摻HF-I早強(qiáng)型絮凝劑的水下不分散混凝土應(yīng)用研究

唐軍務(wù)，張琦彬，劉玉振

（1.解放軍后勤工程學(xué)院，重慶401311；2.海軍工程大學(xué)勤務(wù)學(xué)院，天津300450；3.海軍北海艦隊(duì)后勤部，山東青島664050）

摻HF-I早強(qiáng)型絮凝劑的水下不分散混凝土應(yīng)用研究

唐軍務(wù)1，張琦彬2，劉玉振3

（1.解放軍后勤工程學(xué)院，重慶401311；2.海軍工程大學(xué)勤務(wù)學(xué)院，天津300450；3.海軍北海艦隊(duì)后勤部，山東青島664050）

在HF-I早強(qiáng)型絮凝劑性能試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同品牌普通水泥的適應(yīng)性研究，并結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行早強(qiáng)型絮凝劑和普通水泥配制早強(qiáng)水下不分散混凝土的應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)果表明摻加早強(qiáng)型絮凝劑后可有效解決混凝土水下分散問(wèn)題，顯著增加早期強(qiáng)度，提高施工效率。

早強(qiáng)型絮凝劑；水下不分散混凝土；試驗(yàn)

0 引言

目前用于早強(qiáng)水下不分散混凝土的水泥多采用硫鋁等快凝快硬水泥，由于該類(lèi)水泥生產(chǎn)廠(chǎng)家較少，分布不均。在實(shí)際搶修搶建工程中，作為膠凝材料的快凝快硬水泥單方用量較大（一般在500 kg/m3以上），幾百m3的搶修搶建工程需求量就得上百t，應(yīng)用受到采購(gòu)、運(yùn)輸?shù)认拗?，又由于該?lèi)材料儲(chǔ)存期短，長(zhǎng)期預(yù)置存儲(chǔ)也不現(xiàn)實(shí)，所以希望通過(guò)采用當(dāng)?shù)乜纱罅坎少?gòu)的普通水泥作為基礎(chǔ)膠凝材料，解決采購(gòu)、運(yùn)輸和存儲(chǔ)等難題。但是，當(dāng)采用普通硅酸鹽水泥配制水下不分散混凝土?xí)r，凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，完全不能滿(mǎn)足搶修搶建工程的需求。

基于此，研究開(kāi)發(fā)了適應(yīng)于普通水泥的HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑，使之能夠調(diào)整凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，達(dá)到搶修搶建要求。海軍旅順東港碼頭大修工程及古鎮(zhèn)口港東防波堤沉箱基礎(chǔ)修復(fù)均采用此材料生產(chǎn)早強(qiáng)水下不分散混凝土，取得了良好效果。

1 試驗(yàn)用材料

1.1 水泥

室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用水泥品種為大連小野田、冀東盾石、大連水泥廠(chǎng)海鷗和山東山水P·O42.5級(jí)水泥，性能指標(biāo)均符合水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 絮凝劑

試驗(yàn)采用了HF-Ⅰ早強(qiáng)型水下不分散混凝土

絮凝劑，該絮凝劑是由礦物調(diào)凝劑、聚糖類(lèi)高分子和聚羧酸高分子為主劑，同時(shí)摻加分散劑、增強(qiáng)劑和氣泡穩(wěn)定劑等功能性助劑混合而成的粉體材料，建議內(nèi)摻，基準(zhǔn)摻量為水泥重量的10%。

1.3 骨料

室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)用的砂石技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1和表2，古鎮(zhèn)口現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用石子為5～31.5 mm連續(xù)級(jí)配，砂為中砂，目測(cè)質(zhì)量較好，具體指標(biāo)未測(cè)。

表1 砂石顆粒級(jí)配Table1 The grain composition ofgravel

表2 砂石物理性能指標(biāo)Table2 Physicalperformance of gravel

1.4 水

室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用均為當(dāng)?shù)刈詠?lái)水。

2 室內(nèi)試驗(yàn)研究

2.1 早強(qiáng)型絮凝劑性能測(cè)試

針對(duì)研究單位提供的早強(qiáng)型絮凝劑性能技術(shù)指標(biāo)要求，參照其使用說(shuō)明，依據(jù)DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程》測(cè)試方法[1]，對(duì)早強(qiáng)型絮凝劑進(jìn)行了性能測(cè)試，絮凝劑摻量為內(nèi)摻10%，混凝土配比和實(shí)測(cè)值見(jiàn)表3和表4。從測(cè)試結(jié)果看，該早強(qiáng)型絮凝劑的抗水分散性能力較強(qiáng)，懸濁物含量和pH值結(jié)果遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求，早強(qiáng)特性明顯，普通絮凝劑配制水下混凝土1 d強(qiáng)度較低，而采用早強(qiáng)型絮凝劑后1 d強(qiáng)度達(dá)14 MPa以上，同時(shí)水陸抗壓強(qiáng)度比也較高，這對(duì)保證水下混凝土質(zhì)量極有利。

