高保坍高強(qiáng)水下不分散混凝土在船臺(tái)滑道工程中的應(yīng)用

陳國(guó)新,劉立中，劉杳華，盧安琪，祝燁然

（1. 南京水利科學(xué)研究院瑞迪高新技術(shù)公司，江蘇 南京 210024；2. 中交第二航務(wù)工程四分公司，安徽 蕪湖 241000 )

高保坍高強(qiáng)水下不分散混凝土在船臺(tái)滑道工程中的應(yīng)用

陳國(guó)新1,劉立中2，劉杳華2，盧安琪1，祝燁然1

（1. 南京水利科學(xué)研究院瑞迪高新技術(shù)公司，江蘇 南京 210024；2. 中交第二航務(wù)工程四分公司，安徽 蕪湖 241000 )

本文通過(guò)各種外加劑的選型及配比優(yōu)化，研制出的一種高保坍型混凝土水下不分散劑，通過(guò)配合比優(yōu)化試驗(yàn)，可設(shè)計(jì)出一種強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C40以上，2 h后坍?dāng)U度仍大于50cm，流速小于15s，自密實(shí)、自流平的水下不分散混凝土，該種高保坍高強(qiáng)水下不分散混凝土在蕪湖江東船廠3萬(wàn)噸級(jí)船臺(tái)滑道的施工中得到了成功應(yīng)用。

高強(qiáng)混凝土；水下不分散；高保坍；自密實(shí)；應(yīng)用

0 引言

水下直接澆筑混凝土可省去為創(chuàng)造干地施工條件所必須的圍堰、基礎(chǔ)防滲和基坑排水工程的工期和費(fèi)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(qiáng)度低，而水下不分散混凝土具有自流平、自密實(shí)、免振搗的性能而可簡(jiǎn)化水下工程的施工工藝，因此研制和應(yīng)用水下不分散混凝土已成為水下混凝土的發(fā)展方向[1-4]。但由于水下不分散混凝土中不分散劑的絮凝作用，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度損失大、工作性差，從而限制了水下不分散混凝土的進(jìn)一步推廣使用[5]。

南京瑞迪高新技術(shù)公司在原有技術(shù)基礎(chǔ)上[6]，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，研制出具有坍?dāng)U度保持性能好、強(qiáng)度損失低、抗分散性能好等優(yōu)點(diǎn)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(wàn)噸級(jí)船臺(tái)滑道工程中得到了成功應(yīng)用。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)用水泥為蕪湖白馬山水泥有限公司生產(chǎn)的海螺P·O 42.5水泥；礦粉采用馬鋼嘉華S95級(jí)礦粉；粉煤灰為馬鞍山萬(wàn)能達(dá)電廠Ⅰ級(jí)灰；砂為河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；碎石采用5 ～25mm連續(xù)級(jí)配；HLC-Ⅳ（H）混凝土水下不分散劑為南京瑞迪高新技術(shù)公司采用進(jìn)口生物多聚糖進(jìn)行改性的新一代水下不分散劑，可用于制備C40以上的高保坍高強(qiáng)水下混凝土。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 拌和物流動(dòng)性試驗(yàn)

砂漿流動(dòng)性試驗(yàn)參考JTJ270-98《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》 附錄A.13條灌漿用新拌水泥 （砂）漿流動(dòng)度試驗(yàn) （流動(dòng)錐法）方法進(jìn)行，即測(cè)試1725ml漿料在漏斗中流過(guò)漏斗出口（直徑為13mm）所需時(shí)間?；炷涟韬衔锏奶涠劝凑誈BJ80-85標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，在進(jìn)行坍落度試驗(yàn)的同時(shí)測(cè)定拌合物的坍?dāng)U度(取兩相互垂直方向的擴(kuò)展度值的平均值)。流速測(cè)定采用倒坍落度筒流出時(shí)間，具體過(guò)程如下：倒立坍落度筒于離地面一定高度的支架平面上，分兩次向其中加入混凝土拌合物，每次裝1/2高度，并插搗25次，抹平。將坍落度筒移離地面，使拌合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(shí)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(yàn)(pH值法)

在1000mL燒杯中加入800mL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3min后，用酸度計(jì)測(cè)定水的pH值，評(píng)價(jià)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/T5117-2000《水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，將試模置于水箱中，水面與試模上部高差500mm，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(cè)排水，放入水中養(yǎng)護(hù)，在達(dá)到預(yù)定齡期時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。陸上試件成型時(shí)試模放在空氣中，其余同水下試件的成型方法?；炷敛捎?50mm×150mm ×150mm立方試模，砂漿采用70.7mm×70.7mm×70.7mm立方試模。

2 高保坍高強(qiáng)水下不分散混凝土的制備

2.1 水下不分散混凝土的配合比確定

表1 水下不分散混凝土配合比

水下不分散混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求為C40，2 h坍?dāng)U度要求大于50cm，流速小于15 s，為此需要對(duì)混凝土配合比開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要調(diào)整參數(shù)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(jù)水下不分散混凝土的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)，確定的混凝土配合比如表1。

