張雪娟

（遼陽市金洋建設(shè)工程項目管理有限公司，遼寧 遼陽 111000）

由于收縮變形、內(nèi)外溫差和受各種應(yīng)力作用等原因，水工混凝土表層或內(nèi)部很容易產(chǎn)生一定的開裂，不僅對工程結(jié)構(gòu)外觀造成不利影響，還會危害其耐久性甚至直接威脅整個結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行[1-5]。然而，對處于水下環(huán)境的部分橋墩、大壩等建筑物的裂縫處理，在修補(bǔ)時很難與水完全隔離，施工作業(yè)大多是在有水條件下實施，修補(bǔ)難度相對更大[6]。

目前，已有許多較成熟的材料用于修補(bǔ)水下混凝土裂縫，如彈塑性密封材料、快速堵漏材料、聚氨酯與環(huán)氧灌漿材料等，但大多數(shù)只能用于潮濕或干燥環(huán)境，對必須在水介質(zhì)條件下施工甚至需要帶水或深水作業(yè)的裂縫修補(bǔ)適用性較差。由于具有耐久性好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、密度大等特優(yōu)點，水下不分散混凝土被廣泛用于水下施工。針對水下混凝土蜂窩、裂縫等缺陷部位，采用水下不分散劑配制砂漿和凈漿進(jìn)行灌漿作業(yè)越來越引起研究學(xué)者的關(guān)注[7]。例如，陳國新等對比研究了不同減水劑對混凝土用水量、流動度及其保持能力、抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明摻聚羧酸減水劑組的綜合性能較優(yōu)；MUNOZ等研究表明摻入一定硅粉等摻合料可以增強(qiáng)水下混凝土強(qiáng)度和抗分散性；馮士明等研究發(fā)現(xiàn)丙烯和纖維素系列等抗分散劑，可以明顯改善混凝土的施工性能[8-10]。

以增黏性礦物細(xì)粉和高強(qiáng)度無機(jī)礦物細(xì)分料為基料復(fù)配促進(jìn)劑、增強(qiáng)劑、流化劑、有機(jī)表面活性劑及高分子有機(jī)抗水聚合物等材料制成的快硬型水下不分散劑，可以進(jìn)一步配制出無毒、施工方法簡單、體積穩(wěn)定性好、超大流動度、黏結(jié)力大、水下抗分散性高、快硬高強(qiáng)的水泥基修補(bǔ)材料。因此，文章利用室內(nèi)模擬試驗探討了灌漿料水下/水上性能受水膠比和水下不分散劑摻量的影響，并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)提出最優(yōu)配合比，以期為高質(zhì)量快速修補(bǔ)水下混凝土裂縫提供技術(shù)支持

1 試驗方法

1.1 原材料

試驗選用大連小野田快硬快凝硫鋁酸鹽水泥，其化學(xué)成分如下：CaO 41.5%、Fe2O321.5%、Al2O310.0%、SO317.2%、MgO 1.8%、K2O 0.9%、Na2O 0.2%，Loss2.7%，其物理性能指標(biāo)如表1 所示。骨料選用大連莊沙砂石場生產(chǎn)的花崗巖碎石和河砂，碎石粒徑5～20mm，飽和面干密度2 640kg/m3，含泥量0.12%，河砂細(xì)度模數(shù)2.6，砂石技術(shù)指標(biāo)均符合試驗規(guī)范有關(guān)要求。經(jīng)市場調(diào)研，選用HLC-RAW 快硬型水下不分散劑，固含量45%，拌和水用當(dāng)?shù)刈詠硭?/p>

表1 水泥的物理性能指標(biāo)

1.2 試驗方法

1）流動度測試。將一定量的水和水泥加入水泥凈漿預(yù)先濕潤過的攪拌鍋內(nèi)，然后將凈漿注入截錐圓模并立即提起使內(nèi)部漿體自由流動，停止流動后沿兩個相互垂直方向用卡尺測量流淌部分的最大直徑，流動度初始值就是兩者的平均值[11]。