表3 混凝土配比Table3 Concrete mix

表4 HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑技術(shù)指標(biāo)Table4 Technicalindicator of HF-I early strength flocculant

2.2 不同品牌水泥適應(yīng)性研究

為明確HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑與不同品牌水泥的適應(yīng)性，試驗(yàn)選用了不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的水泥，主要有：大連小野田、冀東盾石和山東山水產(chǎn)的P·O42.5水泥。通過(guò)測(cè)定對(duì)比凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的變化，以研究早強(qiáng)型絮凝劑對(duì)不同品牌水泥的適應(yīng)性。

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 不同品牌水泥摻加HF-I早強(qiáng)型絮凝劑的性能Table5 The performances ofdifferentbrands of cementmixed with HF-I early strength flocculant

從表5可以看出，HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑與不同牌號(hào)的普通水泥均有較好的適應(yīng)性，1 h坍?dāng)U度損失在50 mm左右，均能夠保持在400 mm以上，有足夠長(zhǎng)的初凝時(shí)間滿(mǎn)足施工要求，終凝時(shí)間較短，最長(zhǎng)不足10 h，在相同的HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑摻量下，其強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間有一定差別，原因在于不同水泥其熟料含量和礦物成分有差異。各配比1 d水下強(qiáng)度最低在15.3 MPa，早強(qiáng)效果明顯，1 d水陸抗壓強(qiáng)度比值均能達(dá)到75%以上，隨著齡期增長(zhǎng)，水陸強(qiáng)度比值進(jìn)一步增加，3 d和28 d達(dá)到85%左右。由此可見(jiàn)，不同品牌普通水泥摻加HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑拌制水下不分散混凝土均能夠顯著縮短凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度[2-4]。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究

3.1 工程概況

旅順東港碼頭為重力式碼頭，歷時(shí)已上百年，具有一定歷史價(jià)值，維修設(shè)計(jì)采用碼頭前沿面前移方案，水下鉆孔灌注樁，樁頂套埋鋼筋混凝土槽，在槽中架設(shè)預(yù)制花崗巖鑲面大板，用錨桿與后方錨拉固定，在大板與原碼頭間灌注混凝土，水下部分原設(shè)計(jì)采用摻加普通絮凝劑的C30水下不分散混凝土，為加快施工進(jìn)度，采用HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑替代普通絮凝劑進(jìn)行水下澆筑試驗(yàn)，共計(jì)200余m3混凝土，混凝土采用攪拌樓攪拌，商品混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，泵送施工。

古鎮(zhèn)口港東防波堤建于70年代末，為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)兼作碼頭靠泊使用，由于年久老化及使用不當(dāng)，兼作碼頭的一沉箱臨港側(cè)前壁出現(xiàn)弧狀外凸現(xiàn)象，與隔艙墻的上部連接已斷開(kāi)，同時(shí)前壁上存在不同寬度的豎向裂縫，已不能滿(mǎn)足使用要求。維修設(shè)計(jì)采用拆除原有胸墻和沉箱，清除倉(cāng)格內(nèi)回填料，水下澆筑C20不分散混凝土作基礎(chǔ)整平，安放中間開(kāi)孔的預(yù)制方塊，孔間插貫通的鋼筋籠，澆筑混凝土形成整體，最后澆胸墻和面層。由于在11月初施工，溫度較低，為加快施工速度，水下基礎(chǔ)澆筑采用HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑配制水下不分散混凝土，滾筒式攪拌機(jī)攪拌，開(kāi)口容器水下澆筑，潛水員水下整平，共計(jì)澆筑70余m3。

3.2 施工配比和拌和制度

3.2.1 施工配比

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的配合比見(jiàn)表6。

表6 現(xiàn)場(chǎng)水下不分散混凝土配合比Table6 Mix proportion ofthe site NDC

3.2.2 拌和制度

課題組在經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)攪拌試驗(yàn)后為混凝土生產(chǎn)單位提供了如圖1所示的拌合制度，混凝土攪拌站經(jīng)試驗(yàn)后完全可行，古鎮(zhèn)口施工現(xiàn)場(chǎng)由于采用滾筒式攪拌機(jī)攪拌，適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，總時(shí)間在180 s以上，保證攪拌均勻。

