水下不分散混凝土抗分散剂优化设计与凝结时间调控

水下不分散混凝土(non-dispersible underwater concrete,NDC)为涉水工程的施工提供抗冲刷能力,为实现水下不分散混凝土性能的提升,文章探讨抗分散剂的优化设计和凝结时间的调控,选取聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)和羟丙基甲基纤维素(hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC)作为抗分散剂主剂,聚羧酸减水剂、有机硅和聚醚类消泡剂作为辅剂,从抗分散性和流动性的角度对水下不分散混凝土抗分散剂的组成进行优化设计,同时选取碳酸锂和硫酸铝作为调凝剂,对水下不分散混凝土的凝剂时间进行调控。研究结果表明:采用HPMC作为主剂、聚羧酸减水剂和聚醚类消泡剂作为辅剂制备抗分散剂,可以使得水下不分散混凝土具有较好的抗分散性和流动性;其中,含水泥质量分数0.45%的HPMC和1%聚羧酸减水剂的新拌水泥砂浆(水胶质量比为0.5,胶砂质量比为2)表现出优异的抗分散性和良好的流动性,其pH值为9,扩展度为150 mm;在该体系中,硫酸铝的调凝效果较好且经济效益更高,但使用时用量应少于2%。对抗分散剂的优化设计和凝结时间的调控为水下不分散混凝土的相关实验研究提供了重要参考。

不同侵蚀环境下水下不分散混凝土抗Cl-和SO_(4)^(2-)渗透性能研究

在不同侵蚀环境中的水下不分散混凝土会受到侵蚀离子的渗透,严重影响水下不分散混凝土的耐久性能。研究了不同强度等级的水下不分散混凝土在氯盐溶液、硫酸盐溶液和复合盐溶液3种侵蚀环境下抵抗侵蚀离子渗透的能力。通过分析不同矿渣掺量下抗侵蚀离子渗透性能的影响,探究Cl^(-)和SO_(4)^(2-)在渗透过程中的耦合作用,并利用AutoPoreIV9500压汞仪测试不同侵蚀龄期各试样的孔隙特征。结果表明:在距离侵蚀表面5 mm和30 mm处,C35混凝土比C25混凝土的离子浓度降低7%~60%;在相同侵蚀环境下,掺入矿渣粉可以显著减小水下不分散混凝土中侵蚀离子浓度;水下不分散混凝土中的孔隙组成以直径小于50 nm的介孔和微孔为主,矿渣的掺入细化了孔隙结构。即水下不分散混凝土的抗渗性能随着其抗压强度等级的提高而显著提高,并且矿渣粉的掺入使结构更加致密,从而有效提高混凝土抗Cl^(-)和SO_(4)^(2-)渗透性能。

大掺量粉煤灰制备水下不分散混凝土及性能研究

因为特殊的施工环境,需要动态平衡水下不分散混凝土的新拌流动性能和抗分散性能。研究了大掺量粉煤灰对混凝土工作性能、抗分散性和力学性能的影响。结果表明,粉煤灰掺量不大于50%时,可以实现大掺量粉煤灰水下不分散混凝土的制备。综合考虑材料性能和经济性能,粉煤灰掺量为50%时水下不分散混凝土性能较优,此时新拌混凝土坍落度、扩展度分别为250、545 mm;屈服应力、塑性黏度分别为47.4 Pa、4.4402 Pa·s;抗分散性能良好;7、28 d抗压强度及水陆强度均达到一等品要求。

水下不分散混凝土的配制及性能影响

采用单一变量法和正交试验法,探究了水胶比、絮凝剂掺量和粉煤灰掺量对水下不分散混凝土流动性、抗压强度及抗渗性能的影响。结果表明:絮凝剂掺量对混凝土流动性影响最大,为保证施工时混凝土有较好的流动性,絮凝剂掺量不宜过多,采用粉煤灰适量取代水泥,能节约经济成本,提高混凝土的流动性。水胶比对混凝土抗压强度和抗渗性能的影响最大,当水胶比为0.39、絮凝剂掺量为3.0%、粉煤灰掺量为15%时,水下不分散混凝土的抗压强度与抗渗性能最高。

大流动性高水陆强度比的水下不分散混凝土的配制

目前已建大中型水电工程中普遍存在冲磨、空蚀破坏,有的甚至危及建筑物的结构安全,需对运行期水电站进行修补。开展高性能水下修补材料研究,对保障泄水建筑物混凝土结构服役寿命,确保水利水电工程使用安全至关重要。采用絮凝剂、硅灰、粉煤灰等材料进行试验配制,获得施工性能优异、水陆强度比高的水下不分散混凝土。研究结果表明:采用2%自行研制的HB7-28型絮凝剂、内掺8%的硅灰、10%粉煤灰组合材料,可配制出扩展度超过500mm、水下抗分散能力提升46%、28d水陆强度比高达94%的高性能混凝土。