2.2 水下不分散混凝土的性能

2.2.1 新拌混凝土性能

新拌水下不分散混凝土的流動(dòng)性及經(jīng)時(shí)損失通過(guò)不同時(shí)間的坍?dāng)U度及流速來(lái)表征，抗分散性能則采用pH值法，結(jié)果見(jiàn)表2。

結(jié)果表明，基準(zhǔn)混凝土過(guò)水后的pH值高達(dá)12.5，可見(jiàn)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(shuō)明其抗分散性能良好；基準(zhǔn)混凝土的坍?dāng)U度雖然初始和水下不分散混凝土相差不大，但損失很大，2h后就完全沒(méi)有流動(dòng)性，而水下不分散混凝土初始坍?dāng)U度大于50cm，2h后不但沒(méi)有損失，還略有增大；從流速反映就更明顯，基準(zhǔn)混凝土2h后流不動(dòng)，而水下不分散混凝土流速更小，僅有7.5s，完全能夠達(dá)到自流平、自密實(shí)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(zhǔn)混凝土的2.3%下降至0.1%。

表2 水下不分散混凝土拌合物性能試驗(yàn)

2.2.2 硬化混凝土性能

主要測(cè)定混凝土的抗壓強(qiáng)度、水陸強(qiáng)度比及抗沖磨強(qiáng)度。抗沖磨強(qiáng)度采用水下成型試件，根據(jù)SL352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》 采用水下鋼球法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的試件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水下不分散混凝土硬化性能試驗(yàn)

由表3結(jié)果可知，基準(zhǔn)混凝土雖然陸上強(qiáng)度要略高于水下不分散混凝土，7d水陸強(qiáng)度比僅為16%，28d水陸強(qiáng)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(yè)的要求；而摻加水下不分散劑HLC-Ⅳ（H）后，28d陸上強(qiáng)度為53.6MPa，雖略有下降，但水陸強(qiáng)度比高達(dá)93%，28d水下強(qiáng)度仍可滿足C40混凝土的要求；混凝土的抗沖磨強(qiáng)度也達(dá)到2.08h·(kg·m-2)-1，遠(yuǎn)高于基準(zhǔn)混凝土，能夠達(dá)到一般的抗沖磨混凝土要求。

3 工程應(yīng)用

長(zhǎng)航集團(tuán)江東船廠3萬(wàn)噸級(jí)船臺(tái)滑道技術(shù)改造工程,位于蕪湖江東船廠內(nèi)。其船臺(tái)滑道采用帶有閘門的縱向傾斜船臺(tái)滑道形式，坡度1∶20，總長(zhǎng)326m，其中船臺(tái)長(zhǎng)207m、寬39m，底端設(shè)有擋水閘門；滑道長(zhǎng)323m，以閘門為界，分為116m長(zhǎng)的水下段和207m長(zhǎng)的陸上段，兩條軌道中心間距9m。水下滑道采用φ1000、φ1500、φ1800mm鉆孔灌注樁及φ1000mm鋼管樁，1#～23#排架水下滑道采用預(yù)制安裝橫梁、滑道梁結(jié)構(gòu)，安裝完成后，澆筑水下不分散混凝土，連接成整體。整個(gè)工程設(shè)計(jì)共有46個(gè)水下節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)鋼護(hù)筒內(nèi)共需澆筑水下不分散混凝土約600m3，水下不分散混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求為C40，2h坍?dāng)U度要求大于50cm，流速小于15s（倒坍落度筒法）。

由于施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制，采用的施工辦法是商品混凝土攪拌車送至工程現(xiàn)場(chǎng)，放料至挖掘機(jī)抓斗中后移至岸邊的吊罐中，然后用船吊吊至江中施工點(diǎn)上方的料斗中，最后通過(guò)導(dǎo)管靠自重澆筑到施工節(jié)點(diǎn)處。工地外圍攪拌車運(yùn)輸路線由于道路施工，運(yùn)輸時(shí)間沒(méi)有保障，施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土的兩次轉(zhuǎn)移過(guò)程也需要近1h，因此混凝土從出倉(cāng)到澆筑完畢整個(gè)過(guò)程需要2h甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

整個(gè)施工持續(xù)6天，未發(fā)生堵管或離析現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣檢測(cè)表明，混凝土密實(shí)、表面光滑、骨料分布均勻；混凝土平均強(qiáng)度為51.6MPa，高于試驗(yàn)室試配強(qiáng)度，滿足了施工設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

（1）水下不分散劑HLC-Ⅳ（H）具有流動(dòng)性經(jīng)時(shí)無(wú)損失、強(qiáng)度損失小、抗分散性能好等特點(diǎn)，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(shí)，無(wú)泌水現(xiàn)象。硬化水下不分散混凝土強(qiáng)度高，抗沖磨性能好。

（3）在船臺(tái)滑道工程中的應(yīng)用表明，利用水下不分散劑HLC-Ⅳ（H）配制的高保坍高強(qiáng)水下不分散混凝土性能優(yōu)良，能滿足特殊作業(yè)條件下水下混凝土的施工要求。

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陳國(guó)新(1972-)，男，江蘇無(wú)錫人，博士研究生，高級(jí)工程師，主要從事水工混凝土及外加劑的研究開(kāi)發(fā)。

[單位地址]南京市虎踞關(guān)34號(hào)南京水利科學(xué)研究院瑞迪公司(210024)