C30 水下不分散混凝土在廣州南沙國(guó)際郵輪碼頭工程的應(yīng)用研究

庾明鋒

（廣州天達(dá)混凝土有限公司）

0 引言

混凝土作為目前用量最大的建筑材料，具備可塑性強(qiáng)，空氣中和水下均能硬化，且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)。水下不分散混凝土是1970 年才開(kāi)始流行的一種新型混凝土，在水下具有抗分散性，將其直接澆筑到水中，當(dāng)其穿過(guò)水里面時(shí)，基本不出現(xiàn)材料分離狀況。同時(shí)，在水下澆筑時(shí)，水泥砂漿幾乎不流失，混凝土配合比保持相對(duì)穩(wěn)定，在水中也能像在空氣中一樣正常凝結(jié)硬化。摻入混凝土里面的抗分散劑（絮凝劑）是由水溶性高分子聚合物、表面活性物質(zhì)等材料復(fù)合配制而成，具備較強(qiáng)吸附能力，可將集料、水泥、摻合料等材料吸附在一起，使混凝土擁有在水下不分散的良好工作性能。配制水下不分散混凝土必須摻入絮凝劑，且需要合理控制絮凝劑摻量，同時(shí)要采取有效的施工措施，防止水下不分散混凝土受到水的沖刷而導(dǎo)致性能受到損失。水下不分散混凝土的成功研制，較好解決了新拌混凝土遇水即無(wú)法保持原有性能的問(wèn)題。本工程依據(jù)廣州南沙國(guó)際郵輪碼頭工程的圓筒內(nèi)封底部位，需要用到水下不分散混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30，方量約500 方，故對(duì)C30 水下不分散混凝土進(jìn)行拌合物和力學(xué)性能研究。

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

水泥：選用華潤(rùn)水泥（平南）有限公司生產(chǎn)的P.Ⅱ42.5R 水泥，其各項(xiàng)物理指標(biāo)如表1 所示，均滿足GB 175-2007[1]的技術(shù)要求。

表1 華潤(rùn)水泥（平南）P.Ⅱ42.5 水泥物理性能指標(biāo)

粗骨料：選用云浮市富潤(rùn)礦業(yè)有限公司5～25mm 連續(xù)級(jí)配的碎石，其各項(xiàng)物理指標(biāo)如表2 所示，均滿足JGJ 52-2006[2]的技術(shù)要求。

表2 富潤(rùn)礦業(yè)粗骨料的物理指標(biāo)

細(xì)骨料：選用東莞市中弘建材有限公司的中砂，其各項(xiàng)物理指標(biāo)如表3 所示，均滿足JGJ 52-2006[2]的技術(shù)要求。

表3 中弘建材細(xì)骨料的物理指標(biāo)

外加劑：采用廣東博眾建材科技發(fā)展有限公司產(chǎn)的B0Z-300 聚羧酸高性能減水劑，其各項(xiàng)物理性能指標(biāo)如表4 所示，其各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到GB 8076-2008[3]的要求。

表4 B0Z-300 減水劑主要物理指標(biāo)

粉煤灰：采用廣西弘宇嘉晨投資有限公司C 類II粉煤灰。

礦渣粉：采用珠?；浽ＸS鋼鐵有限公司S95 礦渣粉。

絮凝劑：采用廬江縣晶石特種建材有限公司JS-SF絮凝劑。

拌和用水：采用自來(lái)水。

設(shè)計(jì)配比參照DL/T 5330-2015《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[4]配制C30 混凝土，混凝土配合比見(jiàn)表5。水下成型參照DL/T 5100-2014[5]附錄A 的方法：將150mm×150mm×150mm 的混凝土抗壓試模放置于水箱中，加水裝滿水箱；將漏斗出料口蓋嚴(yán)后，再將拌好的混凝土拌合物裝入漏斗的三分之二，再將漏斗移到水中試模正上方，從水面處開(kāi)始傾倒混凝土拌合物，使其自行落入試模中，形成小山形，每個(gè)試模在30～60s 內(nèi)裝完，然后將試模從水中緩緩取出，靜置15min，把表面刮平，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)2 天后拆模。將混凝土試件分別置于自來(lái)水和南沙國(guó)際郵輪碼頭的天然水環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，空氣中成型則按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

表5 不同摻合料的C30 水下不分散混凝土配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 摻合料摻量對(duì)C30 水下不分散混凝土拌合性能的影響

