CN107555868A - 一种沉管基础后填充砂浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉管基础后填充砂浆，包括以下重量份原料制成：水泥180‑190份、粉煤灰180‑190份、河砂710‑750份、水480份、增粘剂4.7‑5.0份、减水剂4.7‑5.0份。本发明砂浆具有超低的抗压强度，能够很好的与原基础强度匹配，避免由于基础受力不均而引起的不均匀沉降，同时砂浆兼具良好流动性，在水下具有自流平特性，能够将难以观察的缝隙部位填充密实，作为填充砂浆的施工品质更有保障。

Description

一种沉管基础后填充砂浆

技术领域

本发明涉及一种水泥砂浆配方，具体涉及一种用于沉管基础后填充砂浆，本发明的砂浆具有超低强度高流动低渗透性的特点，满足海工水下施工应用要求，属于土木建设工程领域。

背景技术

沉管基础后填充砂浆是在沉管隧道基本结构布置完成以后，对于沉管段填充的防护砂浆。这些后填充砂浆应用在水下环境，需要抵抗水下复杂的流动性冲刷腐蚀，要求其必须具有良好的抗分散性，以保持长期稳定。

现有技术中，关于沉管基础后填充砂浆的研究较少，缺少满足海(洋)工(程)施工要求的填充砂浆材料。一般的砂浆通常具有相对较高的强度，但是其流动性，特别是在水下的流动性和空气中的流动性差异大，并且容易出现分层渗水的问题。另外沉管和水下基底部分的结合位置浇筑水泥砂浆的时候，需要控制砂浆向基底碎石的渗透扩散，确保水泥砂浆的注入预设位置的成分符合预期配比，保持良好的工作性能。

目前相关施工过程中，多采用水泥砂浆掺入大量的膨润土实现填充砂浆的替代应用。膨润土的添加用量大，虽然可以在一定程度上保证其良好的流动性和与基础匹配的超低强度，这种水泥砂浆28天抗压强度为0.5～10Mpa。但是，掺入大量膨润土后的水泥砂浆水胶比大，容易分层泌水，影响沉管基础填充的饱满性，且膨润土向碎石基层渗透量较大，容易造成沉管与基础脱空现象。同时，膨润土中部分碱金属离子、碱土金属离子，在水下环境可能逐渐流失，破坏填充砂浆的稳定性。

所以，目前亟需一种高性能的水下沉管基础后填充砂浆材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中填充砂浆(添加膨润土的水泥砂浆)存在分层泌水、渗透损失量大的不足，提供一种沉管基础后填充砂浆.本发明采用超低强度高流动水下不分散、低渗透砂浆配制技术，配制得到高品质的填充砂浆，以有效提高沉管基础填充的饱满性。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种技术方案：

一种沉管基础后填充砂浆，包括以下重量份原料制成：水泥180-190份、粉煤灰180-190份、河砂710-750份、水480份、增粘剂4.7-5.0份、减水剂4.7-5.0份。

本发明的沉管基础后填充砂浆成分采用水泥和粉煤灰作为主要胶凝材料，避免大量使用膨润土，使得砂浆在配制完成以后整体的稳定性更好。由水泥、粉煤灰和膨润土协同配合构成复合胶凝材料，该复合胶凝材料对于填充砂浆整体的稳定性好，使之不易分层泌水，能够更好的保持在水下填充注浆后的饱满性。本发明砂浆3天抗压强度小于0.5MPa，28天抗压强度1～10MPa，对于沉管基础的后填充流平性好，能够充分饱满的填充密实水下沉管。

进一步，所述砂浆的V型漏斗时间为31-37秒，本发明的后填充砂浆的流动性好，能够很好的填充水下缝隙至饱满，较好的流动性使得砂浆的泵送施工过程中也更好控制，施工品质一致性好。优选V型漏斗时间32-36秒，发明人试验发现流动性在此范围内砂浆泵送和填充效果最好。

进一步，所述砂浆的流动度为270-310毫米，流动度是砂浆的流动性表现指标，按照水泥净浆流动度测试方法GB8077测试。较高的流动性使之更能够填充饱满，流动度控制在上述270-310mm范围内砂浆流平好，填充饱满，并保持砂浆适宜聚合稳定性，避免像碎石层过度渗透扩散导致的砂浆损失量增加。优选流动度为270-290毫米，经过发明人试验研究发现如此设计的砂浆流动度更加合适，应用效果最佳。