栈桥钢管混凝土柱水下浇筑桩芯超灌高度控制技术

某深基坑栈桥临时竖向支撑柱采用钢管混凝土柱,为一柱一桩结构,在一次性水下混凝土浇筑时,桩芯超灌量影响后续基坑土方开挖过程中混凝土的剔凿量,而剔凿产生的振动可能影响钢管混凝土柱的承载能力。文中通过比选垂直插入法、封顶钢板法,分析了桩芯超灌量的影响因素,提出了混凝土水下灌注及桩孔同步回填工艺,并介绍了具体的施工流程。

骨料特征对水下不分散混凝土性能的影响

利用分形理论结合图像处理方法对骨料的级配和粒形特征进行了定量评价,研究了不同分形维数下骨料特征对水下不分散混凝工作性、抗分散性能、力学性能、气泡特征、抗冻性能的影响。结果表明:随着级配分形维数的增加,水下不分散混凝土的工作性和抗压强度先提高后降低,抗分散性能提高,但抗冻性能降低,气泡间距系数与抗冻性能间存在良好的对应关系;当级配分形维数为2.5时,综合性能相对最佳;随着粒形分形维数的增加,水下不分散混凝土的工作性略有提高,但对抗分散性能、抗压强度、抗冻性能的提高效果不显著。

基于响应面法的水下不分散混凝土性能影响因素研究

水下不分散混凝土因其具有良好的水下抗分散性、水下自密实等优点,能够适应特定水下部位的施工需求。为优化某水电站集运渔工程水下施工混凝土配合比,基于响应面法的试验设计,开展了絮凝剂掺量、减水剂、水泥三因素三水平配合比试验,建立了三因素与水下不分散混凝土工作性能、抗分散性能、力学性能的预测模型,分析了各因素之间的相互作用及其对目标性能的影响规律。结果表明,各因素间的交互作用中,减水剂和水泥掺量对混凝土坍落度有显著有利影响;絮凝剂和水泥掺量对混凝土溶液悬浮物含量有显著有利影响;减水剂和水泥掺量对混凝土抗压强度有显著负面影响。基于预测模型提出了混凝土配合比的优化路径,可为集运渔工程水下施工提供技术参考。

基于不同配合比的水下不分散混凝土试验研究

研究选用悬浊物含量和扩展度指标,通过试验探究了水下不分散混凝土的抗分散性与流动性受胶凝材料组成、水胶比及絮凝剂用量的影响。试验表明:在扩展度相同情况下,随絮凝剂掺量的增大悬浊物含量逐渐减小,扩展度为550mm时掺4%絮凝剂相比于基准组的抗分散性增幅66.28%,掺2.0%絮凝剂且扩展度为500mm时水胶比0.40相比于0.35组时的抗分散性降幅为33.33%,扩展度550mm时复掺14%粉煤灰和6%硅灰组相比于基准组抗分散性增幅为30.16%,可为水下浇筑成型混凝土通过自重实现密实填充以及较强的抗水稀释能力、高流动态提供科学依据。

矿物掺合料和抗分散剂对水下不分散混凝土性能的影响研究

针对水下不分散混凝土强度普遍偏低的情况,试验分析了水下不分散混凝土强度、抗分散性、工作性能受矿物掺合料和抗分散剂的影响规律。试验表明,掺20%降黏增强剂、5%硅灰和2.5%抗分散剂配制的水下成型混凝土28d强度达到55MPa,具有优异的抗氯离子渗透性和工作性能,可以满足高强性能要求。

水下抗分散混凝土的纤维性能改良试验

为提高水下混凝土抗分散性能,对水下抗分散混凝土采用钢纤维和聚乙烯醇进行纤维性能改良,并对改良后的性能进行测试。测试结果表明:水下混凝土的坍落度和坍扩度随着钢纤维掺量增加而逐步大幅减小;抗压强度和抗折强度随着聚乙烯醇掺量达到0.20%、0.15%时分别达到最大。研究成果对于水下混凝土抗分散性能的提升具有参考价值。

纤维对水下不分散混凝土性能的影响研究

针对现有水下不分散混凝土存在水陆强度比低、力学性能差等问题,基于DL/T 5117—2021《水下不分散混凝土试验规程》所提出的流动性能及抗分散性能需求,以聚丙烯纤维、玻璃纤维及玄武岩纤维为参数,探究了不同纤维对水下不分散混凝土性能的影响。结果表明,不同种类纤维的掺入均会导致水下不分散混凝土的流动性能下降,且聚丙烯纤维下降最大,玄武岩纤维次之,玻璃纤维最小;相比于聚丙烯纤维,玻璃纤维和玄武岩纤维对水下不分散混凝土抗压强度的改善作用更为明显,且硅灰和纤维的共同作用能够进一步改善水下不分散混凝土的水、陆抗压强度;玻璃纤维和玄武岩纤维均有助于改善水下不分散混凝土的抗分散性能,而聚丙烯纤维则会导致水下不分散混凝土抗分散性能下降,且掺入0.1%聚丙烯纤维后,悬浊物含量不能满足DL/T 5117—2021标准要求。

