水平值為6%,8%,10%)、YM無機增強材料(水平值為20%,30%,40%)的最佳摻量,根據積差分析,得到新型水下不分散劑HLC-Ⅳ(H)的配方見表1。




          利用上述最佳配方配制的水下不分散混凝土與其它幾種水下不分散劑的性能比較結果見表2,水下不分散劑摻量均為7%。



          表2結果表明,普通混凝土雖然強度比較高,但抗分散效果差,混凝土過水后pH值達到12.5,水泥漿基本全被洗出。而摻加水下不分散劑NDC配制的水下不分散混凝土的初始坍擴度和pH值指標較好,但工作性差,2 h后的坍擴度損失比較大,并且3 d和28 d的強度下降幅度也較大。摻加水下不分散劑HLC-Ⅳ(A)配制的水下不分散混凝土性能略好于摻NDC的水下不分散混凝土,但優勢不明顯,達不到高保坍、自流平的要求。摻加水下不分散劑HLC-Ⅳ(H)配制的水下不分散混凝土的工作性能優良,初始流動性能好,且2 h后的坍擴度無損失??狗稚⑿阅芤哺?,過水后混凝土的pH值僅為8.5,基本為中性,水下不分散混凝土28 d的水下強度達到44.2 MPa,水陸強度比達到91%,均超過對比產品,可以配制強度為C35以上的高性能水下不分散混凝土。


          3、高保坍高強水下不分散混凝土的制備


          3.1  水下不分散混凝土的配合比確定


          水下不分散混凝土的強度等級要求為C40,2 h坍擴度要求大于50 cm,流速小于15 s,為此需要對混凝土配合比開展優化設計,主要調整參數為水下不分散劑HLC-Ⅳ(H)摻量、膠凝材料用量、水膠比及砂率。根據水下不分散混凝土的特點,經過正交試驗,確定的混凝土配合比如表3。



          3.2  水下不分散混凝土的性能


          3.2.1  新拌混凝土性能


          新拌水下不分散混凝土的流動性及經時損失通過不同時間的坍擴度及流速來表征,抗分散性能則采用pH值法,結果見表4。


          結果表明,基準混凝土過水后的pH值高達12.5,可見水泥漿幾乎全部洗出,而摻加HLC-Ⅳ(H)后的pH值僅為8.5,接近中性,說明其抗分散性能良好;基準混凝土的坍擴度雖然初始和水下不分散混凝土相差不大,但損失很大,2 h后就完全沒有流動性,而水下不分散混凝土初始坍擴度大于50 cm,2 h后不但沒有損失,還略有增大;從流速反映就更明顯,基準混凝土2 h后流不動,而水下不分散混凝土流速更小,僅有7.5 s,完全能夠達到自流平、自密實的要求;而且水下混凝土的泌水率由于其中絮凝劑的作用,也從基準混凝土的2.3%下降至0.1%。


          3.2.2  硬化混凝土性能


          主要測定混凝土的抗壓強度、水陸強度比及抗沖磨強度??箾_磨強度采用水下成型試件,根據SL352-2006《水工混凝土試驗規程》采用水下鋼球法對標準養護28 d的試件進行測試,結果見表5。





          由表5結果可知,基準混凝土雖然陸上強度要略高于水下不分散混凝土,7 d水陸強度比僅為16%,28 d水陸強度比也僅為23%,抗水分散效果極差,不能滿足混凝土的帶水作業的要球;而摻加水下不分散劑HLC-Ⅳ(H)后,28 d陸上強度為53.6 MPa,雖略有下降,但水陸強度比高達93%,28 d水下強度仍可滿足C40混凝土的要求;混凝土的抗沖磨強度也達到2.08 h·(kg·m-2)-1,遠高于基準混凝土,能夠達到一般的抗沖磨混凝土要求。


          4、工程應用


          長航集團江東船廠3萬噸級船臺滑道技術改造工程,位于蕪湖江東船廠內。其船臺滑道采用帶有閘門的縱向傾斜船臺滑道形式,坡度1:20,總長326 m,其中船臺長207 m、寬39 m,底端設有擋水閘門;滑道長323 m,以閘門為界,分為116 m長的水下段和207 m長的陸上段,兩條軌道中心間距9 m。水下滑道采用φ1000、φ1500、φ1800 mm鉆孔灌注樁及φ1000 mm鋼管樁,1#~23#排架水下滑道采用預制安裝橫梁、滑道梁結構,安裝完成后,澆筑水下不分散混凝土,連接成整體。整個工程設計共有46個水下節點,節點鋼護筒內共需澆筑水下不分散混凝土約600 m3 ,水下不分散混凝土的強度等級要求為C40,2 h坍擴度要求大于50 cm,流速小于15 s(倒坍落度筒法)。


          由于施工現場條件限制,采用的施工辦法是商品混凝土攪拌送至工程現場,放料至挖掘機抓斗中后移至岸邊的吊罐中,然后用船吊吊至江中施工點上方的料斗中,最后通過導管靠自重澆筑到施工節點處。工地外圍攪拌車運輸路線由于道路施工,運輸時間沒有保障,施工現場混凝土的兩次轉移過程也需要近1 h,因此混凝土從出倉到澆筑完畢整個過程需要2 h甚至更長時間。


          整個施工持續6天,未發生堵管或離析現象?,F場鉆芯取樣檢測表明,混凝土密實、表面光滑、骨料分布均勻;混凝土平均強度為51.6 MPa,高于試驗室試配強度,滿足了施工設計要求。


          5、結論


          (1)水下不分散劑HLC-Ⅳ(H)具有流動性經時無損失、強度損失小、抗分散性能好等特點,可用于配制C40以上高性能水下不分散混凝土。


          (2)利用水下不分散劑HLC-Ⅳ(H)配制的新拌水下不分散混凝土,抗分散性能好,能自流平、自密實,無泌水現象。硬化水下不分散混凝土強度高,抗沖磨性能好。


          (3)工程應用表明,利用水下不分散劑HLC-Ⅳ(H)配制的高保坍高強水下不分散混凝土性能優良,能滿足特殊作業條件下水下混凝土的施工要求。


    參考文獻

    [1] 孫振平,蔣正武,吳慧華. 水下抗分散混凝土性能的研究[J].建筑材料學報,2006,9(3):279-284.

    [2] Kamal H Khayat,Joseph Assaad. Relationship between washout resistance and rheological properties of high-performance underwater concrete[J].Materials Journal,2003,100(3):185-193.

    [3] M. Sonebi,A. K. Tamimi,P. J. M. Bartos. Application of factorial models to predict the effect of anti-washout admixture, superplasticizer and cement on slump, flow time and washout resistance of underwater concrete[J]. Materials and Structures,2000,33(5):317-323.

    [4] 姜從盛,陳江,呂林女,等.水下不分散混凝土的研制與應用[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2004,28(3):353-356.

    [5] 買淑芳.混凝土聚合物復合材料及其應用[M].北京:科學技術文獻出版社,1996:181-189.

    [6] 蔣正武,崔寶琦,孫振平,等.水下抗分散混凝土的性能研究[J].建筑材料學報,2000,3(2):129-134.

    [7] 陳國新,盧安琪,陳健,等.新型混凝土水下不分散劑的研究及在太平莊閘應急加固工程中的應用[J].大壩與安全,2006,4:45-47.


    作者簡介: 陳國新(1972-),男,江蘇無錫人,博士生,高級工程師




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