吳 偉， 相 福 壯， 丁 建 彤， 李 曉 華， 許 文 英

(中國(guó)水利水電第七工程局試驗(yàn)檢測(cè)研究院，四川 成都 610015)

1 概 述

采用水下導(dǎo)管法施工相比傳統(tǒng)圍堰施工能大幅度節(jié)約施工成本、加快施工進(jìn)度，但其對(duì)水下不分散混凝土提出了較高的性能要求：需要其具有大流態(tài)、無(wú)振搗、自填充，同時(shí)能抵抗被水稀釋的能力。水下不分散混凝土的性能被哪些因素影響以及其影響幅度是設(shè)計(jì)水下不分散混凝土配比的關(guān)鍵并成為相關(guān)研究熱點(diǎn)：絮凝劑種類[1]對(duì)水下混凝土抗分散能力的影響；不同砂率、石子大小以及水膠比對(duì)水下混凝土抗分散性、水中與陸地強(qiáng)度比[2]的影響；添加硅灰、粉煤灰等優(yōu)化膠凝材料對(duì)水下混凝土水中陸地強(qiáng)度比、凝結(jié)時(shí)間的影響[3]。但上述研究?jī)?nèi)容偏重于普通水下混凝土的強(qiáng)度與抗分散性。文中所介紹的研究是基于高性能水下不分散混凝土(水膠比≤0.4)，考察配比參數(shù)對(duì)其流動(dòng)性和抗分散性的影響。具體研究過(guò)程如下：通過(guò)對(duì)比水下不分散混凝土流動(dòng)性和抗分散性的不同表征方法，選取敏感性高的測(cè)試方法應(yīng)用于此次研究；選取絮凝劑摻量分別為 0%、1.5%和 3%、水膠比分別為 0.36 和 0.4 以及不同膠凝材料組成(硅灰和粉煤灰分別替代水泥質(zhì)量的 10%和 0%、5%和 15%及 8%和 15%)，通過(guò)減水劑摻量調(diào)整以測(cè)試水下不分散混凝土在不同流動(dòng)性條件下的抗分散性；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析得出上述參數(shù)對(duì)水下不分散混凝土流動(dòng)性和抗分散性的相互關(guān)系的影響規(guī)律。

2 試驗(yàn)與討論

研究采用的材料：

(1) 水泥：拉法基P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其渤氏法比表面積為355 m2/kg，密度為3.08 g/cm3；

(2) 硅灰：成都東藍(lán)星新材料股份有限公司生產(chǎn)的硅灰，SiO2含量為92%，需水量比為118%，28 d活性為108%；

(3) 粉煤灰：四川博磊生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度為8%，需水量比為95%，28 d活性為75%；

(4) 細(xì)骨料：人工破碎骨料，細(xì)度模數(shù)為2.66，表觀密度為2 710 kg/m3，吸水率為1.1%；

(5) 粗骨料：人工破碎骨料，其粒徑為5～20 mm，骨料表觀密度為2 720 kg/m3，針片狀含量為5%；

(6) 減水劑：石家莊市長(zhǎng)安育才建材有限公司生產(chǎn)的GK-3000聚羧酸減水劑，固體含量為40%；

(7) 絮凝劑：中國(guó)水利水電第七工程局生產(chǎn)的HB7-18粉體絮凝劑。

此次研究分別采用水膠比為0.36和0.4、絮凝劑摻量為0%、1.5%和3%進(jìn)行試驗(yàn)。為方便記錄，將文中的水泥、硅灰、粉煤灰和抗分散劑分別記為C、 SF、F和AWA。如試驗(yàn)編號(hào)C80SF5F15-AWA1.5表示水泥用量為膠材總質(zhì)量的80%，硅灰為5%，粉煤灰為15%，絮凝劑為1.5%。試驗(yàn)用混凝土配合比見(jiàn)表 1。

表1 試驗(yàn)用混凝土配合比表 /kg·m-3

所采用的水下混凝土性能測(cè)試方法按《水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T5117-2000進(jìn)行。對(duì)比該規(guī)程中的流動(dòng)性和抗分散性表征方法敏感性，此次研究采用敏感性高的擴(kuò)展度表征流動(dòng)性，采用懸濁物含量表征抗分散性。pH與懸濁物含量敏感性見(jiàn)圖1，坍落度與擴(kuò)展度敏感性見(jiàn)圖2。

圖1 pH與懸濁物含量敏感性示意圖

圖2 坍落度與擴(kuò)展度敏感性示意圖

2.1 抗分散劑摻量對(duì)抗分散性和流動(dòng)性相互關(guān)系的影響

不同摻量的絮凝劑對(duì)水下混凝土的流動(dòng)性和抗分散能力的影響可以通過(guò)擴(kuò)展度與懸濁物含量的關(guān)系進(jìn)行表征。C100不同絮凝劑摻量條件下擴(kuò)展度與懸浮物含量關(guān)系見(jiàn)圖 3。

