CN106977160B - 一种水下不分散混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下不分散混凝土及其制备方法，其技术方案要点是按重量份数计，包括砂640‑680份，石990‑1030份，水泥380‑420份，矿粉40‑80份，水200‑250份，抗分散剂14‑25份，减水剂10‑15份，使得混凝土自身具有在水下浇筑过程中可以直接与环境水接触，并且混凝土拌合物各组分具有较好的抗分散能力，以此提高水下混凝土的质量。

Description

一种水下不分散混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域，特别涉及一种水下不分散混凝土及其制备方法。

背景技术

迄今为止,在水下工程中混凝土仍然是最主要和用量最大的建筑材料之一。混凝土的性能将直接影响到水下工程的质量和进度。因此,水下混凝土的性能研究和施工技术愈来愈受到工程技术界的重视。

众所周知,水泥虽然是水硬性材料,但若将混凝土拌合物直接倾倒于水中,当其在水中下落时,由于水的冲洗作用,骨料将与水泥分离,部分被水带走,部分长期处于悬浮状态。当水泥下沉时,已呈凝固状态,失去胶结骨料的能力。这样在水中直接浇筑的混凝土拌合物一般分为一层砂、砾石骨料,一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣,不能满足工程要求。

为解决上述问题，人们主要从施工方法上进行了改进，减少或杜绝混凝土拌合物与水的接触，从而避免水的影响；传统的混凝土水下施工常用的方法有导管法、开底容器法等，但是上述方法存在着造价高、工期长、施工设备复杂、施工技术要求高、工程质量难以保证、易污染环境等缺点。

所以仅从施工工艺上避免水对水下混凝土的影响，已经不能满足对于混凝土水下施工的需求，对水下混凝土材料自身性能的研究改善十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下不分散混凝土及其制备方法，使得混凝土自身具有在水下浇筑过程中可以直接与环境水接触，并且混凝土拌合物各组分具有较好的抗分散能力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种水下不分散混凝土，按重量份数计，包括砂640-680份，石990-1030份，水泥380-420份，矿粉40-80份，水200-250份，抗分散剂14-25份，减水剂10-15份。

通过采用上述技术方案，对于在水下使用的混凝土，加入抗分散剂可以提高混凝土拌合物的粘度，并且可以将水泥颗粒、集料等吸附在一起,提高混凝土拌合物颗粒间的凝聚作用,大大提高混凝土拌合物的抗水洗能力,使其能够直接在水中浇筑,提高水下混凝土强度和保证水下混凝土工程质量；同时，使得水下不分散混凝土粘稠，富有塑性，具有优良的自流平性与填充性，可在密布的钢筋之间、骨架及模板的缝隙间隙内靠自重填充；抗分散剂还提高了施工的可泵性；同时也提高了水下混凝土的强度，并且保证了水下混凝土工程质量，抗冻性以及抗渗性均得到了提高；掺入抗分散剂的混凝土通过水层时，吸水量会大大增加，掺入减水剂可以降低混凝土的吸水量；此外，可以在水灰比不变的条件下，增加混凝土的流动性。

较佳的，抗分散剂包括絮凝剂、硅灰以及增粘辅剂，其中絮凝剂2-5份，硅灰10-15份，增粘辅剂2-5份。

通过采用上述技术方案，絮凝剂的加入，可以增加颗粒之间的吸附能力，进而使得颗粒积聚和絮凝，同时，絮凝剂为高分子化合物，自身带有较多官能团，可以在同一个分子上吸附多个微粒，在微粒之间起到了架桥作用，絮凝团不断增大，此外，絮凝剂的长分子链之间也会相互吸引，许多长链相互缠结形成网状结构，将水泥和絮凝剂包裹起来，形成稳定的絮凝体，从而具有良好的抗水洗能力，增粘辅剂的加入可以配合絮凝剂进一步增加浆体的粘性，从而进一步提高水下不分散混凝土的抗分散能力；硅灰的比表面积远远大于水泥的比表面积，细小的硅灰掺入后能有小地分散水泥颗粒，使得水泥水化更充分，细小的硅灰还能填充混凝土内部空隙，提高混凝土密实度，进而增大了混凝土的强度。