2）凝結(jié)時間測試。采用配制的修補(bǔ)材料替代凝結(jié)時間測試標(biāo)準(zhǔn)中的水泥，試件成型后移入20℃水中養(yǎng)護(hù)，按照規(guī)范中的流程測定水下凝結(jié)時間。

3）抗壓強(qiáng)度測試。將拌和均勻的修補(bǔ)材料制成40mm×40mm×160mm 的標(biāo)準(zhǔn)試件，24h 脫模后采用20℃水養(yǎng)和標(biāo)養(yǎng)兩種養(yǎng)護(hù)方式，依據(jù)《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》測定3d、7d、28d 齡期各組試件的抗壓強(qiáng)度。

4）黏結(jié)強(qiáng)度測試。試驗采用“8 字?！睖y定黏結(jié)抗拉強(qiáng)度，具體流程：首先，將拌和均勻的修補(bǔ)材料制成“8”字模基準(zhǔn)試件，24h 后拆模放入水樣養(yǎng)護(hù)7d，達(dá)到齡期后移入抗拉強(qiáng)度夾具內(nèi)加載至斷裂，從而制成“0”字形試件；然后用水濕潤“0”字形試件的斷裂處，并放入“8”字模一半，在另一半“8”字模中即未放基準(zhǔn)試件處澆筑水下修補(bǔ)材料，經(jīng)壓實、振動和抹平處理后制成黏結(jié)后的試件；最后，將黏結(jié)“8”字形試件帶模放入水中養(yǎng)護(hù)6h 拆模，通過拉伸試驗測定28d 齡期黏結(jié)抗拉強(qiáng)度[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水下修補(bǔ)灌漿材料性能

為了探究水膠比和HLC-RAW 摻量對修補(bǔ)材料性能的影響，試驗設(shè)計水膠比為0.35、0.40、0.45，采用內(nèi)摻HLC-RAW 快硬型水下不分散劑的方式等量替代水泥，設(shè)計摻量10%、15%和20%，在(20±2)℃條件下測定水下/水上抗拉強(qiáng)度、漿體凝結(jié)時間、流動度及損失，測試數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 裂縫修補(bǔ)材料性能

由表2 可知：在0.35、0.40 和0.45 不同水膠比下，HLC-RAW 摻量從10%提升至20%，水泥凈漿30min 流動度損失逐漸增加，初始流動度和漿體凝結(jié)時間逐漸減小；在不改變HLC-RAW 摻量的條件下，漿體凝結(jié)時間和初始流動度均隨著水膠比的增加而增大；固定水膠比0.40 和HLCRAW 摻量15%情況下，水泥凈漿初始及30min 流動度為250mm、200mm，初、終凝時間為60min 和87min。因此，水膠比≥0.35 且HLC-RAW 摻量不低于15%條件下，水泥凈漿的終凝時間為1～2h，漿體的可灌性較好。

水膠比為0.35 情況下，HLC-RAW 摻量從10%提升到20%，水上和水下養(yǎng)護(hù)的試件抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出下降趨勢，28d 水陸強(qiáng)度比逐漸提高；水膠比為0.40 和0.45 情況下，HLC-RAW 摻量從10%提升至20%，水上和水下養(yǎng)護(hù)的試件3d、7d齡期抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出下降趨勢，28d 強(qiáng)度表現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢，28d 水陸強(qiáng)度比則呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢；試件抗壓強(qiáng)度隨水膠比的增加逐漸減小，HLC-RAW 摻量從10%提升至20%，除水膠比0.45 外其它水膠比組的7d 水陸強(qiáng)度比均達(dá)到不低于80%的要求，28d 齡期均達(dá)到不低于90%的要求，7d、28d 水下強(qiáng)度整體符合設(shè)計要求。