圖3 C100不同絮凝劑摻量條件下擴(kuò)展度與懸浮物含量關(guān)系圖

研究結(jié)果表明：通過(guò)提高減水劑摻量以獲得更大擴(kuò)展度的方式將導(dǎo)致水下混凝土抗分散能力下降。固定某一擴(kuò)展度，可以看出懸濁物含量隨絮凝劑的增加而降低。以550 mm擴(kuò)展度為例，絮凝劑從0%增加到1.5%，懸濁物含量由1 510 mg/L下降至700 mg/L，降幅為53%；進(jìn)一步提高絮凝劑摻量至3%，懸濁物含量下降至500 mg/L，降幅度達(dá)67%。由此可見(jiàn)：提升絮凝劑摻量可以有效地提高水下混凝土的抗分散性能，這是因其增加了漿體黏度和保水能力的緣故，可以有效抵抗黏度下降。

2.2 不同水膠比對(duì)抗分散能力和流動(dòng)性相互關(guān)系的影響

水膠比(W/C)從0.4降低至0.36對(duì)抗分散能力和流動(dòng)性相互關(guān)系的影響見(jiàn)圖4。不同水膠比和絮凝劑摻量對(duì)抗分散性和流動(dòng)性的影響見(jiàn)圖4。

圖4 不同水膠比和絮凝劑摻量對(duì)抗分散性和流動(dòng)性的影響示意圖

從整體趨勢(shì)看，懸濁物含量均隨擴(kuò)展度的增大而提高且不受水膠比的影響。固定擴(kuò)展度、降低水膠比使懸濁物含量下降，抗分散性增強(qiáng)。當(dāng)擴(kuò)展度為500 mm時(shí)，水膠比從0.4降低至0.36，絮凝劑摻量在1.5%的條件下，其懸濁物含量從570 mg/L下降至380 mg/L，下降幅度為33%；絮凝劑摻量在3%的條件下，其懸濁物含量從420 mg/L下降至190 mg/L，下降幅度為55%。由此可見(jiàn)：降低水膠比可以提升水下混凝土的抗分散能力；在降低水膠比的同時(shí)，提高絮凝劑摻量可以產(chǎn)生疊加效應(yīng)，其抗分散能力提升幅度增強(qiáng)。

2.3 膠凝材料的組成對(duì)抗分散性和流動(dòng)性相互關(guān)系的影響

在絮凝劑摻量為3%，水膠比為0.36的條件下，不同膠凝材料的組成對(duì)抗分散性和流動(dòng)性相互關(guān)系的影響見(jiàn)圖5。

圖5 不同膠凝材料組成對(duì)抗分散性和流動(dòng)性的影響示意圖

在膠凝材料中引入摻合料的方式降低了懸濁物含量，增加了水下混凝土的抗分散性。擴(kuò)展度小于450 mm時(shí)，對(duì)比C100，加入摻合料方式的懸濁物含量降低幅度較?。欢?dāng)擴(kuò)展度大于450 mm時(shí)，其降幅明顯，與文獻(xiàn)[3]觀察到的現(xiàn)象一致。

固定某一擴(kuò)展度，C80SF5F15表現(xiàn)出最佳的抗分散性能。例如，在擴(kuò)展度為550 mm時(shí)，C80SF5F15的懸濁物含量為185 mg/L、C100為285 mg/L，兩者之間的差異幅度為35%。C90SF10的抗分散能力增幅次之；對(duì)比C100，懸濁物含量下降幅度為28%；C77SF8F15降幅最小，降低幅度為12%。摻合料中的細(xì)顆粒使膠凝材料體系的密實(shí)度提高、比表面積提升、漿體內(nèi)聚力增強(qiáng)導(dǎo)致其產(chǎn)生了更強(qiáng)的保水能力，與普通混凝土中摻合料的作用機(jī)理相同[4～6]。

由此可見(jiàn)，在制備大流態(tài)水下混凝土?xí)r，通過(guò)采用摻合料(細(xì)粉料)替代部分水泥的方式可以明顯降低懸濁物含量，增加其抗分散性能；在小流動(dòng)度時(shí)采用該項(xiàng)技術(shù)，對(duì)提高水下混凝土的抗分散性并不明顯。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于此次配比組成對(duì)流動(dòng)性和抗分散能力影響研究取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：

(1) 對(duì)于水下不分散混凝土，其流動(dòng)性、抗分散能力的測(cè)試方法分別采用擴(kuò)展度、懸濁物含量表征比坍落度、PH 值的評(píng)價(jià)方法具有更高的測(cè)試敏感性；

(2)減水劑以及絮凝劑摻量對(duì)水下不分散混凝土的流動(dòng)性與抗分散能力的影響成正比；

(3)水膠比的降低增加了水下混凝土的抗分散能力，且其與絮凝劑產(chǎn)生了疊加效應(yīng)；

(4)采用摻合料(細(xì)粉料)替代部分水泥可以增加水下混凝土的抗分散性能且存在最優(yōu)替代率。