UWB-II型水下不分散混凝土絮凝剂的性能研究

摘要：对聚丙烯类和多糖类絮凝剂配制的水下不分散混凝土进行了性能比较，结果表明多糖类水下不分散混凝土基本克服聚丙烯类混凝土的缺点，其搅拌时间为75s，混凝土2h流动性基本无损失，28d水陆强度比在85％以上，胶凝材料在400~480kg/m³可满足20~30MPa的水下混凝土设计强度要求。

关键词：絮凝剂  水下不分散混凝土  搅拌时间  流动性损失  水陆强度比

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种在水下施工时不分散、不离析、能自行流平的混凝土。同采用施工机具从而保证水下混凝土质量的方法相比较，水下不分散混凝土着眼于材料体系本身性质的改善；即水下不分散混凝土在未硬化状态下，即使受到水的冲刷，材料也不会分散，并能在水下形成优质、均匀的混凝土。达到这一目标的手段是在普通的水下混凝土中加入一种称作絮凝剂的物质——通常是水溶性的聚合物，从而赋予它水下不分散的特性。基于以上特点，水下不分散混凝土在下列领域获得广泛应用：A、高层建筑基础工程。B、江湖河海的护坡工程。C、大坝基础被水淘空部位修复工程。D、桥梁基础沉井封底工程。E、水下钢结构防腐工程。

　　我国从80年代开始进行水下不分散混凝土的研究并应用于工程，先后出现了如UWB、SCR、NDC、PN等型号的水下不分散混凝土专用絮凝剂，其增粘组分基本上是聚丙烯类或纤维素类。从以往的国内工程应用来看，聚丙烯类絮凝剂配制的不分散混凝土因为具有价格上的优势而广泛应用于水利工程建设，纤维素类絮凝剂因为价格较高以及性能的原因而很少采用。在使用中也发现，聚丙烯类絮凝剂配制的水下不分散混凝土宏观粘度（对施工机械而言）太高而微观粘度（抗水洗的能力）低（力学性能上表现为水陆强度比低），混凝土静停状态下流动性恢复困难，混凝土拌合时间的较长（强制式搅拌机一般要达到3min），单方混凝土胶凝材料用量高（实际工程的配合比胶凝材料一般都在480kg/m³以上）。上述因素困扰施工界多年并在一定程度上制约了水下不分散混凝土在工程中的应用。

　　通过更换新型的高分子聚合物体系，并对其进行系列性能试验，研制成功新型的UWB-II多糖类絮凝剂，其成本接近聚丙烯类絮凝剂，但性能上基本上克服了聚丙烯类水下不分散混凝土的性能缺点，可以更广泛的应用在各种水利工程领域。

