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UWB-II型水下不分散混凝土絮凝劑的性能研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-09-07  來(lái)源:《中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院》  作者:周偉,許海彬,張長(zhǎng)民,丁新龍
核心提示:UWB-II型水下不分散混凝土絮凝劑的性能研究

摘要:對(duì)聚丙烯類和多糖類絮凝劑配制的水下不分散混凝土進(jìn)行了性能比較,結(jié)果表明多糖類水下不分散混凝土基本克服聚丙烯類混凝土的缺點(diǎn),其攪拌時(shí)間為75s,混凝土2h流動(dòng)性基本無(wú)損失,28d水陸強(qiáng)度比在85%以上,膠凝材料在400~480kg/m3可滿足20~30MPa的水下混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞:絮凝劑  水下不分散混凝土  攪拌時(shí)間  流動(dòng)性損失  水陸強(qiáng)度比

Title: Study on characteristics of the agent of non-dispersion underwater concrete

Abstract:  The properties of underwater anti-washout concrete admixed with polyacrylate and polysaccharides respectively are compared. It is show that the shortcomings of concrete admixed with polyacrylate are basically overcome by substituting polysaccharides for polyacrylate. After concrete is blended 75s, there are no slump loss occurrence within 2h under dynamic or static states. The ratios of compressive strength cast in water and in air exceed 85%. Cement 400-480 kg per cubic meter concrete would meet the needs of concrete with compressive strength 20-30 MPa 。

Key words: agent   underwater non-dispersion concrete    time of mixing    loss of fluidity   ratios of compressive strength cast in water and in air

1.前言

  水下不分散混凝土是一種在水下施工時(shí)不分散、不離析、能自行流平的混凝土。同采用施工機(jī)具從而保證水下混凝土質(zhì)量的方法相比較,水下不分散混凝土著眼于材料體系本身性質(zhì)的改善;即水下不分散混凝土在未硬化狀態(tài)下,即使受到水的沖刷,材料也不會(huì)分散,并能在水下形成優(yōu)質(zhì)、均勻的混凝土。達(dá)到這一目標(biāo)的手段是在普通的水下混凝土中加入一種稱作絮凝劑的物質(zhì)——通常是水溶性的聚合物,從而賦予它水下不分散的特性?;谝陨咸攸c(diǎn),水下不分散混凝土在下列領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用:A、高層建筑基礎(chǔ)工程。B、江湖河海的護(hù)坡工程。C、大壩基礎(chǔ)被水淘空部位修復(fù)工程。D、橋梁基礎(chǔ)沉井封底工程。E、水下鋼結(jié)構(gòu)防腐工程。

  我國(guó)從80年代開(kāi)始進(jìn)行水下不分散混凝土的研究并應(yīng)用于工程,先后出現(xiàn)了如UWB、SCR、NDC、PN等型號(hào)的水下不分散混凝土專用絮凝劑,其增粘組分基本上是聚丙烯類或纖維素類。從以往的國(guó)內(nèi)工程應(yīng)用來(lái)看,聚丙烯類絮凝劑配制的不分散混凝土因?yàn)榫哂袃r(jià)格上的優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于水利工程建設(shè),纖維素類絮凝劑因?yàn)閮r(jià)格較高以及性能的原因而很少采用。在使用中也發(fā)現(xiàn),聚丙烯類絮凝劑配制的水下不分散混凝土宏觀粘度(對(duì)施工機(jī)械而言)太高而微觀粘度(抗水洗的能力)低(力學(xué)性能上表現(xiàn)為水陸強(qiáng)度比低),混凝土靜停狀態(tài)下流動(dòng)性恢復(fù)困難,混凝土拌合時(shí)間的較長(zhǎng)(強(qiáng)制式攪拌機(jī)一般要達(dá)到3min),單方混凝土膠凝材料用量高(實(shí)際工程的配合比膠凝材料一般都在480kg/m3以上)。上述因素困擾施工界多年并在一定程度上制約了水下不分散混凝土在工程中的應(yīng)用。

  通過(guò)更換新型的高分子聚合物體系,并對(duì)其進(jìn)行系列性能試驗(yàn),研制成功新型的UWB-II多糖類絮凝劑,其成本接近聚丙烯類絮凝劑,但性能上基本上克服了聚丙烯類水下不分散混凝土的性能缺點(diǎn),可以更廣泛的應(yīng)用在各種水利工程領(lǐng)域。

2.主要試驗(yàn)條件

2.1試驗(yàn)材料

  水泥:盾石P.O42.5水泥,細(xì)度3500cm2/g,28d抗壓強(qiáng)度48.6MPa;

  砂:  薊縣產(chǎn),Ⅱ區(qū)中砂,細(xì)度模數(shù)2.8,含泥量2.7%;

