CN106946523B - 一种沉管基础后填充混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种填充混凝土，包括混凝土掺合料、混凝土外加剂和胶凝材料；所述的混凝土掺合料是惰性粉料；所述的混凝土外加剂包括抗分散剂、增黏剂和高性能聚羧酸减水剂中的一种或几种；所述的胶凝材料用量为270~400kg/m3，砂率45%~52%，水胶比为0.56~0.85。本发明的混凝土具有良好的流动性能，在水下达到自流平效果，兼具有良好的水下不分散性能，能有效的抵抗海水的冲刷；且混凝土的零泌水率能保证海水环境下沉管基础后填充的饱满性。

Description

一种沉管基础后填充混凝土
技术领域
本发明属于土木建设工程领域，涉及一种混凝土配方及制备方法，特别涉及一种低强度大流动水下不分散的混凝土配方，能够在水中保持良好的稳定性，不被流动的水溶液冲散分开。
背景技术
目前用于沉管基础后填充的材料，为保证其良好的流动性和与基础匹配的超低强度，多采用掺入膨润土的水泥砂浆，其28天抗压强度为0.5~10Mpa。超低强度的水泥砂浆，水胶比大容易泌水，影响沉管基础填充的饱满性；砂浆抵抗海水冲刷、抵抗自身体积变形能力差于混凝土；目前的技术很少考虑填充浆体在水下的流失。
或者采用砂流法，用砂泵将砂水混合物泵入基坑中。砂流法基础在可能发生地震或其他动载的情况下，砂垫层可能会发生液化，而失去承载作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中沉管基础用低强度砂浆填充饱满性和抗冲刷的性能难以达到全面均衡优化的效果及不足，特别是难以制备出超低强度的填充混凝土与地基相匹配，提供一种填充混凝土，特别是一种超低强度高流动水下不分散的混凝土，以有效提高沉管基础填充的饱满性、耐久性，克服沉管填充过程中无法有效实现填充部位的密封性能和稳定性能的缺点。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种填充混凝土，包括混凝土掺合料、混凝土外加剂和胶凝材料。
所述的混凝土掺合料是惰性粉料。
所述的混凝土外加剂包括抗分散剂、增黏剂和聚羧酸减水剂中的一种或几种。
所述的胶凝材料用量为270~400kg/m3，砂率45%~52%，水胶比为0.56~0.85。
本发明的填充混凝土的泌水率为零，具有大流动度的特点，具有良好的饱满性、稳定性和耐久性，能够在填充应用过程中有效的填充满水下需要填充的空隙或孔洞，并在水下复杂的暗流作用下保持长期的稳定性，不会被暗流冲散。本发明的填充混凝土另外一个主要的特点就是超低强度，克服了现有技术中超低强度混凝土的制备困难，适用于各种复杂流域的水下填充，保证水下主体结构工程能够更好的保持长期稳定性。
进一步，所述的惰性粉料是不会和混凝土的结构成分发生化学反应的填料、填充剂或稀释粉，能够使得水下填充的混凝土保持更好的稳定性和饱满性，提高填充混凝土的使用效果。所述的惰性粉料选自：石灰石粉、膨润土、沸石粉、花岗岩细粉、石英细粉、高岭土等。可以是选自其中的一种，也可以是选自其中的几种。所述花岗石细粉是粒径为1-200μm的花岗石细粉。所述的石英细粉是粒径为1-200μm的石英细粉。
进一步，所述的混凝土掺合料分为惰性粉料A和惰性粉料B，其在混凝土中的质量百分比如下：惰性粉料A为20~40%，惰性粉料B为3%~10%。所述惰性粉料A是石灰石粉、沸石粉、花岗岩细粉、石英细粉等，主要成分为碳酸钙、二氧化硅，不参与混凝土水化。所述惰性粉料B是膨润土、高岭土等土质细粉，其吸附外加剂、水能力强。惰性材料A的作用是补充混凝土浆体体积，降低活性胶凝材料的用量，使混凝土在低强的情况下能保证良好的流动性；惰性材料B的作用是在混凝土结构中形成软弱点，大幅度降低混凝土强度，并抑制泌水。
进一步，所述的混凝土外加剂为抗分散剂、增黏剂和聚羧酸减水剂的混合物，上述的混凝土外加剂在混凝土中的质量百分比例为：抗分散剂2%~4%、增黏剂0.1%~0.5%、聚羧酸减水剂1%~5%。所述的聚羧酸减水剂特别筛选是高性能聚羧酸减水剂。外加剂是为了改善和调节混凝土的性能而掺加的物质，其用量对于混凝土的性质影响较大，通过调整优化其用量比例可以更好的实现填充混凝土的性质改善。根据本发明的填充混凝土的特点，选用了抗分散剂、增黏剂和高性能聚羧酸减水剂，从填充混凝土使用过程中主要的三个影响因素进行优化调整，使得其分散性能、粘稠度、水化过程中的水分用量进行协同配合，使得填充混凝土能够在水下复杂环境中发挥出良好的作用。
进一步，所述的填充混凝土的28天抗压强度为1~10MPa。控制填充混凝土具有较低的强度，提高其对于填充部位的紧密贴合性能，使得填充作业的效果最佳，也避免填充料强度过大而缺少保护能力的缺点。