2．主要试验条件

2.1试验材料

　　水泥：盾石P.O42.5水泥，细度3500cm2/g，28d抗压强度48.6MPa；

　　砂：  蓟县产，Ⅱ区中砂,细度模数2.8,含泥量2.7%；

　　石子：蓟县产，石灰岩碎石，粒径5～20mm，连续级配,含泥量0.4%；

　　外加剂：聚丙烯类絮凝剂（简称I型），多糖类絮凝剂（简称II型）；

　　水：自来水；

　　试验采用DL/T5117－2000标准，并参考JC473-92、日本JIS A1112，中国石油集团工程技术研究院标准Q/GCY012-92。

2.2混凝土配比

　　没有给出配比的混凝土采用以下配合比组成：水泥430kg／m3，砂率40％，絮凝剂掺量2.5％（对于c%），流动性控制：塌落度大于22㎝，塌扩度40～50㎝。

3．试验结果与分析

3.1  多糖类絮凝剂配制的水下不分散混凝土性能

3.1.1絮凝剂掺量对抗分散性的影响

　　通过测定悬浊物含量和环境水pH 值，来确定其变化规律，结果如图1和图2所示：

　　从图1和图2可以看出，在絮凝剂掺量达到1.5％以上时，可以控制环境水的浊度在150mg/l以下，PH值在10以下，能较好的满足抗水洗性能要求。

3.1.2絮凝剂掺量对流动性的影响

　　对掺量范围0.5～3.5％之间的塌扩度变化情况进行了研究，结果见图3：

　　从图3可以看出，相同的用水量情况下，絮凝剂掺量在0.5～2.5％时，流动性随掺量的增加而增大，并在2.5％达到最大，当继续加大掺量时，流动性呈下降趋势。

3.1.3絮凝剂掺量对流动性损失的影响

　　对掺量0.5～3.5％之间所引起的塌扩度损失情况进行了研究，结果如表1所示：

表1  絮凝剂掺量与塌扩度损失的关系

　　从表1以看出，絮凝剂在低掺量时1h和2h塌扩度有一定的损失，随着掺量增加2.0％以上，1小时塌扩度不再有损失，而2h塌扩度损失率小于10%。因此认为当掺量达到2.0％以上时，2h的流动性基本无损失。

3.1 .4絮凝剂掺量对体系凝结时间的影响

　　对不同掺量范围变化所引起的凝结时间的变化影响结果如图4所示：

　　从图4可以看出，材料体系的凝结时间随掺量的增加而延长，初凝时间在5~25h,终凝时间相应延长3~5h。

　　从以上研究结果来看，多糖类絮凝剂掺量在2.0~3.0%掺量范围时，配制的水下不分散混凝土具有优异的水下施工性能。

3.2聚丙烯类絮凝和多糖类絮凝剂配制的水下不分散混凝土性能比较

　　对两种类型的絮凝剂配制的水下不分散混凝土，进行了搅拌时间、抗分散性能、流动性损失的比较，结果如下：

3.2.1搅拌时间的比较

　　在混凝土生产中，搅拌时间对施工效率有直接影响；在普通混凝土的生产中，搅拌时间一般控制在60s以内。为了使絮凝剂在混凝土中充分溶解，水下不分散混凝土试验规范（DL/T5117－2000）对搅拌时间做出了如下规定：搅拌2～3min，停止30s，再搅拌2～3min，反复3～5次。作者认为上述规定是针对聚丙烯类絮凝剂配制的水下不分散混凝土，在现实生产中不可能采用如此长的搅拌时间；当采用其它类型的絮凝剂时，搅拌时间应根据试验确定。研究手段认为：当絮凝剂完全溶解以后，混凝土体系粘度趋于稳定，混凝土的流动性也将基本稳定，因此认为混凝土流动性稳定时的搅拌时间，即是混凝土所需要的搅拌时间。 表2对比了两种类型的水下不分散混凝土流动性随搅拌时间变化的情况：

表2  搅拌时间对水下不分散混凝土流动性能的影响

　　从表2可以看出；采用I型絮凝剂配制的混凝土，搅拌时间在300s，其塌扩度值基本趋于稳定；II型絮凝剂配制的混凝土，搅拌时间在75s时，塌扩度值基本趋于稳定。从搅拌时间来看，II型絮凝剂配制的混凝土在生产效率上比I型絮凝剂配制的混凝土要高出一倍以上。

　　继续对不同搅拌时间下的水下不分散混凝土体系的抗分散性进行研究，结果见表3：

表3  搅拌时间对水下不分散混凝土抗分散性能的影响

　　从表3可以看出，I型絮凝剂配制的混凝土，搅拌时间在240s时抗分散性基本上稳定；II型絮凝剂配制的混凝土，搅拌时间在75s时抗分散性能基本趋于稳定。

　　综合表2表3数据可以看出，当流动性稳定时，抗分散性能同样稳定。II型絮凝剂配制的混凝土需搅拌75s以上，I型絮凝剂配制的混凝土需搅拌300s以上。

3.2.2抗分散性能比较

　　对水下不分散混凝土抗分散性能的测定方法有水泥流失率、悬浊物含量、以及pH值，但在实际的工程应用中，关心的大多是混凝土水下水下施工时所能获得的强度，以及所需要配制混凝土的陆上强度，因此忽略上述三项指标的测定，直接测定反映水下不分散混凝土力学性能的抗分散性能指标水陆强度比。

