早强型水下不分散水泥基复合材料的性能优化设计

针对严酷服役环境条件中水下混凝土抗拉变形能力差、开裂引发的一系列病害,在水泥浆体中掺入抗分散剂UWB-Ⅲ、粉煤灰、减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维、煤矸石等物质,研究各物质不同掺量对水泥基材料的抗分散性能、水陆强度、微观形貌的影响。结果表明,适量的UWB-Ⅲ可以显著改善浆体的抗分散性能,但过量使用UWB-Ⅲ会降低砂浆的流动性。当UWB-Ⅲ掺量为6.5%时,能够较好的兼顾抗分散性能和流动性。随着粉煤灰或煤矸石替代率的增加,材料抗压强度降低,悬浊物含量增大。随着减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维等掺量的增加,材料抗压强度呈现先增大后减小的趋势。综合分析可知UWB-Ⅲ掺量6.5%,粉煤灰替代率20%,水胶比0.24,减水剂0.5%,速凝剂2%,纤维掺量2%,煤矸石替代率60%的水泥基复合材料具备早强、水下不分散等特点。研究可为水下混凝土开裂提供一种快速修补方法,也可对煤研石进行资源化利用。

水下不分散混凝土性能的试验研究

研究了水下抗分散剂、高效减水剂、消泡剂、水灰比等对水下混凝土抗分散性和抗压强度等性能的影响规律。结果表明:随着水下抗分散剂掺量增加,混凝土的抗压强度下降。当水下抗分散剂和高效减水剂复合掺加时,能够提高混凝土抗压强度。掺加消泡剂有利于提高水下抗分散混凝土的工作性和抗压强度。降低水灰比有利于提高混凝土的水下抗分散性和抗压强度。

面向水下智能建造的3D打印混凝土配合比优化研究

随着陆地资源紧缺,水下建造成为工程开发的必经之路。现阶段水下混凝土的研究较为系统,尚无针对水下3D打印混凝土的研究见诸报道。水下智能建造可数字成型、免模施工,有利于推动深地深海工程的发展,3D打印混凝土为其核心技术。目前面向水下混凝土和陆地3D打印混凝土的设计方法尚未综合考虑水下智能建造工艺和服役环境的特殊性。因此,本工作根据力学性能、可打印性能、水下工作性能建立了水下3D打印混凝土配合比优化设计流程,针对水胶比、矿粉掺量、砂胶比、细骨料级配、絮凝剂掺量、触变剂掺量等材料参数开展序列化试验设计和试验研究。结果表明:成型后混凝土28 d抗压强度随水胶比、矿粉比例和砂胶比等参数的增长呈现降低趋势,其中水胶比影响最显著,其次为矿粉比例,砂胶比和絮凝剂掺量对材料强度的影响较小。基于试验数据和鲍罗米公式提出了具有较高拟合精度的水下3D打印混凝土配合比设计模型。综合考虑打印成型混凝土强度和水下不分散性确定絮凝剂最佳掺量为胶凝材料质量的2%。确定流动度在165~190 mm范围可保障水下打印建造,基于DIC监测信息以砂胶比、触变剂掺量以及细骨料级配为基本变量建立3D打印混凝土建造期竖向变形时变预测模型,可用于水下3D打印混凝土建造稳定性控制。本工作首次面向水下智能建造建立了3D打印混凝土配合比优化设计流程,提出了水下3D打印混凝土强度设计模型和建造期竖向变形预测模型,为水下智能建造提供理论依据和工程借鉴。优化后水下打印成型混凝土28 d抗压强度达到55 MPa,水陆强度比达到93.9%,可满足水下智能建造结构的性能要求。

水下不分散混凝土(NDC)配合比及钢管-混凝土粘结强度试验研究

通过研究,确定胜利油田单立柱平台水下不分散混凝土(NDC)最佳配合比;研究了水下不分散混凝土的基本物理力学性能,得出钢管-水下不分散混凝土的粘结强度。结果表明,水泥最佳用量为467kg/m3,90d龄期抗压强度为空气中浇筑混凝土强度的88%,钢管尺寸对结果的影响明显。

新型水下聚凝充填材料配合比及力学性能试验研究

为了配制既满足工作性能又能达到基本力学性能要求的新型水下聚凝充填材料(NWC-FM),从盾构泥入手,用X射线、扫描电镜(SEM)和光学显微镜分析其微观形貌、孔径分布及宏观性能,基于此初步确定5组配合比,并通过力学性能试验进行验证。结果表明,NWC-2组试块弹性模量最大,抵抗变形的能力最大;NWC-2组试块峰值应力最大,为10.25MPa,NWC-4组试块峰值应力次之,为7.76MPa,NWC-5组试块峰值应力最小,为2.462MPa。经分析调整,选取NWC-5组作为最优配合比,且满足配制要求。

珊瑚砂水下不分散混凝土性能试验研究

研究了水泥用量、絮凝剂掺量、砂率对海水拌和珊瑚砂水下不分散混凝土性能的影响。结果表明:珊瑚砂水下不分散混凝土单位用水量为235~283 kg/m^3时,砂率对单位用水量的影响最为显著,用水量随砂率增加而增大;水泥用量为400~490 kg/m^3时,28 d抗压强度在26~39 MPa之间,可配制C20~C30水下不分散混凝土;水泥用量对抗压强度的影响最为显著,强度随水泥用量的增加而增大;水陆强度比随水泥和絮凝剂掺量增加而增大。