  石子:薊縣產(chǎn),石灰?guī)r碎石,粒徑5~20mm,連續(xù)級(jí)配,含泥量0.4%;

  外加劑:聚丙烯類絮凝劑(簡(jiǎn)稱I型),多糖類絮凝劑(簡(jiǎn)稱II型);

  水:自來(lái)水;

  試驗(yàn)采用DL/T5117-2000標(biāo)準(zhǔn),并參考JC473-92、日本JIS A1112,中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院標(biāo)準(zhǔn)Q/GCY012-92。

2.2混凝土配比

  沒(méi)有給出配比的混凝土采用以下配合比組成:水泥430kg/m3,砂率40%,絮凝劑摻量2.5%(對(duì)于c%),流動(dòng)性控制:塌落度大于22㎝,塌擴(kuò)度40~50㎝。

3.試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1  多糖類絮凝劑配制的水下不分散混凝土性能

3.1.1絮凝劑摻量對(duì)抗分散性的影響

  通過(guò)測(cè)定懸濁物含量和環(huán)境水pH 值,來(lái)確定其變化規(guī)律,結(jié)果如圖1和圖2所示:

 

 

  從圖1和圖2可以看出,在絮凝劑摻量達(dá)到1.5%以上時(shí),可以控制環(huán)境水的濁度在150mg/l以下,PH值在10以下,能較好的滿足抗水洗性能要求。

3.1.2絮凝劑摻量對(duì)流動(dòng)性的影響

  對(duì)摻量范圍0.5~3.5%之間的塌擴(kuò)度變化情況進(jìn)行了研究,結(jié)果見(jiàn)圖3:

  從圖3可以看出,相同的用水量情況下,絮凝劑摻量在0.5~2.5%時(shí),流動(dòng)性隨摻量的增加而增大,并在2.5%達(dá)到最大,當(dāng)繼續(xù)加大摻量時(shí),流動(dòng)性呈下降趨勢(shì)。

3.1.3絮凝劑摻量對(duì)流動(dòng)性損失的影響

  對(duì)摻量0.5~3.5%之間所引起的塌擴(kuò)度損失情況進(jìn)行了研究,結(jié)果如表1所示:

 

表1  絮凝劑摻量與塌擴(kuò)度損失的關(guān)系

塌擴(kuò)度值,cm

絮凝劑摻量,c%

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

初始

45×46

44×46

45×48

43×47

46×48

44×46

42×48

1h

42×41

43×45

45×44

42×48

47×47

45×49

44×50

2h

40×38

40×39

39×43

40×44

45×41

44×45

42×47

 

  從表1以看出,絮凝劑在低摻量時(shí)1h和2h塌擴(kuò)度有一定的損失,隨著摻量增加2.0%以上,1小時(shí)塌擴(kuò)度不再有損失,而2h塌擴(kuò)度損失率小于10%。因此認(rèn)為當(dāng)摻量達(dá)到2.0%以上時(shí),2h的流動(dòng)性基本無(wú)損失。

3.1 .4絮凝劑摻量對(duì)體系凝結(jié)時(shí)間的影響

  對(duì)不同摻量范圍變化所引起的凝結(jié)時(shí)間的變化影響結(jié)果如圖4所示:

  從圖4可以看出,材料體系的凝結(jié)時(shí)間隨摻量的增加而延長(zhǎng),初凝時(shí)間在5~25h,終凝時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)3~5h。

  從以上研究結(jié)果來(lái)看,多糖類絮凝劑摻量在2.0~3.0%摻量范圍時(shí),配制的水下不分散混凝土具有優(yōu)異的水下施工性能。

3.2聚丙烯類絮凝和多糖類絮凝劑配制的水下不分散混凝土性能比較

  對(duì)兩種類型的絮凝劑配制的水下不分散混凝土,進(jìn)行了攪拌時(shí)間、抗分散性能、流動(dòng)性損失的比較,結(jié)果如下:

3.2.1攪拌時(shí)間的比較

  在混凝土生產(chǎn)中,攪拌時(shí)間對(duì)施工效率有直接影響;在普通混凝土的生產(chǎn)中,攪拌時(shí)間一般控制在60s以內(nèi)。為了使絮凝劑在混凝土中充分溶解,水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)范(DL/T5117-2000)對(duì)攪拌時(shí)間做出了如下規(guī)定:攪拌2~3min,停止30s,再攪拌2~3min,反復(fù)3~5次。作者認(rèn)為上述規(guī)定是針對(duì)聚丙烯類絮凝劑配制的水下不分散混凝土,在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中不可能采用如此長(zhǎng)的攪拌時(shí)間;當(dāng)采用其它類型的絮凝劑時(shí),攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。研究手段認(rèn)為:當(dāng)絮凝劑完全溶解以后,混凝土體系粘度趨于穩(wěn)定,混凝土的流動(dòng)性也將基本穩(wěn)定,因此認(rèn)為混凝土流動(dòng)性穩(wěn)定時(shí)的攪拌時(shí)間,即是混凝土所需要的攪拌時(shí)間。 表2對(duì)比了兩種類型的水下不分散混凝土流動(dòng)性隨攪拌時(shí)間變化的情況:

 

表2  攪拌時(shí)間對(duì)水下不分散混凝土流動(dòng)性能的影響

絮凝劑

類型

混凝土塌擴(kuò)度值,㎝

45s

60s

75s

90s

105s

120s

150s

180s

240s

300s

360s

420

I型

——

——

33

35

36

39

42

45

46

47

48

47

II型

41

44

47

47

48

47

48

47

——

——

——

——

 

  從表2可以看出;采用I型絮凝劑配制的混凝土,攪拌時(shí)間在300s,其塌擴(kuò)度值基本趨于穩(wěn)定;II型絮凝劑配制的混凝土,攪拌時(shí)間在75s時(shí),塌擴(kuò)度值基本趨于穩(wěn)定。從攪拌時(shí)間來(lái)看,II型絮凝劑配制的混凝土在生產(chǎn)效率上比I型絮凝劑配制的混凝土要高出一倍以上。

  繼續(xù)對(duì)不同攪拌時(shí)間下的水下不分散混凝土體系的抗分散性進(jìn)行研究,結(jié)果見(jiàn)表3:

 

表3  攪拌時(shí)間對(duì)水下不分散混凝土抗分散性能的影響

絮凝劑

類型

自由落下時(shí)混凝土環(huán)境水的pH值

45s

60s

75s

90s

105s

120s

150s

180s

240s

300s

360s

420s

I型

12

11

9.5

9.5

9

II型

8.5

8.5

8.5

8.5

8

8.5

——

——

——

——

 

  從表3可以看出,I型絮凝劑配制的混凝土,攪拌時(shí)間在240s時(shí)抗分散性基本上穩(wěn)定;II型絮凝劑配制的混凝土,攪拌時(shí)間在75s時(shí)抗分散性能基本趨于穩(wěn)定。

  綜合表2表3數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)流動(dòng)性穩(wěn)定時(shí),抗分散性能同樣穩(wěn)定。II型絮凝劑配制的混凝土需攪拌75s以上,I型絮凝劑配制的混凝土需攪拌300s以上。

3.2.2抗分散性能比較

  對(duì)水下不分散混凝土抗分散性能的測(cè)定方法有水泥流失率、懸濁物含量、以及pH值,但在實(shí)際的工程應(yīng)用中,關(guān)心的大多是混凝土水下水下施工時(shí)所能獲得的強(qiáng)度,以及所需要配制混凝土的陸上強(qiáng)度,因此忽略上述三項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定,直接測(cè)定反映水下不分散混凝土力學(xué)性能的抗分散性能指標(biāo)水陸強(qiáng)度比。

表4  不同類型的絮凝劑配制的水下不分散混凝土水陸強(qiáng)度比

絮凝劑

類型

7d強(qiáng)度,MPa

28d強(qiáng)度,MPa

水陸強(qiáng)度比,%

水下

陸上

水下

陸上

7d

28d

I型

15.6

25.6

21.5

27.2

61

72

II型

22.8

31.7

31.3

36.8

79

85

 

  從表4可以看出,II型絮凝劑配制的水下不分散混凝土7d水陸強(qiáng)度比達(dá)到0.79,28天水路強(qiáng)度比達(dá)到0.85,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于I型絮凝劑配制的水下不分散混凝土的0.61和0.72 。

3.2.3流動(dòng)性損失比較

  普通混凝土對(duì)混凝土流動(dòng)性損失的規(guī)定主要是為了滿足施工機(jī)具(主要是混凝土泵)的要求,而水下不分散混凝土則是為了保證水下施工時(shí)的混凝土質(zhì)量要求。水下混凝土施工時(shí)無(wú)法振搗,完全靠自身的流動(dòng)性能完成填充和密實(shí),這要求水下不分散混凝土具有良好的流動(dòng)性能、填充性能以及流動(dòng)性保持性能。聚丙烯類水下不分散混凝土的流動(dòng)性損失呈現(xiàn)出和普通混凝土迥然不同的特性,即采用攪拌車加泵施工時(shí)其流動(dòng)性能1h基本無(wú)損失,一旦靜停,流動(dòng)性迅速失去,只有重新增加強(qiáng)力機(jī)械攪拌才能恢復(fù)。這種性能嚴(yán)重限制了施工機(jī)具的選擇。首先采用了泵送劑對(duì)流動(dòng)性損失的測(cè)定方法進(jìn)行了比較,結(jié)果見(jiàn)表5:

 