表4  不同类型的絮凝剂配制的水下不分散混凝土水陆强度比

　　从表4可以看出，II型絮凝剂配制的水下不分散混凝土7d水陆强度比达到0.79，28天水路强度比达到0.85，远远高于I型絮凝剂配制的水下不分散混凝土的0.61和0.72 。

3.2.3流动性损失比较

　　普通混凝土对混凝土流动性损失的规定主要是为了满足施工机具（主要是混凝土泵）的要求，而水下不分散混凝土则是为了保证水下施工时的混凝土质量要求。水下混凝土施工时无法振捣，完全靠自身的流动性能完成填充和密实，这要求水下不分散混凝土具有良好的流动性能、填充性能以及流动性保持性能。聚丙烯类水下不分散混凝土的流动性损失呈现出和普通混凝土迥然不同的特性，即采用搅拌车加泵施工时其流动性能1h基本无损失，一旦静停，流动性迅速失去，只有重新增加强力机械搅拌才能恢复。这种性能严重限制了施工机具的选择。首先采用了泵送剂对流动性损失的测定方法进行了比较，结果见表5：

表5  不同类型的絮凝剂配制的水下不分散混凝土流动性静态损失

　　表5可以看出，采用泵送剂标准（认为是在静停状态下）测定流动性损失时，I型水下不分散混凝土损失太快，II型水下不分散混凝土2h以内还能保持45cm以上的塌扩度。

　　模拟混凝土泵车进行动态搅拌，流动性损失见表6：

表6 不同类型的絮凝剂配制的水下不分散混凝土流动性动态损失

　　表65可以看出，在动态情况下，I型絮凝剂配制的水下不分散混凝土1h流动性无损失，II型絮凝剂配制的水下不分散混凝土2h流动性基本无损失。

　　通过对流动性损失的研究，认为I型絮凝剂适用于搅拌车加泵送工艺，要求施工连续作业，混凝土最要不要产生静停状态，而II型絮凝剂由于流动性静停或动态的损失都很小，可以适用于各种工艺。

3.2.4胶凝材料用量比较

　　采用了不同的胶凝材料用量进行了力学性能试验，结果如下表7：

表7  不同的胶结料用量水下不分散混凝土物理力学性能（聚丙烯类）

表8不同的胶结料用量水下不分散混凝土物理力学性能（多糖类）

　　从表7和表8可以看出，胶凝材料在400~480kg/m3 变化时，采用聚丙烯絮凝剂配制的水下不分散混凝土28d水下强度在19.7~25.5 MPa，而采用多糖类絮凝剂配制的水下不分散混凝土强度在27.8~36.1 MPa，强度提高明显。提高的原因在于水灰比的降低以及水路强度比的提高。

　　从对比试验可以看出，多糖类絮凝剂配制的水下不分散混凝土在减少拌合时间、降低流动性损失、提高水陆强度比、减少单方混凝土胶凝材料用量等性能方面，明显优于聚丙烯类絮凝剂。

4、结语

　　综上所述，多糖类絮凝剂具有更好的施工性能，特别在搅拌时间、流动性损失、水陆强度比、胶凝材料用量等指标方面明显优于聚丙烯类絮凝剂，多糖类絮凝剂混凝土具有如下的性能：

　　1）、正常掺量可控制在2.0％～3.0％范围。

　　2）配制的水下不分散混凝土搅拌时间控制75s即可满足要求；其塌扩度能保持2h基本不损失。

　　3）、抗分散性能明显提高，28d水陆强度比可达到85％以上。

　　4）在水泥用量400～480kg/m3之间时即可满足20~30MPa的水下混凝土设计强度要求。