C125海上风电超高性能灌浆料的制备及关键性能研究

研究了水胶比、胶砂比、硅灰及降黏增强剂掺量,复合外加剂掺量及UWB-Ⅱ掺量对C125海上风电灌浆料流动度、分层度、抗压强度、水陆强度比及悬浊物含量的影响规律。结果表明:水胶比与灌浆料的流动度、分层度及悬浊物含量正相关,与灌浆料的抗压强度和水陆强度比负相关;胶砂比与灌浆料的抗压强度及水陆强度比正相关,与灌浆料的流动度、分层度及悬浊物含量负相关。硅灰可提高灌浆料的抗压强度和水陆强度比,降低分层度及悬浊物含量,也会降低灌浆料的流动度。降黏增强剂可提高灌浆料的流动度、强度和水陆强度比,但会增加灌浆料的分层度及悬浊物含量。复合外加剂可提升灌浆料的流动度,但会降低灌浆料的强度和水陆强度比。UWB-Ⅱ可提升灌浆料的水陆强度比,降低分层度和悬浊物含量,但会降低灌浆料的流动度及强度。采用1∶1的胶砂比,0.11的水胶比,内掺8%的硅灰与8%的降黏剂,外掺1%的复合外加剂和1.5%的UWB-Ⅱ时,灌浆料性能最优,此时灌浆料的初期和30 min流动度分别为350 mm和330 mm,分层度为2.4 mm,1 d和28 d陆上强度分别为50.3 MPa和137.2 MPa,28 d水陆强度比为98.6%,悬浊物含量为55 mg/L。

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。

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。

高性能同步注浆材料的耐久性与抗水分散性能研究

通过硫酸盐侵蚀深度、抗水渗透压力及电通量表征注浆材料耐久性能,采用水陆强度比表征注浆材料的抗水分散性能。研究了配合比参数及功能性复合掺合料对注浆材料耐久性及抗水分散性能的影响,并探究了试验方法的可行性。研究结果表明,水胶比的降低可提高注浆材料的耐久性能,提高注浆材料的抗水分散性能,降低膨润土掺量同时掺入一定比例的功能性复合掺合料,可进一步提高注浆材料的耐久性能及抗水分散性能。硫酸盐侵蚀深度更适用于掺膨润土的传统注浆材料抗硫酸盐侵蚀性能的表征,对于不掺膨润土的高性能注浆材料的抗硫酸盐侵蚀性能表征不明显。采用测试混凝土与注浆材料的结合体电通量的方法可用于对比注浆材料电通量的差异,但很难表征注浆材料本体的抗氯离子渗透性能。

抗水分散剂对高抗水分散同步注浆材料性能的影响

采用不同抗水分散剂配制高抗水分散同步注浆材料,研究抗水分散剂种类(PAM、MC、XG、SF)及掺量对注浆材料稠度、流动度、泌水率、黏度及水陆强度比的影响。研究表明,SF、MC对注浆材料泌水率改善作用较好,对注浆材料稠度、流动度及黏度影响不大,但对注浆材料水陆强度比提升作用不显著。PAM与XG对注浆材料水陆强度比改善作用显著,对注浆材料泌水率也有一定的改善作用,但较高掺量时会导致注浆材料黏度明显增加,流动度及稠度显著降低,从而对注浆材料可施工性能产生不利影响。因此,应综合考虑抗水分散剂的特异性,采用复合掺用的方式以发挥抗水分散剂优势互补的作用,进一步获得效果最佳的抗水分散效果。

铝酸盐水泥基水下灌浆材料的制备及性能表征

为解决水下灌浆材料的抗分散性差、流动性差、早期强度低等施工技术难题,通过铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥及二水石膏三元胶凝体系的砂浆及混凝土的流动性、抗分散性及抗压强度试验,确定了最佳絮凝剂为UWB-Ⅱ型絮凝剂、最佳掺量为胶凝材料的2.5%,葡萄糖酸钠缓凝剂的最佳掺量为胶凝材料的1‰,最终制备出快硬、早强、易于施工的水下灌浆材料,并应用于兴泉铁路六角宫水库中桥承台及桩基在深水斜岩地区水下灌注浆施工中,效果良好,可为同类工程提供借鉴。

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%。