水下不分散混凝土的制備及其性能檢測

譚建湘，王偉

（華新水泥股份有限公司，湖北 武漢 430080）

0 前言

隨著水下工程越來越多，水下不分散混凝土應(yīng)用越來越廣泛，作為一種新型建筑材料，其組成材料與普通混凝土類似，主要區(qū)別是在混凝土中加入了抗分散劑，混凝土拌合物的黏稠度提高，使得混凝土在水中澆筑時(shí)水泥不流失，混凝土也不離析，同時(shí)能夠自流平、自密實(shí)，能克服普通混凝土在水下施工時(shí)不能克服的缺陷。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)用原料

（1）水泥：華新黃石 P·O42.5 水泥，3d 強(qiáng)度27.8MPa，28d 強(qiáng)度 51.3MPa。

（2）粉煤灰：陽邏Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度 18%，燒失量 3.4%。

（3）河砂：細(xì)度模數(shù) 2.7，含泥量 2.2%，表觀密度 2637kg/m3。

（4）碎石：5～31.5mm 連續(xù)顆粒級配。

（5）外加劑：西卡 3301C 聚羧酸混凝土減水劑。

（6）絮凝劑：UWB-II。

（7）拌合用水：飲用水。

1.2 試驗(yàn)方案

水下不分散混凝土配合比依 JGJ 55—2011《混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[1]進(jìn)行設(shè)計(jì)，試驗(yàn)配合比見表 1。

表1 試驗(yàn)配合比k g/m3

1.3 水下不分散混凝土試件制備

1.3.1 試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn) DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[2]，混凝土的制備按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[3]進(jìn)行；混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法按照 GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]進(jìn)行。

1.3.2 水下不分散混凝土的攪拌

參照表 1 試驗(yàn)配合比，將稱量好的原材料投入攪拌機(jī)中，開動(dòng)攪拌機(jī) 2～3min，停止 30s；再攪拌2～3min，反復(fù) 3～5 次，將混凝土攪拌均勻。將拌好的混凝土倒在鋼板上，刮出粘附在攪拌筒體內(nèi)的拌合物后，再人工翻拌 2～3 次使之均勻。

1.3.3 水下不分散混凝土的成型方法

水箱：高度 450mm，內(nèi)注自來水，水溫為 (20±3)℃。將水下成型用的試模置于水箱中，將水加至試模上限 150mm 處，用手鏟將攪拌好的水下不分散混凝土拌合物從水面處向水中落下澆入試模中，投料應(yīng)連續(xù)操作，料量應(yīng)超出試模表面，將試模從水中取出，靜置 5～10min，使混凝土自流平、自密實(shí)而達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，用木錘輕敲擊試模兩側(cè)面促進(jìn)排水，然后將其放回水中，初凝之前用抹刀抹平，放置 2d 后拆模，在水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到齡期進(jìn)行測試。

1.4 新拌水下不分散混凝土性能試驗(yàn)方法

1.4.1 水泥流失量

在一長方形玻璃水槽里，放入成型試模，水槽裝水至高度 500mm，拌制 6kg 水下不分散混凝土，從水面自由落下倒入水中的試模中，使之全部進(jìn)入水下試模，不得灑漏，靜置 5min。將試模從水中提起，排掉混凝土上面積留的水，稱其重量。重復(fù)進(jìn)行上述操作三次，取各次平均值 ，精確到 0.1%。

1.4.2 坍落度和坍?dāng)U度試驗(yàn)

拌制水下不分散混凝土拌合物 6kg，將坍落度筒用濕布擦凈，置于水平放置的鋼板上，將試樣分三層裝入，每次裝入量基本相同。向坍落度筒中裝入混凝土的時(shí)間從開始到結(jié)束不得超過 3min，每一層試樣搗棒插搗 25 次，在搗實(shí)各層時(shí)，搗棒的下端要插入到下一層表面以下 1～2cm 處，最底層的插搗應(yīng)穿透該層。

將裝在坍落度筒中的混凝土表面抹平后，立即將坍落度筒輕輕地垂直提起，并放置于試樣旁邊，用鋼尺量出試樣頂部中心點(diǎn)與坍落度筒的高度之差，即為坍落度值。然后立即再量出試驗(yàn)混凝土相互垂直的兩個(gè)直徑值，取其平均值即為坍?dāng)U度值，精確至 5mm。