较佳的，絮凝剂为聚丙烯酰胺。

通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺的分子量较大，一方面，其可以通过长碳链上的活性官能团吸附在水泥颗粒上，同一个分子可以吸附多个水泥颗粒，因此在水泥颗粒之间起到了桥架作用；另一方面，由于水泥水化和聚丙烯酰胺的溶解电离是同时进行的，水泥水化后，水泥浆体带有较大的负Z电位，可以形成双电层；而聚丙烯酰胺水解后为阴离子型，它的反号离子是阳离子，其球形部分接近水泥颗粒的双电层时，由于电荷的中和作用，降低了水泥颗粒表面上的排斥能，水泥颗粒间的距离变小，使得聚丙烯酰胺和水泥颗粒间的吸引力起作用，并和水泥颗粒形成絮凝体；此外，聚丙烯酰胺带有羟基，能和拌合水分子形成氢键，与水分子间的亲和力增加，聚丙烯酰胺的长分子链之间相互吸引，可以把水泥和絮凝剂包裹起来，使之不易受到外界水分子的冲洗而分散。

较佳的，聚丙烯酰胺的平均分子量为1000万。

通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺的平均分子量较大，可以相对减少聚丙烯酰胺的掺量，平均分子量在1000万时，絮凝体不易被打散，混凝土的抗分散性较高。

较佳的，减水剂为油酸钠，增粘辅剂为苄基三甲基溴化铵。

通过采用上述技术方案，油酸钠是一种阴离子表面活性剂，除了起到减水剂的作用，与絮凝剂之间还具有良好的的复配性；苄基三甲基溴化铵是一种有机溶盐，既含有阴离子基团，又带有芳香环和疏水基团，在浆体内可以形成更稳定的蠕虫状胶束，进一步提高体系的粘度，起到增粘的效果。

较佳的，油酸钠为12-15份，苄基三甲基溴化铵为3-5份。

通过采用上述技术方案，在上述范围内，浆体的粘度提高了进一步的提高，并且减少了油酸钠以及苄基三甲基溴化铵自身的用量。

本发明的另一目的是提供一种水下不分散混凝土的其制备方法，使得混凝土自身具有在水下浇筑过程中可以直接与环境水接触，并且混凝土拌合物各组分具有较好的抗分散能力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现：一种水下不分散混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将砂、石、矿粉以及1/2的水加入搅拌器内进行预拌1min；

步骤二：将水泥、硅灰、絮凝剂、1/3减水剂以及剩余水分的1/2

加入新的搅拌釜内搅拌，搅拌结束后倒入步骤一的拌合物内，搅拌1min；

步骤三:将剩余的减水剂与增粘辅剂倒入步骤二的拌合物内，同

时加入剩余的水，搅拌0.5min。

通过采用上述技术方案，将水泥、絮凝剂以及1/3减水剂混合后再加入到砂、石以及矿粉的拌合物中，这样可以使得絮凝剂配合减水剂更好的起到抗分散的效果，将减水剂分为两部分使用，与絮凝剂配合的部分，由于水泥浆体加入絮凝剂后粘度及吸水量均会增大，所以减水剂可以降低吸水量并保证拌合物的流动性，另一部分减水剂与增粘辅剂混合后再加入步骤二中，可以配合增粘辅剂进一步增加浆体的粘度，并且保证浆体的流动性；将步骤二中的拌合物加入步骤一中，进行了初步的混合，并保证了流动性；在加入水泥时，即加入硅灰，这样在有提高水泥的水化效果；同时，加入絮凝剂时加入的减水剂较少，是因为只加入絮凝剂时，浆体的粘度相对于加入增粘辅剂之后，粘度较小，少量的减水剂即可以保证浆体的流动性，在加入增粘辅剂时加入的减水剂，除了起到自身的作用，还要配合增粘辅剂使用，所以步骤二中加入的减水剂较少。

综上所述，本发明具有以下有益效果：1、加入抗分散剂，提高了水下不分散混凝土的抗分散性，减水剂减少了用水量并保证了浆体的流动性；硅灰的添加增大了水下不分散混凝土的强度；2、增粘辅剂配合减水剂，可以进一步提高水下不分散混凝土的抗分散性。

具体实施方式

实施例：本发明选用唐山冀东三友P.O42.5普通硅酸盐水泥；天津程锦S95级粒化高炉矿渣粉；河北遵化河沙，细度模数2.6；河北唐山5～25mm连续级配碎石。

絮凝剂为聚丙烯酰胺，从新乡市聚创化工有限公司购得，平均分子量为1000万；硅灰从巩义市盛世耐材有限公司购得；增粘辅剂为苄基三甲基溴化铵，从上海士锋生物科技有限公司公司购得；减水剂选用油酸钠，从上海士锋生物科技有限公司公司购得。