进一步，所述的填充混凝土的坍落度为240~270mm，坍落扩展度为550~660mm。填充混凝土的性能得到极大的改善以后，其坍落度和坍落扩展度都能够相对于现有的一般的混凝土材料长足的进步，在应用过程中会表面出更优秀的性能。
进一步，所述的填充混凝土的容重为1400~2100kg/m3。本发明的填充混凝土在应用的过程中，可以根据实际的使用情况不同而对混凝土的容重进行调整，使得填充混凝土在应用过程中表现出不同的品质级别。
进一步，所述的填充混凝土的水下不分散性能如下：水泥流失量3%~10%，悬浊物含量35~120mg/L，泌水率为零。本发明的填充混凝土经过成分优选调整，其在水下的性能表现极佳，无论是水泥流失量还是悬浊物的比例都处于较低的水平，能够有效的保证填充混凝土在工程使用寿命内的品质稳定。
技术相比，本发明的有益效果：
1. 本发明的混凝土具有良好的流动性能，扩展度在550~650mm，在水下达到自流平效果。
2. 本发明的混凝土具有良好的水下不分散性能，能有效的抵抗海水的冲刷。
3. 本发明的混凝土的零泌水率能保证海水环境下沉管基础后填充的饱满性。
4. 本发明的超低的混凝土抗压强度能与原基础强度匹配，避免由于基础受力不均而引起的不均匀沉降。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。
实施例1
填充混凝土，由重量份的以下成分组成：石灰石粉107kg、膨润土18 kg、硅酸盐水泥89kg、粉煤灰142kg、抗分散剂6 kg、增黏剂3.3 kg、高性能聚羧酸减水剂4kg、天然砂701kg、碎石757kg和水214kg，经过现有技术方法的加工混合，拌合，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度560mm，容重2025kg/m3，7天抗压强度3.2MPa，28天抗压强度9.0MPa，悬浊物含量55 mg/L，泌水率为0。
实施例2
制备填充混凝土，称取以下成分：石灰石粉98 kg、膨润土24 kg、硅酸盐水泥64kg、粉煤灰108 kg、抗分散剂6.5kg、增黏剂3 kg、高性能聚羧酸减水剂4 kg、天然砂578kg、碎石624kg和水206kg，混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度550mm，容重1850kg/m3，7天抗压强度0.65MPa，28天抗压强度2.18MPa，悬浊物含量46mg/L，泌水率为0。
实施例3
制备填充混凝土
称取以下成分：石灰石粉98 kg、膨润土24 kg、硅酸盐水泥64 kg、粉煤灰108 kg、抗分散剂7.8 kg、增黏剂3.5 kg、高性能聚羧酸减水剂3 kg、天然砂578 kg、碎石624 kg和水235 kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度550mm，容重1750kg/m3，含气量大于10%，7天抗压强度0.64MPa，28天抗压强度0.92MPa，悬浊物含量40mg/L，泌水率为0。
实施例4
制备填充混凝土
称取以下成分：石灰石粉274 kg、膨润土20kg、硅酸盐水泥84 kg、粉煤灰42 kg、抗分散剂8.4 kg、增黏剂3.0 kg、高性能聚羧酸减水剂3 kg、天然砂802 kg、碎石868kg和水252 kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度650mm，容重2050kg/m3，7天抗压强度1.71MPa，28天抗压强度3.43MPa，悬浊物含量110mg/L，泌水率为0。
实施例5
制备填充混凝土
称取以下成分：膨润土26 kg、花岗岩细粉134 kg、硅酸盐水泥80 kg、粉煤灰80kg、抗分散剂4.8 kg、增黏剂3.0 kg、高性能聚羧酸减水剂4.0 kg、天然砂610 kg、碎石740kg和水224 kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度600mm，容重1950kg/m3，7天抗压强度0.84MPa，28天抗压强度1.47MPa，悬浊物含量86mg/L，泌水率为0。
实施例6
制备填充混凝土
称取以下成分：石灰石粉134 kg、高岭土26 kg、硅酸盐水泥80 kg、粉煤灰80 kg、抗分散剂4.2 kg、增黏剂2.3 kg、高性能聚羧酸减水剂4.4 kg、天然砂610 kg、碎石740 kg和水230 kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度590mm，容重1950kg/m3，7天抗压强度0.65MPa，28天抗压强度1.95MPa，悬浊物含量75mg/L，泌水率为0。
实施例7
制备填充混凝土