圖1 早強(qiáng)型水下不分散混凝土拌合制度Fig.1 Mixing system of early strength NDC

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

旅順東港現(xiàn)場(chǎng)將HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑運(yùn)到攪拌站堆放近6個(gè)月后才使用，水下不分散混凝土在攪拌站生產(chǎn)后，由商品混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送至工地，運(yùn)輸時(shí)間大約40 min，由混凝土泵車(chē)泵送施工。從現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程看，混凝土澆筑過(guò)程順利。早強(qiáng)型水下不分散混凝土設(shè)計(jì)要求坍落度大于200 mm，擴(kuò)展度大于450 mm，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，攪拌機(jī)出口的坍落度達(dá)230 mm，擴(kuò)展度達(dá)520 mm，經(jīng)40 min運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)入泵車(chē)前的坍落度為203 mm，擴(kuò)展度達(dá)480 mm，無(wú)泌水、離析現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)取混凝土樣品放入水中觀測(cè)其抗分散性，無(wú)渾濁現(xiàn)象，說(shuō)明抗分散性效果良好。現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)采用150 mm邊長(zhǎng)立方體試件，水中成型，混凝土試件的養(yǎng)護(hù)采取同條件養(yǎng)護(hù)。經(jīng)過(guò)檢測(cè)水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度1 d達(dá)到15.8 MPa，3 d達(dá)到29.0 MPa，28 d達(dá)到40.6 MPa?；炷翉?qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以看出，早強(qiáng)型水下不分散混凝土具有較高的早期強(qiáng)度，其3 d強(qiáng)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，28 d強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的135%。

古鎮(zhèn)口港早強(qiáng)型水下不分散混凝土采用滾筒式攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)攪拌，倒入開(kāi)口吊斗后由吊機(jī)吊入水下進(jìn)行澆筑，現(xiàn)場(chǎng)將吊斗裝滿(mǎn)混凝土后沉入水下12 m處?kù)o置2 min再提出水面，發(fā)現(xiàn)水泥漿包裹骨料良好，吊斗內(nèi)蓄水清澈，無(wú)流漿現(xiàn)象，說(shuō)明抗分散性良好。潛水員1 d后下水探摸表面無(wú)浮漿，混凝土已完全硬化有強(qiáng)度，陸上測(cè)試3 d留樣強(qiáng)度已達(dá)23 MPa，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1）HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑抗分散性能突出，水陸強(qiáng)度比高，與不同品牌普通水泥均有較好的適應(yīng)性，拌和物的物理力學(xué)性能差別不大。

2）摻加HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑后可顯著提高早期強(qiáng)度，1 d水下強(qiáng)度達(dá)到10 MPa以上，可進(jìn)行水下連續(xù)施工，提高施工效率。

3）HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑能滿(mǎn)足不同攪拌和施工方式，并可長(zhǎng)距離運(yùn)輸和泵送，適用不同工程需求。

4）HF-Ⅰ早強(qiáng)型絮凝劑具有較長(zhǎng)的存貯期，可達(dá)0.5 a以上。

[1]DL/T 5117—2000，水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S]. DL/T 5117—2000,Test code on non-dispersible underwater concrete[S].

[2]林鮮，陳凌華，周偉，等.UWBⅡ型水下不分散混凝土絮凝劑的性能研究[J].混凝土，2006（4）：52-53. LINXian,CHENLing-hua,ZHOUWei,etal.Properties of UWBⅡanti-washoutadmixtures of under water concrete[J].Concrete, 2006(4):52-53.

[3]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(xué)報(bào)，2006，9（3）：279-284. SUN Zhen-ping,JIANG Zheng-wu,WU Hui-hua.Study on the properties of underwater anti-washout concrete[J].Journal of Building Materials,2006,9(3):279-284.

[4]曹明峰，王洪剛，劉新波.人工砂配制水下不分散混凝土的研究及工程應(yīng)用[J].商品混凝土，2014（8）：65-67. CAO Ming-feng,WANG Hong-gang,LIU Xin-bo.Research and engineering application on the concrete ofunderwater non-dispersion with artificialsand[J].Ready-mixed concrete,2014(8):65-67.

Application study on NDC mixed with HF-I early strength flocculant

TANG Jun-wu1,ZHANG Qi-bin2,LIU Yu-zhen3
（1.Logistic Engineering University ofPLA,Chongqing 401311,China；2.Logistics College of Naval Engineering University, Tianjin 300450,China；3.Navy′s North Sea FleetLogistics Department,Qingdao,Shandong 664050,China）

Based on the experimentalstudy on the performance of HF-Iearly strength flocculant,we carried adaptive study on different brands of ordinary cement,performed application study on early strength NDC mixed with early strength flocculant and ordinary cement.The results show that ordinary cement mixed with HF-I early strength flocculant can effectively release underwater concrete dispersion,improve early strength and construction efficiency.

early strength flocculant;NDC;experiment

U654

A

2095-7874（2015）12-0046-04

10.7640/zggwjs201512011

2015-08-31

唐軍務(wù)（1971—），男，江蘇句容人，博士，教授，碩導(dǎo)，主要研究方向?yàn)楦劭诨炷两Y(jié)構(gòu)耐久性與維護(hù)。E-mail：13502011354@163.com