基于因子设计法优化和预测水下不分散混凝土的抗分散性能

为了对影响水下不分散混凝土施工质量最关键的3个技术指标(絮凝性、流动性和水陆强度比)进行优化设计以及预测,在试验数据的基础上,采用因子设计法对其进行了优化计算和建模.试验设计了3个因子:水胶比(mW/mB)为0.35~0.45,絮凝剂(AWA)用量为0.20%~1.50%,减水剂(PC)用量为1.20%~1.80%.结果表明:水下不分散混凝土最佳水灰比、AWA用量和PC用量分别为0.39、0.86%、1.47%,预测水下不分散混凝土对应的扩展度为184.0 mm,悬浊物含量为113.2 mg/L,水陆强度比为77.4%.

铝酸盐水泥基砂浆水下不分散性研究

选用铝酸盐水泥:普通硅酸盐水泥:二水石膏质量比例为85∶4∶11三元胶凝体系,研究了水下不分散剂掺量对自流平铝酸盐水泥基砂浆水下不分散性能。通过测试其水陆强度比、pH值、浊度并结合XRD和SEM微观分析,得出以下结论:在相同水胶比条件下,随着水下抗分散剂掺量的提高,砂浆的水下抗分散性能得到改善。水胶比增大想要获得相同的抗分散性能,需相应提高水下抗分散剂掺量的方式而获得。水胶比0.30且水下不分散剂掺量1.0%和水胶比0.38且水下不分散剂掺量1.8%时,铝酸盐水泥砂浆的水陆强度比均大于100%。XRD和SEM分析表明,砂浆水下浇筑通过水层时能吸收少量的水分,降低了砂浆的黏度,使得成型过程中部分气泡溢出,导致砂浆结构更加密实。

铝酸盐水泥基砂浆抗分散性研究

选用m(铝酸盐水泥)∶m(普通硅酸盐水泥)∶m(水石膏)=85%∶4%∶11%的三元胶凝体系,通过控制凝结时间制备出了自流平水下抗分散铝酸盐水泥基砂浆。通过测试其水陆强度、pH值、浊度并结合SEM微观分析,探究了铝酸盐水泥基砂浆抗分散性。结果表明,通过酒石酸和葡萄糖酸钠双掺解决了铝酸盐水泥基砂浆流动度损失大的问题。再生乳胶掺量增加优化了砂浆的抗分散能力。通过模拟水下现场浇筑,发现水下成型的铝酸盐水泥基砂浆试件的28 d抗压强度均在70 MPa以上,形成了控制凝结时间的水下成型制备技术。SEM揭示控制凝结时间的浇筑技术,水下成型的铝酸盐水泥砂浆试件内部密实、孔隙率低。

影响水下混凝土抗压和粘结劈裂抗拉强度的原因探析

为了解决在水库大坝水下工程施工过程中出现的水下浇筑混凝土强度不稳定问题,进一步准确掌握材料配比与施工工艺,我们在试验室对3种常用水下修补材料展开了针对性、系统性的试验,探析了影响水下混凝土抗压和粘结劈裂抗拉强度的因素,找到了提高强度指标的措施,取得了一些实用性的成果。

新型水下不分散混凝土的性能研究

对聚丙烯类和聚糖类絮凝剂配制的水下不分散混凝土进行了性能比较,结果表明聚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75 s,混凝土动态和静态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。

高流动性水下抗分散混凝土的配制研究

依据工程规范要求,配制出具有较优抗分散性和流动性的水下抗分散混凝土,立足于研究聚丙烯酰胺最佳分子量、最佳掺量的基础上,着重讨论不同掺量的粉煤灰、减水剂对改性后砂浆的pH值、悬浊物含量以及流动性能的影响,得出结论:聚丙烯酰胺最佳分子量为1000万,聚丙烯酰胺、粉煤灰、减水剂掺量分别为水泥质量的0.8%、17%、1.3%时,配制出的水下不分散混凝土具有较优抗分散性及流动性,28天水陆抗压强度比可达87.6%。

水下堆石混凝土可行性研究

本文结合堆石混凝土技术和水下不分散混凝土技术,开展水下堆石混凝土试验研究。首先根据水下浇筑混凝土的特点,设计了进行水下堆石混凝土浇筑所需要的专用自密实混凝土配合比,采用水下浇筑模拟方式,完成了尺寸为500mm×500mm×500mm的水下堆石混凝土大试块浇筑试验。试验成果说明:完成的水下堆石混凝土试块密实度好,水陆强度比大于70%,且轴心抗压强度值达到29MPa,验证水下堆石混凝土技术的可行性。本文为水下堆石混凝土技术的进一步发展奠定试验基础。

水下不分散混凝土柱抗剪承载力试验研究

通过对水下不分散钢筋混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在轴向荷载和水平低周反复荷载作用下的对比试验研究,分析了两者抗剪承载力的区别以及影响水下不分散混凝土柱抗剪承载力的因素,如剪跨比、轴压比、配箍率等。试验结果表明,用规范给出的公式计算水下不分散混凝土柱所得的结果与试验值相差较大,通过修正得出了水下不分散混凝土柱抗剪承载力的计算公式,计算结果与试验值较为吻合。