人工砂配制水下不分散混凝土的研究及工程應(yīng)用

曹明峰，王洪剛，劉新波

（勝利油田營海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營 257087）

人工砂配制水下不分散混凝土的研究及工程應(yīng)用

曹明峰，王洪剛，劉新波

（勝利油田營海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營 257087）

用人工砂替代河砂制備水下不分散混凝土，經(jīng)過試驗(yàn)研究及工程實(shí)例應(yīng)用，分析了水下不分散混凝土試配的實(shí)用方案以及今后的發(fā)展方向。

水下不分散混凝土；人工砂；絮凝劑；泵送施工

0 前言

水下澆筑混凝土可省去為創(chuàng)造干地施工條件所必須圍堰等的工程費(fèi)用，進(jìn)行水下混凝土的澆筑的混凝土必須具有良好的絮凝性能，做到混凝土不分散，減少外界水的進(jìn)入，避免混凝土強(qiáng)度的大幅度降低。良好的原材料質(zhì)量是配制水下不分散混凝土的重要條件，尤其是絮凝劑的選擇與細(xì)骨料的質(zhì)量。隨著國內(nèi)水下不分散混凝土的研究和使用的逐步加深，在絮凝劑的研究成果方面已經(jīng)取得較好的成績，本次研究選用中石油天然氣集團(tuán) UWB-II 型絮凝劑，其絮凝劑在國內(nèi)水下不分散混凝土的使用中質(zhì)量可靠。隨著河砂開采的限制，高質(zhì)量河砂嚴(yán)重缺乏，人工砂配制水下不分散混凝土的研究和使用越來越具有實(shí)際意義及緊迫性。

1 關(guān)于人工砂使用存在的問題

人工砂基于人工機(jī)械破碎，在表面光滑度上較河砂差，相對(duì)于河砂配制混凝土流動(dòng)性較差，在水下不分散混凝土的泵送中易產(chǎn)生堵管現(xiàn)象，要改善混凝土的使用性能，就需要進(jìn)行砂率等參數(shù)的調(diào)整，但是在混凝土配比設(shè)計(jì)中，通常認(rèn)為砂率變化易對(duì)混凝土強(qiáng)度造成影響，由于機(jī)制砂的特性，在進(jìn)行水下不分散混凝土的配比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)中，必然要進(jìn)行砂率的較大幅度調(diào)整。

2 工程概況及重點(diǎn)

實(shí)際應(yīng)用工程為勝利油田東營港新服務(wù)交通碼頭，澆筑方式為自卸與泵送共用。設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C25，引氣含量要求 4% 以上，滿足水下免振搗，達(dá)到自密實(shí)效果。自卸方量4300m3，泵送方量 600m3。

由于實(shí)例工程與混凝土廠家距離較遠(yuǎn)，混凝土流動(dòng)性保持對(duì)泵送性能及導(dǎo)管水下輸送具有關(guān)鍵性影響。海水的漲落潮造成混凝土沖刷，尤其在混凝土終凝之前的沖刷會(huì)造成表面保護(hù)層脫落，影響混凝土耐久性；為此，能夠保持混凝土的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸保證流動(dòng)性滿足泵送需求，加快終凝用于保護(hù)混凝土免受沖刷，將直接影響混凝土的使用與質(zhì)量。

3 試驗(yàn)方案制定

3.1 砂率變化對(duì)強(qiáng)度的影響

根據(jù)砂率變化制定對(duì)比實(shí)驗(yàn)，配料方案見表1。試驗(yàn)結(jié)果及分析見表2。

表1 對(duì)比試驗(yàn)內(nèi)容

表2 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看到，水上試驗(yàn)成型與水下試驗(yàn)成型強(qiáng)度與砂率變化關(guān)系不明顯，是由于在較低強(qiáng)度混凝土中，由于水泥漿本身具有較高的強(qiáng)度，在同一水灰比的情況下，導(dǎo)致砂率變化對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響較小[1]，所以在本次試驗(yàn)中可以通過較大范圍的調(diào)整砂率以滿足混凝土性能要求，并做到水下強(qiáng)度與水上強(qiáng)度比滿足：7d 大于 0.6；28d 大于 0.7[2]；混凝土含氣量穩(wěn)定。

3.2 混凝土流動(dòng)性保持與凝結(jié)時(shí)間的解決

混凝土流動(dòng)性要滿足 2h 內(nèi)坍落度損失小于 20mm，擴(kuò)展度損失小于 20mm，和易性良好為最佳；水上初凝時(shí)間控制在 6h 以上，避免不可預(yù)知故障造成長時(shí)間未進(jìn)行卸料，混凝土初凝，造成攪拌車運(yùn)輸?shù)某杀具^高；為滿足海水漲落潮，水下澆筑后終凝控制在 12h 以內(nèi)，在保護(hù)混凝土與水結(jié)合面的同時(shí)，也可以應(yīng)用于自卸類型工程的澆筑；滿足以上條件的情況下可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸施工，加大商品性水下不分散混凝土用于遠(yuǎn)距離工程的可行性。

（1）采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行礦物摻合料的調(diào)整配料方案，見表3。

表3 礦物摻合料對(duì)比試驗(yàn)內(nèi)容

（2）礦物摻合料變化對(duì)流動(dòng)性變化與凝結(jié)時(shí)間的影響結(jié)果與分析，見表4 與表5。

表4 礦物摻合料使用對(duì)流動(dòng)性變化試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表4 的結(jié)果顯示：礦粉的摻加對(duì)混凝土流動(dòng)性變化影響較小，可以滿足使用要求；粉煤灰對(duì)混凝土流動(dòng)性變化影響較大，不適合在水下不分散混凝土中使用，并且在入水成型過程中表面浮漿過多，絮凝劑不能有效的發(fā)揮作用；礦粉、粉煤灰雙摻使用對(duì)混凝土流動(dòng)性變化影響較大，不適合進(jìn)行較遠(yuǎn)距離運(yùn)輸使用，并且產(chǎn)生少量表面浮漿，不適合水流較大的工程使用。