1.4.3 凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

拌制混凝土拌合物 6kg，通過 10mm 篩子取得砂漿并拌合均勻，分別澆入 3 個(gè)砂漿筒。每個(gè)筒內(nèi)均放置尺寸合適但高出筒口 100mm 的塑料袋裝拌合物，輕敲筒壁消除氣泡，使表面平整，砂漿表面要低于筒口約10mm，測定并記錄砂漿的溫度。將砂漿筒編號后放在磅秤上，記錄砂漿筒的總重量作為基數(shù)。砂漿表面用水覆蓋，水面與筒口相平，扎緊袋口。

把砂漿筒置于溫度為 (20±3)℃ 環(huán)境中，不要直接被陽光照射，記錄試驗(yàn)開始時(shí)和結(jié)束時(shí)的環(huán)境溫度。

從混凝土拌合完畢起經(jīng) 2h 開始貫入度測試，測試前吸掉表面水，將測針端部與砂漿表面接觸，按動(dòng)手柄平穩(wěn)加壓，經(jīng) 10s 使測針貫入砂漿深度 25mm，記錄磅秤示值。此值扣除砂漿筒的總重后即為貫入壓力 F，每只砂漿筒每次測 2 個(gè)點(diǎn)，測點(diǎn)間距應(yīng)大于 20mm，每次測定之后，在塑料袋里加水至筒口相平并封緊袋口。

對普通水下不分散混凝土拌合物，隨后每隔 2h 測試一次，如拌合物摻有促凝劑，建議 1h 后開始首次測試，隨后隔 0.5～1h 測試一次，對摻有緩凝劑的混凝土，首次測試時(shí)間推遲至 3～4h。在所有情況下，測試時(shí)間間隔都可以根據(jù)凝結(jié)速度和貫入點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)行調(diào)整。在臨近初凝和終凝時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮短測試時(shí)間間隔，增加測試次數(shù)。如此反復(fù)進(jìn)行，直至貫入阻力大于28.0MPa 為止。

1.4.4 硬化的水下不分散混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法

將拌合好的水下不分散混凝土成型后，試件在(20±3)℃ 的水中養(yǎng)護(hù)至齡期進(jìn)行測試，測試齡期為 7d和 28d，到規(guī)定齡期后將試件從水中取出，用濕布覆蓋防止干燥，盡快測試強(qiáng)度。

試驗(yàn)前將試件表面擦干凈，檢查外觀，有嚴(yán)重缺陷的應(yīng)淘汰。

試件上、下端面的中心對準(zhǔn)上下板的中心，試驗(yàn)機(jī)壓板和試件受壓面要完全吻合。開啟試驗(yàn)機(jī)，控制加荷速度為每秒 0.2～0.3N/mm2，均勻加荷不得沖擊，直至試件破壞，記錄試件破壞荷載值。

1.5 試驗(yàn)結(jié)果與討論

對表 1 三組混凝土進(jìn)行性能檢測，結(jié)果見表 2。

經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果顯示，三種配合比水泥流失量均＜1.5%；坍落度在 30s 和 2min 兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)測試，結(jié)果均在 (230±20)mm 范圍內(nèi)；坍?dāng)U度在 30s 和 2min 兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)測試，結(jié)果均在 (450±20)mm 范圍內(nèi)；終凝時(shí)間均≤30h；7d 水下成型與空氣中成型試件抗壓強(qiáng)度比均＞60%，28d 水下成型與空氣中成型試件抗壓強(qiáng)度比均＞70%。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，和普通混凝土一樣，水下不分散混凝土的水膠比越小，抗壓強(qiáng)度越大；水膠比增大，水下不分散混凝土流動(dòng)性明顯提高。

水下不分散混凝土摻有一定量的絮凝劑，能使混凝土的黏度增大，防止離析，減少水泥流失量。

水下不分散混凝土水灰比越小，其水泥流失量越少，水下抗分散性越好，混凝土的密實(shí)度越高，抗壓強(qiáng)度越高。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)論

使用常規(guī)混凝土原料，并摻入絮凝劑，參照現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可制備出水下不分散混凝土。對本試驗(yàn)所配制的水下不分散混凝土的工作性能和力學(xué)性能進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到要求。