水下不分散混凝土的拌合性能十分重要，它決定了其使用過(guò)程中的能否具有良好的工作性能，能否在自重不振搗的情況下實(shí)現(xiàn)自密實(shí)。摻入不同比例的粉煤灰和礦渣粉試配的結(jié)果如表6 所示，可以看出，粉煤灰對(duì)水下不分散混凝土的拌合性能有一定的影響，隨著摻量的增加，混凝土坍落度和擴(kuò)展度都有所增加，同時(shí)坍落度損失和擴(kuò)展度損失都有所降低。這是因?yàn)榉勖夯野l(fā)揮了滾珠軸承作用，對(duì)拌合物的流動(dòng)性能有潤(rùn)滑作用。但隨著礦渣粉的摻量增加，混凝土坍落度和擴(kuò)展度都不斷降低，同時(shí)坍落度損失和擴(kuò)展度損失也有所增大，這是因?yàn)榈V渣粉增加后，膠凝材料顆粒形狀不能像粉煤灰一樣其他潤(rùn)滑作用。綜合考慮，粉煤灰和礦渣粉均摻入適當(dāng)比例。

表6 不同摻合料摻量的C30 水下不分散混凝土拌合性能

2.2 粉煤灰摻量對(duì)C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土抗壓強(qiáng)度是水下不分散混凝土的主要指標(biāo)，通過(guò)試配成型了混凝土抗壓試件，并按相應(yīng)齡期進(jìn)行了抗壓試驗(yàn)，詳細(xì)見(jiàn)表7 和表8 所示。

通過(guò)表7 和表8 可以看出，在空氣中成型和在自來(lái)水中成型時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度在7d 和28d 兩個(gè)齡期均呈現(xiàn)出不斷降低的趨勢(shì)，這是因?yàn)榉勖夯一钚暂^低，摻量增加后，膠凝材料中活性成分比例降低，水化速度變慢。但在天然水中成型時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強(qiáng)度先增加后降低，而且不同摻量時(shí)，都比在自來(lái)水中成型和養(yǎng)護(hù)時(shí)，抗壓強(qiáng)度更高，同時(shí)水陸強(qiáng)度比也比在自來(lái)水中時(shí)有所提高。這是因?yàn)槟仙硣?guó)際郵輪碼頭近海，附近的水中有較豐富的鹽類，加速了水泥的水化，同時(shí)加快了粉煤灰發(fā)揮出其活性。

表8 粉煤灰摻量不同的C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度（水中成型）

2.3 礦渣粉摻量對(duì)C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

摻入不同比例的礦渣粉，通過(guò)試配成型了混凝土抗壓試件，并按相應(yīng)齡期進(jìn)行了抗壓試驗(yàn)，詳細(xì)見(jiàn)表9 和表10 所示。

表9 礦渣粉摻量不同的C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度（空氣中成型）

表10 礦渣粉摻量不同的C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度（水中成型）

通過(guò)表9 和表10 可以看出，在空氣中成型和自來(lái)水中成型時(shí)，隨著礦渣粉摻量的增加，C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度在7d 呈現(xiàn)出不斷降低的趨勢(shì)，這是因?yàn)榈V渣粉早期活性較低，但隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土抗壓強(qiáng)度又呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著齡期增長(zhǎng)，礦渣粉逐步發(fā)揮出來(lái)了其水化活性，從而強(qiáng)度隨著摻量的增加而升高，但比例不斷增加后，膠凝材料中的水泥比例降低，堿度降低，從而導(dǎo)致強(qiáng)度又開(kāi)始降低。但在天然水中成型時(shí)，隨著礦渣粉摻量的增加，混凝土強(qiáng)度先增加后降低，而且不同摻量時(shí)，都比在自來(lái)水中成型和養(yǎng)護(hù)時(shí)，抗壓強(qiáng)度更高，同時(shí)水陸強(qiáng)度比也比在自來(lái)水中時(shí)有所提高。這跟摻入粉煤灰一樣，混凝土早期在天然水中，更能發(fā)揮摻合料的水化活性。

2.4 粉煤灰摻量10%和礦渣粉摻量20%的C30 混凝土抗壓強(qiáng)度和抗分散性能

粉煤灰摻入10%和礦渣粉摻入20%時(shí)，混凝土試配結(jié)果如表11 和表12 所示，可以看出，天然水中強(qiáng)度略高于自來(lái)水中，同時(shí)也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求DL/T5100-2014《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》水陸強(qiáng)度比和抗分散性能的要求。

3 結(jié)論

⑴隨著粉煤灰摻量的增加，C30 水下不分散混凝土在空氣中和自來(lái)水中成型時(shí)，抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)不斷降低的趨勢(shì)；而在天然水中成型時(shí)，抗壓強(qiáng)度則呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。

表11 粉煤灰和礦渣粉混摻的C30 水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度

表12 粉煤灰和礦渣粉混摻的C30 水下不分散混凝土抗分散性能

⑵隨著礦渣粉摻量的增加，C30 水下不分散混凝土在空氣中和自來(lái)水中成型時(shí)，7d 抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)不斷降低的趨勢(shì)，但28d 抗壓強(qiáng)度則先升高后降低；而在天然水中成型時(shí)，抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。

⑶為了保障C30 水下不分散混凝土的拌和性能和抗壓強(qiáng)度，粉煤灰和礦渣粉均應(yīng)摻入適當(dāng)比例。