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行了性能比較，結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的水下混凝土設計強度要求。

關鍵詞：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。同采用施工機具從而保證水下混凝土質量的方法相比較，水下不分散混凝土著眼于材料體系本身性質的改善；即水下不分散混凝土在未硬化狀態下，即使受到水的沖刷，材料也不會分散，并能在水下形成優質、均勻的混凝土。達到這一目標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——通常是水溶性的聚合物，從而賦予它水下不分散的特性。基于以上特點，水下不分散混凝土在下列領域獲得廣泛應用：A、高層建筑基礎工程。B、江湖河海的護坡工程。C、大壩基礎被水淘空部位修復工程。D、橋梁基礎沉井封底工程。E、水下鋼結構防腐工程。

　　我國從80年代開始進行水下不分散混凝土的研究并應用于工程，先后出現了如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。從以往的國內工程應用來看，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勢而廣泛應用于水利工程建設，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。在使用中也發現，聚丙烯類絮凝劑配制的水下不分散混凝土宏觀粘度（對施工機械而言）太高而微觀粘度（抗水洗的能力）低（力學性能上表現為水陸強度比低），混凝土靜停狀態下流動性恢復困難，混凝土拌合時間的較長（強制式攪拌機一般要達到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用。

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

2．主要試驗條件

2.1試驗材料

　　水泥：盾石P.O42.5水泥，細度3500cm2/g，28d抗壓強度48.6MPa；

　　砂：  薊縣產，Ⅱ區中砂,細度模數2.8,含泥量2.7%；

　　石子：薊縣產，石灰巖碎石，粒徑5～20mm，連續級配,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標準，并參考JC473-92、日本JIS A1112，中國石油集團工程技術研究院標準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㎝，塌擴度40～50㎝。

3．試驗結果與分析

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境水pH 值，來確定其變化規律，結果如圖1和圖2所示：

　　從圖1和圖2可以看出，在絮凝劑摻量達到1.5％以上時，可以控制環境水的濁度在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％之間的塌擴度變化情況進行了研究，結果見圖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％達到最大，當繼續加大摻量時，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％之間所引起的塌擴度損失情況進行了研究，結果如表1所示：

表1  絮凝劑摻量與塌擴度損失的關系

　　從表1以看出，絮凝劑在低摻量時1h和2h塌擴度有一定的損失，隨著摻量增加2.0％以上，1小時塌擴度不再有損失，而2h塌擴度損失率小于10%。因此認為當摻量達到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時間的影響

　　對不同摻量范圍變化所引起的凝結時間的變化影響結果如圖4所示：

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

　　從以上研究結果來看，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，進行了攪拌時間、抗分散性能、流動性損失的比較，結果如下：

3.2.1攪拌時間的比較

　　在混凝土生產中，攪拌時間對施工效率有直接影響；在普通混凝土的生產中，攪拌時間一般控制在60s以內。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范（DL/T5117－2000）對攪拌時間做出了如下規定：攪拌2～3min，停止30s，再攪拌2～3min，反復3～5次。作者認為上述規定是針對聚丙烯類絮凝劑配制的水下不分散混凝土，在現實生產中不可能采用如此長的攪拌時間；當采用其它類型的絮凝劑時，攪拌時間應根據試驗確定。研究手段認為：當絮凝劑完全溶解以后，混凝土體系粘度趨于穩定，混凝土的流動性也將基本穩定，因此認為混凝土流動性穩定時的攪拌時間，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，其塌擴度值基本趨于穩定；II型絮凝劑配制的混凝土，攪拌時間在75s時，塌擴度值基本趨于穩定。從攪拌時間來看，II型絮凝劑配制的混凝土在生產效率上比I型絮凝劑配制的混凝土要高出一倍以上。

　　繼續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行研究，結果見表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定。

　　綜合表2表3數據可以看出，當流動性穩定時，抗分散性能同樣穩定。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，但在實際的工程應用中，關心的大多是混凝土水下水下施工時所能獲得的強度，以及所需要配制混凝土的陸上強度，因此忽略上述三項指標的測定，直接測定反映水下不分散混凝土力學性能的抗分散性能指標水陸強度比。

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水陸強度比達到0.79，28天水路強度比達到0.85，遠遠高于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定主要是為了滿足施工機具（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，只有重新增加強力機械攪拌才能恢復。這種性能嚴重限制了施工機具的選擇。首先采用了泵送劑對流動性損失的測定方法進行了比較，結果見表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損失

　　表5可以看出，采用泵送劑標準（認為是在靜停狀態下）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以內還能保持45cm以上的塌擴度。

　　模擬混凝土泵車進行動態攪拌，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損失

　　表65可以看出，在動態情況下，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，認為I型絮凝劑適用于攪拌車加泵送工藝，要求施工連續作業，混凝土最要不要產生靜停狀態，而II型絮凝劑由于流動性靜停或動態的損失都很小，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行了力學性能試驗，結果如下表7：

表7  不同的膠結料用量水下不分散混凝土物理力學性能（聚丙烯類）

表8不同的膠結料用量水下不分散混凝土物理力學性能（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度在27.8~36.1 MPa，強度提高明顯。提高的原因在于水灰比的降低以及水路強度比的提高。

　　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、提高水陸強度比、減少單方混凝土膠凝材料用量等性能方面，明顯優于聚丙烯類絮凝劑。

4、結語

　　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、水陸強度比、膠凝材料用量等指標方面明顯優于聚丙烯類絮凝劑，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；其塌擴度能保持2h基本不損失。

　　3）、抗分散性能明顯提高，28d水陸強度比可達到85％以上。

　　4）在水泥用量400～480kg/m3之間時即可滿足20~30MPa的水下混凝土設計強度要求。