进一步，所述砂浆原料的水胶比范围控制在0.9～1.5之间。本发明砂浆采用高水胶比及粉煤灰掺量控制砂浆强度，水胶比控制在此范围内，砂浆的整体流平性好，填充密实效果好。水胶比决定砂浆的强度，抗渗性能，本发明的砂浆主要提供较低的抗压强度，但要求具有良好的密实性和不分散性，应用的胶体材料和一般的混凝土有所差别，添加了大量的粉煤灰，经过多方面的均衡优化设计选择了0.9-1.5的水胶比，使得砂浆的抗分散性和流平性能均较为优秀，满足填充施工的应用要求。

进一步，粉煤灰占全部胶凝材料重量的20～80％。添加粉煤灰可以改善砂浆的后期养护中的干缩性，保持砂浆固化后的体积稳定，不发生收缩变化。优选地，粉煤灰掺量30～70％，应用粉煤灰以后，砂浆的耐腐蚀性提高，粉煤灰中的二氧化硅、三氧化铝等成分和拌合水相互反应缓慢，形成的结构致密性好，砂浆成型后的耐腐蚀性能突出。最好是粉煤灰占40-65％，胶凝材料的协同配合效果最佳，流动性、密实性以及抗分散性最好。

进一步，胶凝材料用量为380～480kg/m³。本发明中水泥和粉煤灰作为主要胶凝材料，控制胶凝材料的总用量，使得砂浆整体性能更佳。本发明砂浆为高流动性的砂浆材料，含水量较大，砂浆凝固成型以后也主要是以胶凝材料为主体承载压力，经过多次试验，胶凝材料用量在380-480kg/m³的范围内，满足设计需求的流动性、密实性、不分散性。

进一步，增粘剂的用量为胶凝材料的0.8～1.5wt％。采用增粘剂(抗分散剂)掺量控制砂浆水下不分散性及向碎石层渗透量。

优选地，所述增粘剂为纤维素乙醚、聚丙烯酰胺中的一种或几种。用于改善砂浆的水下稳定性，减少砂浆在注浆填充过程中吸水反应，提高砂浆的整体稳定性。

进一步，流动度(水泥净浆试验方法)300～350mm，容重1400～1900kg/m³。本发明的砂浆采用低强度设计，主要以粉煤灰作为胶凝材料，吸收量较为稳定性，在填充注浆以后，和低强度的基层配合型号，稳定性好。优选容重1500～1850kg/m³。砂浆成分中不再大量使用膨润土，长期工作状态下抗分散性能好，稳定性突出，不会泌水分层，是理想的沉管基础后填充砂浆材料。

进一步，本发明的砂浆具有以下性质：悬浊物含量20～100mg/L，泌水率为零，向碎石渗透量0.5～2％的砂浆。水下不分散性能优良，满足海洋工程施工应用水下后填充砂浆的性能要求。

本发明提供的新技术方案主要能够实现以下技术效果：

1.本发明砂浆具有超低的抗压强度，能够很好的与原基础强度匹配，避免由于基础受力不均而引起的不均匀沉降。

2.本发明砂浆具有良好的流动性能，在水下达到自流平效果，能够将难以观察的缝隙部位填充密实，作为填充砂浆的施工品质更有保障。

3.本发明砂浆具有良好的水下不分散性能，浇注过程中砂浆不会流失，浇筑后向碎石层渗透量少，注浆施工的注浆量容易控制精准，砂浆填充的性质好。而且砂浆泌水率为零，保证砂浆填充饱满。

具体实施方式

本发明的另一目的是提供一种制备上述沉管基础后填充砂浆的方法，确保混凝土砂浆的性能能够最优化，达到设计的目标值，使其能够更好的满足后填充砂浆应用的环境。

一种砂浆配制方法，包括以下步骤：

(1)取砂浆原料，备用。

(2)将水泥、粉煤灰、河砂混合，均匀，加入增粘剂和减水剂，拌合30-120秒，加水，继续拌合得到填充砂浆。

本发明砂浆配制方法与现有的一般配合技术不同，针对于砂浆配方成分进行调整设计，预先将河砂、胶凝材料等混合均匀，加入添加剂(增粘剂、减水剂)进行预拌合处理，使得添加剂的成分能够和河砂、胶凝材料等均匀分散混合，最后加水搅拌得到砂浆。如此设计的配制方法，避免砂浆中胶凝材料和添加剂在由于砂浆本身缺少粗骨料的搅拌作用容易团聚的问题。胶凝材料和添加剂充分分散以后，整体的均匀性优良，砂浆的品质性能更好，在砂浆的后续泵送、填充分散等方面都具有更好的表现，性能稳定性好，施工品质有保障。

