不同絮凝剂对水下不分散混凝土的影响.pdf

研究了不同品种絮凝剂对水下不分散混凝土性能 的影响， 并得出适合本地原材料使用的絮凝剂品种以及 最适掺量。研究结果表明， 中石油研究院的 UWB-型絮 凝剂的流失率最小， 为 0.5%， 水下抗压强度易于调整， 其最适掺量为 3.0%，此时水下抗压强度为 26.7MPa 和 39.1MPa， 水陆强度比为 88.06%。 1 前言 水下不分散混凝土需具备优异的粘聚性和良好的 保水性， 才能保证在水下施工时不离析、 不分散， 达到自 流平、 自密实的效果。 絮凝剂可以改善混凝土的粘聚性， 避免在水下施工时混凝土发生分散流失现象。 市场中售 有各种絮凝剂， 对不同原材料不同施工方式有着各自的 适应性。 1-3本文在保证其他原材料掺量不变的前提下， 确定了絮凝剂的种类以及最适掺量。 2 实验原材料及试验方法 2.1 实验原材料 水泥： 华润 P O 42.5R 水泥， 性能指标如表 1。 粉煤灰：深圳妈湾电厂级粉煤灰，烧失量为 4.2%， 28 天活性指数为 72%； 砂： 东莞中砂， 细度模数为 2.6； 石： 广东惠州金业石子， 粒径范围在 525mm， 连 续级配， 压碎指标为 10.1%； 絮凝剂： 所使用絮凝剂品种及厂家为： YK 公司两 个聚丙烯酰胺类絮凝剂4编号为 X01、 X02； QL 建材科技 有限公司絮凝型高效减水剂编号为 X03、 X04； 中石油工 程研究院的聚糖类 UWB-II 型絮凝剂5及广州聚糖类絮 凝剂， 编号分别为 X05 和 X06。 2.2 实验设备 混凝土双卧轴搅拌机 （60L） ； 电子天平； 1515cm 钢板； 150mm150mm150mm 混凝土试模； TYE-3000B 压力试验机； 600mm 直尺； 1500mL 容器； 高 500mm、 直径 400mm 的塑料桶。 2.3 实验方法 2.3.1 水下成型方法 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/T 5117-2000 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 15cm15cm 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及 吊罐法一致， 规避了成型方法不同产生的实验误差。 2.3.2 流失率的测试方法 依据 DL/T 5117-2000水下不分散混凝土试验规 程 规定的试验方法实验。 在高 550mm、直径 400mm 的桶底部放一个 1500ml 的广口容器， 桶内装水 500mm 处。取 2kg 水下不分散混 凝土， 从水面自由落入容器中， 使其全部落入容器中， 静 置 5min， 从水中匀速提起容器， 排除表面的水分， 称其 重量。重复上述实验三次， 取其平均值， 精确到 0.1%。 不同絮凝剂对水下不分散混凝土的影响 刘明乐杜保立何德灵宋军超罗新垚郑 云刘 裕付兴华 (深圳港创建材股份有限公司) 表 1 水泥性能指标 比表 面积 /m2 kg-1 标准稠度 用水量 /% 凝结时间 /min 抗折强度 /MPa 抗压强度 /MPa 初凝终凝3d28d3d28d 35425.61281976.79.525.451.4 材料研究与应用 C MY K 万方数据 陆上强度 /MPa水下强度 /MPa 备注 7d28d7d28d X011.0360-工作性极差， 未成型 X011.5360-工作性极差， 未成型 X012.0360-工作性极差， 未成型 X013.0360-工作性极差， 未成型 X020.8300140/22014.514.3255.812.6粘聚性好， 工作性差 X020.8260165/27014.018.626.18.613.9加 1.8%科隆减水剂 X021.0280145/23014.115.727.512.914.9粘聚性好， 工作性差 X021.0300235/44015.015.025.812.014.1粘聚性好， 工作性一般 X021.2260180/2706.717.127.714.014.5粘聚性好， 工作性差 X021.2280215/4007.016.826.213.714.2粘聚性好， 工作性一般 絮凝剂 掺量 /% 水量 /kg m-3 塌落度 / 塌扩度 mm/mm 流失率 /% 表 3 YK 絮凝剂的实验方案及结果 表 4 絮凝型高效减水剂实验方案及结果 絮凝剂掺量 /%用水量 /kg m-3坍落度 / 扩展度 mm/mm流失率 /%备注 X031262149/26522粘聚性差， 减水效果差 X032250155/28023粘聚性差， 减水效果差 X033243159/29225粘聚性差， 减水效果差 X041148180/52326粘聚性差， 减水效果好 X042140210/63027粘聚性差， 减水效果好 X043126208/65729粘聚性差， 减水效果好 流失率(%)= a-b a-c 100 式中： a浸水前容器和混凝土的总重量； b浸水后容器和混凝土的重量； c容器的重量 2.4 基础配合比 在保证原材料掺量不变的前提下， 研究絮凝剂种类 及掺量的变化对水下不分散混凝土性能的影响。 具体配 合比见表 2。 基础配合比中用水量依据混凝土状态调整。 