表5  不同類型的絮凝劑配制的水下不分散混凝土流動(dòng)性靜態(tài)損失

絮凝劑類型

塌擴(kuò)度,cm

初始

0.5h

1h

1.5h

2.0h

I

46×48

無(wú)流動(dòng)性

無(wú)流動(dòng)性

無(wú)流動(dòng)性

無(wú)流動(dòng)性

II

47×49

46×49

48×48

47×48

45×46

 

  表5可以看出,采用泵送劑標(biāo)準(zhǔn)(認(rèn)為是在靜停狀態(tài)下)測(cè)定流動(dòng)性損失時(shí),I型水下不分散混凝土損失太快,II型水下不分散混凝土2h以內(nèi)還能保持45cm以上的塌擴(kuò)度。

  模擬混凝土泵車進(jìn)行動(dòng)態(tài)攪拌,流動(dòng)性損失見(jiàn)表6:

 

表6 不同類型的絮凝劑配制的水下不分散混凝土流動(dòng)性動(dòng)態(tài)損失

絮凝劑類型

塌擴(kuò)度,cm

初始

0.5h

1h

1.5h

2.0h

I

46×48

47×47

46×47

43×45

41×42

II

47×49

46×49

48×48

47×48

46×47

 

  表65可以看出,在動(dòng)態(tài)情況下,I型絮凝劑配制的水下不分散混凝土1h流動(dòng)性無(wú)損失,II型絮凝劑配制的水下不分散混凝土2h流動(dòng)性基本無(wú)損失。

  通過(guò)對(duì)流動(dòng)性損失的研究,認(rèn)為I型絮凝劑適用于攪拌車加泵送工藝,要求施工連續(xù)作業(yè),混凝土最要不要產(chǎn)生靜停狀態(tài),而II型絮凝劑由于流動(dòng)性靜?;騽?dòng)態(tài)的損失都很小,可以適用于各種工藝。

3.2.4膠凝材料用量比較

  采用了不同的膠凝材料用量進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn),結(jié)果如下表7:

 

表7  不同的膠結(jié)料用量水下不分散混凝土物理力學(xué)性能(聚丙烯類)

序號(hào)

膠結(jié)料量kg/m3

水下強(qiáng)度(MPa)

水上強(qiáng)度(MPa)

水陸強(qiáng)度比

W/C

R7

R28

R7

R28

7天

28天

C1

400

13.6

19.7

23.4

28.1

0.58

0.70

0.60

C2

430

14.7

22.0

23.7

30.1

0.62

0.73

0.58

C3

450

15.6

22.3

25.2

31.0

0.62

0.72

0.54

C4

480

17.0

25.5

27.0

34.5

0.63

0.74

0.50

 

表8不同的膠結(jié)料用量水下不分散混凝土物理力學(xué)性能(多糖類)

序號(hào)

膠結(jié)料量kg/m3

水下強(qiáng)度(MPa)

水上強(qiáng)度(MPa)

水陸強(qiáng)度比

 

W/C

R7

R28

R7

R28

7天

28天

D1

400

18.0

27.8

23.1

31.6

0.78

0.88

0.53

D2

430

21.5

32.0

27.2

36.8

0.79

0.87

0.49

D3

450

23.4

33.5

27.9

37.2

0.84

0.90

0.48

D4

480

23.6

36.1

28.4

41.0

0.83

0.88

0.47

 

  從表7和表8可以看出,膠凝材料在400~480kg/m3 變化時(shí),采用聚丙烯絮凝劑配制的水下不分散混凝土28d水下強(qiáng)度在19.7~25.5 MPa,而采用多糖類絮凝劑配制的水下不分散混凝土強(qiáng)度在27.8~36.1 MPa,強(qiáng)度提高明顯。提高的原因在于水灰比的降低以及水路強(qiáng)度比的提高。

  從對(duì)比試驗(yàn)可以看出,多糖類絮凝劑配制的水下不分散混凝土在減少拌合時(shí)間、降低流動(dòng)性損失、提高水陸強(qiáng)度比、減少單方混凝土膠凝材料用量等性能方面,明顯優(yōu)于聚丙烯類絮凝劑。

4、結(jié)語(yǔ)

  綜上所述,多糖類絮凝劑具有更好的施工性能,特別在攪拌時(shí)間、流動(dòng)性損失、水陸強(qiáng)度比、膠凝材料用量等指標(biāo)方面明顯優(yōu)于聚丙烯類絮凝劑,多糖類絮凝劑混凝土具有如下的性能:

  1)、正常摻量可控制在2.0%~3.0%范圍。

  2)配制的水下不分散混凝土攪拌時(shí)間控制75s即可滿足要求;其塌擴(kuò)度能保持2h基本不損失。

  3)、抗分散性能明顯提高,28d水陸強(qiáng)度比可達(dá)到85%以上。

  4)在水泥用量400~480kg/m3之間時(shí)即可滿足20~30MPa的水下混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

 
 
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