称取以下成分：花岗岩细粉210 kg、高岭土11 kg、硅酸盐水泥40kg、粉煤灰89 kg、抗分散剂3.5 kg、增黏剂2.5 kg、高性能聚羧酸减水剂3.8 kg、天然砂677 kg、碎石790 kg和水228 kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度630mm，容重2050kg/m3，7天抗压强度0.55MPa，28天抗压强度0.87MPa，悬浊物含量95mg/L，泌水率为0。
由实施例1-7制备得到的填充混凝土的性质可知，本发明的填充混凝土具有良好的流动性和水下不分散性能和28天超低混凝土抗压强度，能够在填充应用中发挥出很好的作用和效果，特别是对于水下使用的特殊情况来说，能够表现出特别突出的填充性、抗冲刷性，能够很好的保障水下填充应用的环境中隧道工程的品质及耐久性能。
对比例1
惰性材料B的掺量较高
在本对比例中应用了与实施例2相同的方法制备填充混凝土材料，使用的原料成分如下：石灰石粉78 kg、膨润土44 kg、硅酸盐水泥64kg、粉煤灰108 kg、抗分散剂6.5kg、增黏剂3 kg、天然砂578kg、碎石624kg时，成倍的提高聚羧酸减水剂的掺量及用水量，混凝土几乎没有流动性。
对比例2
不掺加惰性材料B
在本对比例中应用了与实施例2相同的方法制备填充混凝土材料，使用的原料成分如下：石灰石粉122 kg、硅酸盐水泥64kg、粉煤灰108 kg、抗分散剂8kg、增黏剂3 kg、高性能聚羧酸减水剂1 kg、天然砂578kg、碎石624kg和水195kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度570 mm，容重2250 kg/m3，7天抗压强度15MPa，28天抗压强度28MPa，悬浊物含量50mg/L，泌水率为3%。混凝土不满足实际的填充混凝土的使用所要求的低强度特性，不能作为填充混凝土使用。
对比例3
未掺惰性材料A ，保证混凝土流动性的前提下
在本对比例中应用了与实施例2相同的方法制备填充混凝土材料，使用的原料成分如下：膨润土24 kg、硅酸盐水泥92kg、粉煤灰178 kg、抗分散剂6.5kg、增黏剂3 kg、高性能聚羧酸减水剂4.5 kg、天然砂578kg、碎石624kg和水206kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，坍落扩展度540 mm，容重1950 kg/m3，7天抗压强度12.2MPa，28天抗压强度25.5MPa，悬浊物含量78mg/L，泌水率为0 。
对比例4
未掺惰性材料A，保证混凝土超低强度
在本对比例中应用了与实施例2相同的方法制备填充混凝土材料，使用的原料成分如下：膨润土24 kg、硅酸盐水泥36kg、粉煤灰97 kg、抗分散剂6.5kg、增黏剂3 kg、高性能聚羧酸减水剂4.5 kg、天然砂720kg、碎石624kg和水206kg。混合均匀，搅拌3分钟，得到填充混凝土。经测试上述的填充混凝土，混凝土无流动性，容重1850 kg/m3，7天抗压强度0.87MPa，28天抗压强度3.44MPa，泌水率为0。
由对比例1-4可见，当填充混凝土中的惰性材料B掺量过高时，混凝土流动性差，未掺惰性材料B混凝土的强度容易过高，且容易出现泌水，无法满足填充混凝土的使用需要。未掺惰性材料A，保证混凝土流动性的前提下，混凝土强度容易过高；保证混凝土较低强度时，混凝土流动性差，无法满足填充混凝土的使用需要。

Claims (5)

1.一种填充混凝土，其特征在于，包括混凝土掺合料、混凝土外加剂和胶凝材料；
所述混凝土掺合料分为惰性粉料A和惰性粉料B，其在混凝土中的质量百分比如下：惰性粉料A为20~40%，惰性粉料B为3%~10%；
所述惰性粉料A是石灰石粉、沸石粉、花岗岩细粉、石英细粉；所述惰性粉料B是膨润土、高岭土；
所述混凝土外加剂包括抗分散剂、增黏剂和聚羧酸减水剂；
混凝土外加剂在混凝土中的质量百分比例为：抗分散剂2%~4%、增黏剂0.1%~0.5%、聚羧酸减水剂1%~5%；
所述胶凝材料用量为270~400kg/m3，砂率45%~52%，水胶比为0.56~0.85。
2.如权利要求1所述填充混凝土，其特征在于，所述填充混凝土的28天抗压强度为1~10MPa。
3.如权利要求1所述填充混凝土，其特征在于，所述的填充混凝土的坍落度为240~270mm，坍落扩展度为550~660mm。
4.如权利要求1所述填充混凝土，其特征在于，所述的填充混凝土的容重为1400~2100kg/m3。
5.如权利要求1所述填充混凝土，其特征在于，所述的填充混凝土的水下不分散性能如下：水泥流失量3%~10%，悬浊物含量35~120mg/L，泌水率为零。
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