表5 礦粉摻加對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響的結(jié)果與分析

由表5 的結(jié)果表明：水上初凝時(shí)間過短，不能滿足運(yùn)輸條件，水下終凝時(shí)間過長，在漲落潮過程中，水流的沖刷易造成表面保護(hù)層散失，影響耐久性使用；礦粉的使用對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響不大，可以適當(dāng)使用于配合比設(shè)計(jì)中。

（3）針對(duì)凝結(jié)時(shí)間問題，需增加調(diào)凝劑與緩凝劑的使用，用于增加初凝時(shí)間，縮短終凝時(shí)間，采用實(shí)驗(yàn)方案見表6。

（4）調(diào)整凝結(jié)時(shí)間結(jié)果與分析，見表7。

結(jié)果顯示：絮凝劑、調(diào)凝劑、緩凝劑的同時(shí)使用沒有出現(xiàn)不適應(yīng)性，并且具有良好保坍作用；隨著緩凝劑用量增加，初凝時(shí)間逐漸增加，在摻加量為 0.24 變化不再明顯；隨著調(diào)凝劑用量的增加，終凝時(shí)間逐漸縮短，在摻量 2.3 以上時(shí)，變化不再明顯。所以，緩凝劑的最高摻加量為 0.24，調(diào)凝劑的最高摻量為 2.3；緩凝劑最佳摻量為 0.20 至 0.24，調(diào)凝劑的最佳摻量為 2.0 至 2.2。

3.3 有效試驗(yàn)強(qiáng)度結(jié)果及分析

有效試驗(yàn)強(qiáng)度結(jié)果及分析見表8。

表6 調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間配料方案

表7 試驗(yàn)結(jié)果

表8 有效試驗(yàn)強(qiáng)度結(jié)果

試驗(yàn)強(qiáng)度結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)水下強(qiáng)度與水上強(qiáng)度比：7d 大于 0.6，28d 大于 0.7；混凝土 7d 與 28d 強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

結(jié)合成本因素，選用 K6、K7、K8 配料方案進(jìn)行泵送施工；自卸施工在投石基礎(chǔ)上施工，施工狀況良好，投石縫隙澆筑完成后實(shí)際填充效果良好，落潮后回彈值良好；泵送施工通過水下模板固定，水深 4.5m（落潮）至 5.5m（漲潮），導(dǎo)流管道進(jìn)行導(dǎo)流入水，后期觀測(cè)表面平整，無露石現(xiàn)象，并且自密實(shí)效果良好；施工水溫為 18～26℃；選擇海水流速7m/s 以內(nèi)時(shí)進(jìn)行施工。

4 研究結(jié)論

（1）人工砂在應(yīng)用于水下不分散混凝土中具有切實(shí)可行性，并且在較低強(qiáng)度下，砂率的變化對(duì)強(qiáng)度無較大影響，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)人工砂及石子粒徑變化，較大范圍的進(jìn)行砂率調(diào)整。

（2）人工砂的使用不影響水下不分散混凝土的澆筑施工，摻入礦物摻合料，其流動(dòng)性可以滿足自密實(shí)性能。

（3）礦粉作為礦物摻合料可以實(shí)際應(yīng)用于水下不分散混凝土的配合比設(shè)計(jì)，并且可以根據(jù)成本核算及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行適量使用。

（4）粉煤灰不適合用于水下不分散混凝土配制，但是在應(yīng)用礦粉與粉煤灰雙摻時(shí)，在運(yùn)輸使用小于1h，澆筑類型為自卸時(shí)，可以使用，同時(shí)需在滿足水流速極低或靜止水面的條件下，可以少量摻加，并且需經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證；海水中不可以使用摻粉煤灰水下不分散混凝土，易受漲落潮影響，造成表面保護(hù)層受到破壞，耐久性降低。

（5）絮凝劑與調(diào)凝劑、緩凝劑的適應(yīng)性良好，并且具有良好的保坍性能，根據(jù)氣溫變化進(jìn)行摻量調(diào)整，可以進(jìn)行初凝與終凝時(shí)間的控制，達(dá)到良好的施工質(zhì)量，不影響機(jī)制砂與礦粉在配合比中的設(shè)計(jì)使用。

（6）通過對(duì)當(dāng)?shù)卦牧系倪m用性調(diào)整，為原材料多變情況下的水下不分散混凝土的配料方案方向有了一定指導(dǎo)作用。

[1] 何錦云，李瑞璟，王繼宗．砂率對(duì)砼和易性及強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J]．河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,12(19): 27-29．

[2] Q/SY 1092—2009．中國石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

［通訊地址］東營市東營區(qū)西四路 958 號(hào)（257087）

Research and engineering application on the concrete of underwater non-dispersion with artificial sand

Cao Mingfeng, Wang Honggang, Liu Xinbo
(SLOF Yinghai Industry Group Co., Ltd., Shandong Dongying 257087)

The underwater non-dispersion concrete was manufactured of artificial sand. The paper analyzed the concrete practical test program and the development by the testing research and engineering practice.

non-dispersible underwater concrete; man-made sand; flocculant; puming construction;

曹明峰（1986—），助理工程師，從事混凝土生產(chǎn)試驗(yàn)研究。