水下不分散混凝土抗分散性能试验方法研究进展

我国对水下不分散混凝土抗分散性能的测定已有相关的标准。但这些标准对水下不分散混凝土抗分散性能的测定是在静水下进行的,与实际施工的动水、深水高压等环境有所不符。动水环境对水下不分散混凝土的影响主要包括其对水下不分散混凝土浇筑过程的冲刷和对浇筑后未凝结硬化的水下不分散混凝土表面的冲刷两个方面。此外,不同水压对水下不分散混凝土的冲刷也存在一定的影响。就以上几方面研究中出现的国内外试验装置以及试验方法进行了综述,以期对复杂环境中水下不分散混凝土的抗分散性能的测试做出贡献。

水下浇筑混凝土用抗分散剂试验研究

研究了以多种有机和无机材料复合,配制成的一种水下浇筑混凝土用抗分散剂。通过测定砂浆相关性能指标,确定了各组分复配的比例,并通过混凝土浇筑进行了验证性试验。研究结果表明,该复合外加剂可以满足水下浇筑混凝土施工要求,制备的水下抗分散混凝土主要技术指标符合规范要求。

建筑垃圾再生骨料制备水下抗分散混凝土的研究

为了提高建筑垃圾再生骨料在混凝土中的应用效果,借助骨架-填充原理,采用等体积替代法对建筑垃圾再生骨料在混凝土中的应用进行了研究。结果表明:建筑垃圾再生骨料可以替代传统骨料制备混凝土,再生骨料粒径越小,对混凝土抗压强度的影响也越小;最佳的再生骨料替代方案为再生机制砂等体积100%替代机制砂,小石和中石均采用天然骨料,制备的再生混凝土7、28 d抗压强度分别为33.89、43.31 MPa。采用60%羟丙基甲基纤维素和40%聚丙烯酰胺复合作为絮凝剂制备再生骨料水下抗分散混凝土,复合絮凝剂掺量为0.3%时抗分散效果较好,28 d水陆强度比为0.87,坍落扩展度为543 mm。

减水剂和抗分散剂在水下混凝土中的应用研究

试验选用不同掺量的减水剂和抗分散剂,通过测试混凝土的抗分散性、扩展度、抗压强度以及水泥砂浆与砂浆的透明度、扩展度、浊度、pH值、水陆强度比等确定其最优掺量。研究表明:掺18%粉煤灰、2%减水剂和0.55%分子量为1500万抗分散剂配制的水下不分散混凝土抗分散性和流动性最优,抗压强度等主要性能指标能够达到水下施工技术要求。

超深地下连续墙大体积水下混凝土浇筑方法的研究

基于昆明某超深基坑围护工程,对该项目施工过程中超过96 m的地下连续墙围护结构施工中大体积水下混凝土浇筑的控制要点进行研究。根据实际施工经验,结合理论分析,对浇筑前的准备工作、浇筑过程控制以及浇筑异常情况进行了详细分析与阐述。结果表明在浇筑大体积混凝土之前需规划好混凝土罐车运输的交通路线,以保障浇筑不中断;并且首灌混凝土方量也需要进行计算,保证浇筑底管埋深不小于2.5 m,确保浇筑质量。

絮凝剂用量对水下不分散混凝土性能影响的研究

研究了中交二航武汉港湾新材料有限公司研制的SCR-Ⅲ型絮凝剂的用量对水下不分散混凝土的各项指标的影响规律,并比较了不同条件下成型试块的各项指标。结果表明:絮凝剂用量增加虽然降低水下混凝土的流动性,但可以明显提高水下成型的抗分散性与抗压强度,改善混凝土的耐久性,结合各项性能指标确定了水下不分散混凝土的最佳絮凝剂用量。

C30水下桩混凝土配制及性能试验研究

为了给高性能C30水下桩混凝土的配制提供一些参考,利用试验法,以聚丙烯酰胺为抗分散剂主剂,以聚羧酸高效减水剂为辅剂,分析了C30水下桩混凝土的配制方法,验证了不同水胶比、不同砂率下的C30水下桩混凝土抗分散性、抗渗性、抗剪切性等。得出:在水胶比为0.42、砂率为41%、聚丙烯酰胺为1.3kg/m3、聚羧酸高效减水剂为3.9kg/m3时,C30水下桩混凝土抗分散性、抗渗性、抗剪切性能达到最佳。

矿渣粉对水下不分散混凝土耐盐腐蚀性能影响试验研究

为提高水下不分散混凝土耐盐腐蚀性能,提出掺入S105级粒化高炉矿渣粉,并进行不同盐溶液环境下的腐蚀性试验研究。结果表明:硫酸盐对不分散混凝土的腐蚀性最大,其次为硫酸盐+氯化钠溶液,最小的为氯化钠溶液;随着粒化高炉矿渣粉掺量的增加,水下不分散混凝土耐盐腐蚀性能越好;掺入60%的粒化高炉矿渣粉,可以多消耗60%~80%的Ca(OH)2,有效降低钙矾石和二水石膏的生成量,并生成致密物质填充在孔隙结构,从而阻止盐溶液的进一步渗入,防止被盐腐蚀。