表1：为实施例1至实施例6中水下不分散混凝土的各个组分用量，按重量份。

实施例1至实施例6的混凝土制备过程包括以下步骤：

步骤一：将砂、石、矿粉以及1/2的水加入搅拌器内进行预拌1min；

步骤二：将水泥、硅灰、絮凝剂、1/3减水剂以及剩余水分的1/2加入新的搅拌釜内搅拌，搅拌结束后倒入步骤一的拌合物内，搅拌1min；

步骤三：将剩余2/3的减水剂与增粘辅剂倒入步骤二的拌合物内，同时加入剩余的水，搅拌0.5min。

制备结束后，需要对新拌水下不分散混凝土性能进行研究，水下不分散混凝土的评价指标主要包括抗分散性和流动性，优良的抗分散性可以保证水下不分散混凝土在水中浇筑时抵抗水的冲洗作用；良好的流动性则可以保证水下不分散混凝土在振捣不便的情况下达到自密实、自流平的效果。

其中新拌水下不分散混凝土的抗分散性指标包括：水泥流失量和PH值；本试验参照规范DL/T 5117―2000主要测试了新拌水下不分散混凝土的水泥流失量和混凝土溶液PH值，测试结果记录在表2中。

水下不分散混凝土流动性试验主要包括坍落度和扩展度试验、扩展度试验，本试验参照规范DL/T 5117―2000测试了水下不分散混凝土的坍落度和扩展度来评定其流动性，测试结果记录在表2中。

表2，新拌水下不分散混凝土的性能记录表。

对于抗分散性：从表1和表2中数据可以看出，实施例1至实施例6中各组新拌不分散混凝土的水泥流失量均满足规范DL/T 5117―2000中对水泥流失量要求小于1.5％的规定；PH值均满足规范DL/T 5117―2000中对PH值要求小于12的规定，本发明中的水下不分散混凝土具有良好的分散性。

对于流动性：从表1中数据还可以看出，在0h时各组水下不分散混凝土的坍落度均能大于200mm，每组的坍扩度能大于400mm，可以满足自流平、自密实效果。在0h至2h的时间内，各组水下不分散混凝土的坍落度和坍扩度并未减小，无经时损失,具有良好的流动性，可以满足流动性的要求。

同时对水下不分散混凝土的力学性能进行测定，力学性能的测试包括试件的制备、试件的养护以及测定，具体步骤如下：

试件的制备：水下不分散混凝土的水下成型方法参照规范DL/T 5117―2000中有关规定进行，步骤如下：(1)将混凝土试模放置于水箱中，然后向水箱中加入自来水至水面没过试模顶面150mm；(2)将新拌合好的水下不分散混凝土从水面开始倾倒，使其自行落入水中试模，混凝土应超出试模表面，浇筑过程连续，单个试件的浇筑时间应控制在30～60s之间；(3)取出试模，静置5～10min，使水下不分散混凝土自流平、自密实；(4)用橡皮锤轻敲试模两个侧面，以促进排水，然后将试件表面抹平，将试模放回水中静置两天后拆模、编号。

在本试验中水下浇筑成型试件时在试模上倒置安放一坍落度筒，坍落度筒作为导管和漏斗，模仿实际工程中的导管法施工。在浇筑陆上成型的试件时，需把试模放置于空气中，其他步骤与水下成型试件的成型步骤相同，陆上试件浇筑成型后，用塑料薄膜覆盖表面防止混凝土的水分蒸发，然后将试件放置在(20±5)℃环境中静置两天后拆模、编号。

试件的养护：陆上和淡水中成型的试件在编号完毕后需放在(20±2)℃、95％以上湿度的标准养护室或不流动的(20±2)℃的饱和氢氧化钙溶液里养护；试件养护到测试龄期后，取出擦干进行相应的性能测试试验。

水下不分散混凝土的力学性能试验参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)中的规定进行，力学性能的试件选用100mmX100mmX100mm的试模成型立方体试块，分别测得陆地和水中混凝土在28天时的强度，结果记录在表3中。

表3：实施例1至实施例6中水下不分散混凝土的28d时的强度记录表。

从表3可以看出，对于水下不分散混凝土的力学性能，同一配合比的水下不分散混凝土在水中成型的试件强度低于在陆上成型的试件强度，但是水下强度和陆上强度均较高，28d的水陆强度比达到了80％-90％，也较高，具有较高的抗分散性和强度性能；同时，随着抗分散剂的增加，其水上强度和陆上强度均有提高。

下面介绍的为本发明的对比例。对比例1至对比例6中，按照各自的配比，并均按实施例6中的方法制备水下不分散混凝土，然后测定新拌水下不分散混凝土的性能以及水下不分散混凝土28d的水下和陆上强度，并进行记录。

