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[分享]高强度水下不分散混凝土
1前言
水下不分散混凝土可以解决普通混凝土在浇筑水下构件时，容易产生离析、分散、强度降低，施工难度大、成本高、工期长等缺点，适宜的絮凝剂可以提高混凝土的粘聚力，减少水泥流失，增强混凝土在水中的抗分散性，降低施工难度，减小施工水域的环境负荷。同时矿物掺和料由于其活性、表面特性及其颗粒形貌特征同样会改善水下不分散混凝土的性能。
本文选用较稳定的聚糖类絮凝剂UWB-Ⅱ，研究矿粉和硅灰对水下不分散混凝土力学性能和工作性能的影响规律，提出高标号高性能水下不分散混凝土配合比。
2实验原材料及试验方法
2.1实验原材料
⑴水泥：华润P·O42.5R水泥，性能指标如表1。
⑵矿粉：小野田S95级矿粉，比表面积390m2/kg，28天活性指数为104%；
⑶硅灰：上海埃肯公司硅灰，比表面积2000m2/kg，28天活性指数为115%；
⑷减水剂：科隆聚羧酸减水剂，含固量10%，减水率20%；
⑸絮凝剂：中石油工程研究院的聚糖类UWB-II型絮凝剂；
⑹砂：东莞中砂，细度模数为2.6；
⑺石：广东惠州金业石子，粒径范围在5～25mm，连续级配，压碎指标为10.1%。
2.2实验设备
⑴混凝土双卧轴搅拌机（60L）；
⑵电子天平；
⑶15×15cm钢板；
⑷150mm×150mm×150mm混凝土试模；
⑸TYE-3000B压力试验机；
⑹600mm直尺。
2.3实验方法
实验方法主要依据Q/CNPC92-2003《水下不分散混凝土施工技术规范》和DL/T5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》，但水下成型方式略有不同。
规程中成型方法为：用手铲将水下不分散混凝土拌合物从水面处向水中落下，浇入试模中。每次投料量为试模容积的1/10左右，投料应连续操作。但成型方法难以准确把握，同一配合比成型的试块强度结果偏差较大。
因此，根据自身试验条件，采用坍落度筒作为容器进行成型。具体方法为：将坍落度筒倒置，放于一块15cm×15cm钢板上，将拌合物装满倒置的坍落度筒，将钢板及坍落度筒一同抬起，悬在水下成型模具上方，钢板刚好接触水面，抽去钢板，使拌合物缓慢落入水下成型模具。
经多次试验可知，该成型方法准确可控，效果较好，并且该方法与水下不分散混凝土施工常用的导管法和吊罐法一致，规避了成型方法不同产生的实验误差。
2.4实验配合比
采用UWB-Ⅱ型絮凝剂，掺量为胶凝材料总量的2.5%wt，胶凝材料为650kg/m3，具体配合比见表2和表3。
3实验结果分析与讨论
3.1矿粉对水下不分散混凝土性能的影响
矿渣作为高活性掺和料，可以改善水泥混凝土的各个性能，可以减少水泥混凝土的泌水量，改善和易性，提高混凝土致密度和抗渗性，大幅提高混凝土强度，还可以提高抗海水侵蚀的能力。在水下不分散混凝土中，矿渣的掺入可以满足对不同强度等级，不同抗渗等级以及不同水下环境的要求。实验配比如表2所示，实验结果见表4和表5。
从表4可以看出，随着矿粉掺的增加，其28d陆上和水下的抗压强度会逐渐提高，当矿粉掺量为130kg/m3时，其水下抗压强度最高，为47.8MPa，陆上抗压强度为52.8MPa。在表5中可以发现，随着矿粉掺量的增加，7d及28d水陆强度比逐渐增加，当矿粉掺量为130kg/m3时，其水陆强度比为90.53%，说明矿粉对改善水下不分散混凝土粘聚性以及抗压强度具有明显作用。因此，当矿粉掺量为130kg/m3时，其水陆强度分别为47.8和52.8MPa，强度比为90.53%，坍落度、扩展度分别为230、500mm。可以满足标号为C40的水下不分散混凝土技术指标要求。
3.2硅灰对水下不分散混凝土性能的影响
硅灰由于其粒径小，活性高，被广泛应用到高性能混凝土中，其具体作用如下：①显著提高混凝土的力学性能；②具有保水防止离析、泌水、大幅度降低混凝土泵送阻力的作用；③可以显著增加其抗侵蚀能力（如氯盐侵蚀）；④由于硅灰的无定形球状颗粒，可以明显改善混凝土的流变性能。在水下不分散混凝凝土中掺入硅灰，可以改善不同性能，尤其是力学性能和耐久性。由于硅灰掺量较小，所以采用外掺。实验采用3.1节中矿粉最适掺量的配比，实验配合比见表3，实验结果如表6和表7所示。
从表6中可以发现，在保持工作性稳定的情况下，随着硅灰掺量的增加，其7d、28d水下抗压强度逐渐增加，当硅灰掺量为10kg/m3时，其水下抗压强度达到最大，为53.3MPa，其陆上强度为51.1MPa，超过了在陆上的抗压强度值。原因可能是硅灰粒径小，比表面积大，硅灰颗粒被高分子链吸附包裹，使得高分子链上的空白点减少，增加了颗粒间的吸引力，多相粗分散体系凝集在一起，起到增稠作用，而且随着分子链的间距的缩短，吸引力增加，使得分子链相互缠绕成网络状结构，把胶凝材料颗粒牢固的凝聚在一起，不宜分散，改善了粘聚性和保水性能。在表7中发现，随着硅灰掺量的增加，其28d水陆强度比逐渐增加，当硅灰掺量为10kg/m3时，其水陆强度比最高，为104.31%，其坍落度、扩展度分别为250、540mm，工作性能较好，满足标号为C45的水下不分散混凝土技术指标要求。
4结论
⑴矿粉的掺加，改善了水下不分散混凝土的抗分散性以及力学性能，当矿粉掺量为130kg/m3时，水陆强度比提高了4.7%，水下抗压强度提高了10%。此掺量下水陆强度分别为47.8和52.8MPa，强度比为90.53%，坍落度、扩展度分别为230、500mm，可以满足标号为C40的水下不分散混凝土技术指标要求。
⑵硅灰的掺加，不仅改善了水下不分散混凝土的力学性能，且明显提升了抗分散性，当硅灰掺量为10kg/m3时，水下抗压强度提高了11.5%，水陆强度比提高了15.2%。此掺量下水陆强度分别为53.3和51.1MPa，强度比为104.31%，其坍落度、扩展度分别为250、540mm，工作性能较好，满足标号为C45的水下不分散混凝土技术指标要求。
基于上述实验结果，提出了两个不同的高标号实验配比满足对于不同强度标号、不同水下环境的要求：
⑴水下强度为C40混凝土的配比：絮凝剂掺量2.5%，减水剂掺量为2%，用水量为232kg/m3，胶凝材料总量为650kg/m3，粉煤灰掺量为65kg/m3，矿粉掺量为130kg/m3，砂用量为652kg/m3，石子的用量为1062kg/m3；
⑵水下强度为C45混凝土的配比：絮凝剂掺量2.5%，减水剂掺量为2.3%，用水量为235kg/m3，胶凝材料总量为650kg/m3，粉煤灰掺量为65kg/m3，矿粉掺量为130kg/m3，硅灰掺量为10kg/m3，砂用量为652kg/m3，石子的用量为1062kg/m3。
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