3 实验结果及讨论 3.1 聚丙烯酰胺类絮凝剂对性能的影响 聚丙烯酰胺类絮凝剂属于水溶性高分子聚合物， 与 大多数有机溶剂不相溶， 具有优异的絮凝性， 可以降低 液体间的摩擦阻力。X01 和 X02 属于聚丙烯酰胺类絮凝 剂， 其实验方案及结果如表 3 所示。 由表 3 可以看出， 当掺加 X01 絮凝剂后， 用水量由 原先的 156kg/m3提升至 360kg/m3后，依然没有较好的 工作性， X01 掺量从 1.0%提高到 3.0%后， 依然没有工作 性， 不易成型， 因此 X01 不适合制备水下不分散混凝土； 当掺加 X02 絮凝剂后， 随着掺量的增加， 其工作性 能略有改善， 且粘聚性较好， 当掺量为 1.2%时， 其流失 率降低到 6.7%；其 28d 陆上抗压强度最高为 27.7MPa， 而水下抗压强度最高为 14.5MPa，当水量增加 20kg/m3 后， 其工作性能得以改善， 但依然没有良好的工作性。 因 此掺加 X02 后， 其水下抗压强度、 陆上抗压强度以及流 失率仍不能满足要求， 不适宜应用于水下不分散混凝土 的絮凝剂。 3.2 絮凝性高效减水剂对性能的影响 絮凝型高效减水剂既具有凝聚增稠作用， 又具有减 水效果，其絮凝组分中含有长链结构的高分子化合物， 可以吸附水泥细颗粒， 分子链在胶凝材料粉体细颗粒体 系中交错纵横， 形成网状结构， 将细颗粒牢固的联结在 一起； 同时其属于一种表面活性剂， 能改变周围颗粒表 面的电位， 使细颗粒被分散， 释放颗粒间多余的水分， 从 而产生减水效果。 QL 建材科技有限公司编号 X03、 X04 两个样品属于 絮凝型高效减水剂，其主要实验方案及结果如表 4 所 示。 从表 4 中可以看出， 当 X03 掺加后， 需水量增大， 其 坍落度和扩展度较差， 工作性差， 且粘聚性差， 流失率 大。随着掺量的增加， 流失率逐渐增加， 当 X03 掺量为 水泥 /kg m-3粉煤灰 /kg m-3砂 /kg m-3石 /kg m-3 430706521062 表 2 基础配合比 材料研究与应用 C MY K 万方数据 表 5 聚糖类絮凝剂的实验方案及结果 7d28d7d28d7d28d X0511.5230205/3906.533.743.116.825.549.8559.16 X0522.0230210/4001.435.043.623.432.266.8673.85 X0532.5230235/4600.734.645.526.738.077.1783.52 X0543.0230235/4700.535.444.426.739.175.4288.06 X0611.5230210/4825.832.136.916.522.351.4060.43 X0622.0230221/4931.934.337.721.328.662.1075.86 X0632.5230240/5101.435.239.52433.968.1885.82 X0643.0230250/5301.335.239.625.23571.5988.38 陆上强度 /MPa水下强度 /MPa水陆强度比 /% 絮凝剂 掺量 /% 用水量 /kg m-3 坍落度 / 扩展度 mm/mm 流失率 /% 3%时， 达到最大的流失率为 25%， 不适宜用于水下不分 散混凝土的配制。 当掺加 X04 时， 减水效果明显， 工作性较好， 随着掺 量的增加， 其粘聚性越来越差， 掺量为 3%时， 达到最大 流失率 29%， 因此也不适宜用于水下不分散混凝土的配 制。 3.3 聚糖类絮凝剂对性能的影响 与老型絮凝剂相比， UWB-聚糖类絮凝剂降低了搅 拌粘度、 泵送阻力， 提高了抗分散性能， 增加了保坍时 间， 改善了流动性。 中石油工程研究院的聚糖类 UWB-II 型絮凝剂 （X05） 及广州聚糖类絮凝剂 （X06） 两种对比实验及结果 见表 5。 从表 5 中可以看出， 掺加两种絮凝剂时， 随着掺量 的增加， 其坍落度及扩展度逐渐增大， 流失率逐渐减小， 而且其在水下抗压强度逐渐增加。掺加 UWB-后， 其絮 凝效果明显， 且在未掺加减水剂时， 其工作性能优异。 图 1 表示的是两种絮凝剂的水陆强度比和流失率 的对比， 从中可以发现， 随着絮凝剂掺量的增加， 水陆强 度比逐渐增加， 当掺量为 3%时， 都达到最大值， 分别为 88.06%和 88.38%，同时，两种絮凝剂的流失率逐渐降 低， 但中石油研究院的 UWB-型絮凝剂的流失率最小， 当掺量为 3%， 流失率仅为 0.5%， 是较好的絮凝剂， 其掺 量范围为 2.5%3.0%。 4 结论 通过对 6 中絮凝剂的工作性、 用水量、 掺量、 水下抗 压强度、 水陆强度比以及流失率的对比发现： 聚丙烯酰胺类和絮凝型减水剂类絮凝剂其絮凝 效果不佳， 减水效果差， 不适宜作为水下不分散混凝土 的絮凝剂； 聚糖类絮凝剂具有较明显的优势， 广州聚糖类絮 凝剂 3%掺量时， 工作性能良好， 水陆强度比高， 但是其 流失率较大，中石油研究院的 UWB-型絮凝剂的流失 率较小， 水下抗压强度易于调整， 因此 UWB-为较好的 絮凝剂， 其掺量范围为 2.5%3.0%， 可通过调整矿物掺 和料的种类及掺加量提高其水下及陆上抗压强度。 【参考文献】 1 陈国新， 杜志芹， 杨日， 等.聚羧酸系减水剂用于水下不分散 混凝土的研究J混凝土， 2012， (2)： 117-118. 2 王文忠,韦灼彬,唐军务,等.水下不分散混凝土配合比及其