对比例1：

表4：对比例1中水下不分散混凝土配料组成表：

表5：对比例1中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

从表4和表5中可以看出，与实施例6相比，对比例1中未加入减水剂以及抗分散剂，相对于实施例6，新拌混凝土的水泥流失率增幅较大，接近1.5％，pH也升至11.89，接近于12，抗分散性较差。

对比例2：

表6：对比例2中水下不分散混凝土配料组成表：

表7：对比例2中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

从表6和表7可以看出，与实施例6不同的是，对比例2仅加入絮凝剂，抗分散性、流动性、水陆强度比均较实施例6差，但是好于对比例1以及对比例2中，证明聚丙烯酰胺可以起到一定的抗分散作用，但是单独加入时效果不佳。

对比例3：

表8：对比例3中水下不分散混凝土配料组成表：

表9：对比例3中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

从表8和表9可以看出，与实施例6不同的是，对比例3中未加入硅灰，

其抗分散性、流动性即水陆比强度均低于实施例6，但是均高于对比例1和对比2，抗分散性以及流动性变化不大，水中混凝土的强度较实施例6降低较多，证明硅灰可以起到增加强度的作用。

对比例4：

表10：对比例4中水下不分散混凝土配料组成表：

表11：对比例4中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

从表10和表11可以看出，与实施例6不同的是，对比例4未加入苄基三甲基溴化铵，对比例4中的抗分散性以及流动性均低于实施例6，但是其抗分散性高于对比例3，流动性低于对比例3，证明苄基三甲基溴化铵对抗分散性以及流动性均有影响；

对比例5：

表12：对比例5中水下不分散混凝土配料组成表：

表13：对比例5中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

从表12和表13可以看出，与实施例6不同的是，对比例5中只加入抗分散剂，但是未加入减水剂，对比例5中的水泥流失率以及pH均符合要求，抗分散性符合要求，但是低于实施例6中的抗分散性，并且坍落度以及坍扩度较实施例6中变化较大，证明减水剂对流动性的影响较大；此外也证明抗分散剂和减水剂复配有助于提高水下不分散混凝土的抗分散性以及流动性。

对比例6：

表14：对比例6中水下不分散混凝土配料组成表：

表15：对比例6中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

从表14和表15可以看出，与实施例6不同的是，对比例6中未加入减水剂以及抗分散剂中的苄基三甲基溴化铵，其抗分散性、流动性以及水陆强度比均低于实施例6，并且低于对比例4和对比例5，证明同时加入减水剂以及苄基三甲基溴化铵对水下不分散混凝土的抗分散性以及流动性均具有较大的影响。

对比例7，与实施例6不同的是，制作混凝土的步骤二中，加入的减水剂为总减水剂的2/3，而步骤三中加入的是1/3，测得的水下不分散混凝土的各项数据记录在表16中：

表16：对比例7中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

表16：对比例7中水下不分散混凝土各项性能的数据记录表。

从表16可以看出，与实施例6相比，水下不分散混凝土的抗分散性以及力学性能均有所降低，说明减水剂在步骤二中加入的量大于步骤三中加入的量，对水下不分散混凝土的抗分散性及流动性均具有较大的影响。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种水下不分散混凝土，按重量份数计，包括砂640-680份，石990-1030份，水泥380-420份，矿粉40-80份，水200-250份，抗分散剂14-25份，减水剂10-15份；所述抗分散剂包括絮凝剂、硅灰以及增粘辅剂，絮凝剂2-5份，硅灰10-15份，增粘辅剂2-5份；所述减水剂为油酸钠，增粘辅剂为苄基三甲基溴化铵。

2.根据权利要求1所述的一种水下不分散混凝土，其特征在于：絮凝剂为聚丙烯酰胺。

3.根据权利要求2所述的一种水下不分散混凝土，其特征在于：聚丙烯酰胺的平均分子量为1000万。

4.根据权利要求1所述的一种水下不分散混凝土，其特征在于：油酸钠为12-15份，苄基三甲基溴化铵为3-5份。

5.一种制备如权利要求4所述的一种水下不分散混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将砂、石、矿粉以及1/2的水加入搅拌器内进行预拌1min；

步骤二：将水泥、硅灰、絮凝剂、1/3减水剂以及剩余水分的1/2加入新的搅拌釜内搅拌，搅拌结束后倒入步骤一的拌合物内，搅拌1min；

步骤三：将剩余的减水剂与增粘辅剂倒入步骤二的拌合物内，同时加入剩余的水，搅拌0.5min。