漿體水下黏結(jié)性能受HLC-RAW 摻量和水膠比的影響線束，HLC-RAW 摻量≤15%且水膠比不超過0.40 條件下配制的漿體黏結(jié)性能良好。因此，根據(jù)修補(bǔ)材料抗分散性、可灌注性、黏結(jié)強(qiáng)度和水下抗壓強(qiáng)度試驗數(shù)據(jù)，確定A1 和B2 組配合比配制的裂縫修補(bǔ)灌漿材料綜合性能最優(yōu)[13]。

2.2 使用性能

面對復(fù)雜多變的水下作業(yè)環(huán)境、水壓、水溫、水流等環(huán)境條件的改變均會在一定程度上影響到修補(bǔ)材料的性能。一般通過專業(yè)設(shè)備、施工工藝或水文氣象數(shù)據(jù)控制水流和水壓變化，但施工過程中的環(huán)境溫度很難控制，雖然水文相較于陸地的波動范圍較小，但水下作業(yè)和材料性能易受低溫環(huán)境變化的干擾。本試驗通過采取低溫養(yǎng)護(hù)和水下成型兩種方式，測試了0～5℃低溫和(20±2)℃環(huán)境下水下修補(bǔ)灌漿材料的黏結(jié)強(qiáng)度、抗分散性、抗壓強(qiáng)度及水下凝結(jié)時間，如表3 所示。

表3 不同環(huán)境溫度下的修補(bǔ)材料性能

由表3 可知：0～5℃低溫條件下，水下修補(bǔ)灌漿材料的凝結(jié)時間相較于(20±2)℃環(huán)境有所延長，在0～5℃低溫環(huán)境下兩組灌漿材料均可以在1～3h內(nèi)終凝；0～5℃低溫環(huán)境會在一定程度上減緩強(qiáng)度發(fā)展速率，尤其是早期強(qiáng)度發(fā)展較慢，低溫條件下水膠比大且HLC-RAW 摻量較高的B2 組強(qiáng)度發(fā)展更慢，但在0～5℃低溫環(huán)境下A1、B2 組灌漿材料的28d 強(qiáng)度達(dá)到58.5MPa 和42.6MPa。

0～5℃低溫條件下，水下修補(bǔ)灌漿材料的水陸強(qiáng)度比相較于(20±2)℃環(huán)境并未下降，說明水下修補(bǔ)灌漿材料的抗分散性不受溫度變化影響；雖然0～5℃低溫環(huán)境在一定程度上降低了黏結(jié)強(qiáng)度，這主要與低溫減緩了水化速率等因素有關(guān)，在低溫條件下A1、B2 組灌漿材料的黏結(jié)性能良好，尤其是水膠比低且HLC-RAW 摻量也低的A1 組具有更好的黏結(jié)性?？傮w而言，低溫環(huán)境下修補(bǔ)材料仍具有良好的黏結(jié)性能和較高的強(qiáng)度，可以達(dá)到較好的快速凝結(jié)修補(bǔ)效果。

3 結(jié) 論

1）采用0.35～0.40 水膠比和10%～15%HLCRAW 摻量配制的灌漿材料終凝時間為1～3h，這種水下修補(bǔ)材料具有施工操作簡單、周期短等優(yōu)點。試驗配制的A1、B2 組灌漿材料具有較好的水下抗分散性，其7d、28d 水陸強(qiáng)度比均達(dá)到不低于80%和90%的設(shè)計要求，28d 強(qiáng)度達(dá)到58.5MPa 和42.6MPa，28d 黏結(jié)強(qiáng)度為3.3MPa 和2.0MPa。

2）0～5℃低溫環(huán)境會在一定程度上降低早期強(qiáng)度發(fā)展速度，但A1、B2 組灌漿材料均可以在1～3h內(nèi)終凝；低溫對灌漿材料后期強(qiáng)度發(fā)展影響較低，可結(jié)合具體環(huán)境溫度適當(dāng)調(diào)整HLC-RAW 摻量，對于水下混凝土裂縫修補(bǔ)該灌漿材料表現(xiàn)出較好的適用性與可行性。