UWB-II型水下不分散混凝土絮凝劑的性能研究

摘要：對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，其攪拌時間為75s，混凝土2h流動性基本無損失，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)計強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：絮凝劑  水下不分散混凝土  攪拌時間  流動性損失  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，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。

　　我國從80年代開始進(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。從以往的國內(nèi)工程應(yīng)用來看，聚丙烯類絮凝劑配制的不分散混凝土因為具有價格上的優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于水利工程建設(shè)，纖維素類絮凝劑因為價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)下流動性恢復(fù)困難，混凝土拌合時間的較長（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。

　　通過更換新型的高分子聚合物體系，并對其進(jìn)行系列性能試驗，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，可以更廣泛的應(yīng)用在各種水利工程領(lǐng)域。

2．主要試驗條件

2.1試驗材料

　　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)級配,含泥量0.4%；

　　外加劑：聚丙烯類絮凝劑（簡稱I型），多糖類絮凝劑（簡稱II型）；

　　水：自來水；

　　試驗采用DL/T5117－2000標(biāo)準(zhǔn)，并參考JC473-92、日本JIS A1112，中國石油集團(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％（對于c%），流動性控制：塌落度大于22㎝，塌擴(kuò)度40～50㎝。

3．試驗結(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絮凝劑摻量對抗分散性的影響

　　通過測定懸濁物含量和環(huán)境水pH 值，來確定其變化規(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，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絮凝劑摻量對流動性的影響

　　對摻量范圍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，流動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，流動性呈下降趨勢。

3.1.3絮凝劑摻量對流動性損失的影響

　　對摻量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

　　從表1以看出，絮凝劑在低摻量時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，2h的流動性基本無損失。

3.1 .4絮凝劑摻量對體系凝結(jié)時間的影響

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

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

　　從以上研究結(jié)果來看，多糖類絮凝劑摻量在2.0~3.0%摻量范圍時，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)行了攪拌時間、抗分散性能、流動性損失的比較，結(jié)果如下：

3.2.1攪拌時間的比較

　　在混凝土生產(chǎn)中，攪拌時間對施工效率有直接影響；在普通混凝土的生產(chǎn)中，攪拌時間一般控制在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規(guī)范（DL/T5117－2000）對攪拌時間做出了如下規(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)定是針對聚丙烯類絮凝劑配制的水下不分散混凝土，在現(xiàn)實生產(chǎn)中不可能采用如此長的攪拌時間；當(dāng)采用其它類型的絮凝劑時，攪拌時間應(yīng)根據(jù)試驗確定。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，混凝土的流動性也將基本穩(wěn)定，因此認(rèn)為混凝土流動性穩(wěn)定時的攪拌時間，即是混凝土所需要的攪拌時間。 表2對比了兩種類型的水下不分散混凝土流動性隨攪拌時間變化的情況：

表2  攪拌時間對水下不分散混凝土流動性能的影響

　　從表2可以看出；采用I型絮凝劑配制的混凝土，攪拌時間在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，攪拌時間在75s時，塌擴(kuò)度值基本趨于穩(wěn)定。從攪拌時間來看，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)對不同攪拌時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)果見表3：

表3  攪拌時間對水下不分散混凝土抗分散性能的影響

　　從表3可以看出，I型絮凝劑配制的混凝土，攪拌時間在240s時抗分散性基本上穩(wěn)定；II型絮凝劑配制的混凝土，攪拌時間在75s時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)流動性穩(wěn)定時，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

　　對水下不分散混凝土抗分散性能的測定方法有水泥流失率、懸濁物含量、以及pH值，但在實際的工程應(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，因此忽略上述三項指標(biāo)的測定，直接測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

　　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流動性損失比較

　　普通混凝土對混凝土流動性損失的規(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的混凝土質(zhì)量要求。水下混凝土施工時無法振搗，完全靠自身的流動性能完成填充和密實，這要求水下不分散混凝土具有良好的流動性能、填充性能以及流動性保持性能。聚丙烯類水下不分散混凝土的流動性損失呈現(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其流動性能1h基本無損失，一旦靜停，流動性迅速失去，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流動性損失的測定方法進(jìn)行了比較，結(jié)果見表5：

表5  不同類型的絮凝劑配制的水下不分散混凝土流動性靜態(tài)損失

　　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）測定流動性損失時，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)行動態(tài)攪拌，流動性損失見表6：

表6 不同類型的絮凝劑配制的水下不分散混凝土流動性動態(tài)損失

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

　　通過對流動性損失的研究，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型絮凝劑由于流動性靜?；騽討B(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，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）

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）

　　從表7和表8可以看出，膠凝材料在400~480kg/m3 變化時，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。

　　從對比試驗可以看出，多糖類絮凝劑配制的水下不分散混凝土在減少拌合時間、降低流動性損失、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

　　綜上所述，多糖類絮凝劑具有更好的施工性能，特別在攪拌時間、流動性損失、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之間時即可滿足20~30MPa的水下混凝土設(shè)計強(qiáng)度要求。