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。

<实施例1>

配制砂浆，取水泥2kg、粉煤灰2kg、河砂10kg、水5.2kg、增粘剂0.048kg，混合搅拌得到水泥砂浆，容重1800kg/m³。

<实施例2>

配制1m³砂浆，取水泥1.3kg、粉煤灰2.7kg、河砂10kg、水5.2kg、增粘剂0.48kg，混合搅拌得到水泥砂浆，容重1750kg/m³。配制得到的砂浆水下不分散性良好。

<实施例3>

配制砂浆，取水泥1.8kg、粉煤灰2.9kg、河砂8kg、水6.11kg、增粘剂0.0564kg，河砂过4.75mm筛。先将除水以外的物料混合，搅拌均匀。然后加水，采用室内砂浆搅拌机充分搅拌，得到水泥砂浆。砂浆拌合均匀，增粘剂基本全部分散，砂浆增粘效果良好。V型漏斗下落时间为45s，砂浆流动度280mm，水下不分散性良好。

<对比例1>

采用与实施例3同样的原料配合，先将增粘剂以外的其他原料混合搅拌得到砂浆，然后加入增粘剂，搅拌。结果增粘剂浮在砂浆表面，成团，不易分散，未能达到增粘的效果。

<实施例4>

配制砂浆，取水泥1.8kg、粉煤灰2.9kg、河砂8kg、水6.11kg、增粘剂0.0658kg，河砂过2.36mm筛，混合搅拌得到水泥砂浆。

<实施例5>

模拟砂浆灌注试验

室内模拟砂浆灌注试验，采用塑料水桶装满碎石和水，液面刚好淹没碎石。在碎石中插入一PVC管，PVC管内径110mm，应用实施例3制备的砂浆选择高度570mm进行第一阶段灌浆。第一阶段灌注高度57cm的情况下，砂浆灌注顺利，底部未出现渗透情况。

第二阶段灌注方式同第一阶段，所采用的砂浆同样为实施例3制备的砂浆。只是改用更长的PVC管，灌注高度2.6m。灌注后，底部依然没有出现砂浆渗透的情况。表明砂浆的不分散性良好，可以进行后续进一步的实验研究。

<实施例6>

配制水泥砂浆

配制1m³砂浆，取水泥180kg、粉煤灰290kg、河砂800kg、水611kg、增粘剂5.64kg，河砂过4.75mm筛。用(2m×4m)筛网将河砂筛选后送入搅拌站，添加水泥、粉煤灰、增粘剂，混凝土搅拌站搅拌5分钟，然后加水继续搅拌5分钟，得到水泥砂浆。

考虑到干搅时的阻力过大，砂浆单次搅拌1方。

砂浆出机明显成团颗粒，取样观察，有50％的颗粒为水泥、粉煤灰形成，有50％的颗粒为增粘剂，分析可能由于搅拌速率、缺少骨料剪切力(粗骨料、骨料含量较低)、砂浆粘度较高(粉煤灰滚珠效应、增粘剂润滑作用)等主要因素，造成混凝土搅拌站生产砂浆性能未达到实施例3同样配方的室内试验性能。

对出机砂浆测试，砂浆流动度达280mm，V型漏斗流速测试时间为35s，水下不分散性效果不如室内试验明显，砂浆沉底聚合度差，且有少量浆液上浮，烧杯内出现轻微浑浊。

<实施例7>

泵送性能验证

采用实施例6配置的砂浆材料通过4.75mm的筛网，将不分散砂浆用压浆泵进行泵送，并检测泵前与泵后的砂浆性能。试验压浆泵为螺旋式加压泵送方式，具有一定的负压自吸浆料能力，将4.75mm筛固定在入泵口，5分钟便有大颗粒卡住筛孔，压浆泵能顺利泵送。表明砂浆存在拌合性能不佳的问题。测试泵前和泵后的砂浆性能，结果如下：泵送前，流动度280mm，V型漏斗时间35s，水下不分散性一般；泵送后，流动度280mm，V型漏斗时间36s，水下不分散性一般。

<对比例2>

水泥砂浆掺入大量的膨润土得到填充砂浆。

<测试>

按照国标方法GB8077-2000《水泥净浆流动度测试方法》测试砂浆的流动度/流动性(初始流动度、30min流动度保留值)、初凝时间、3d强度、28d强度、泌水率和抗分散性，结果如表1所示。

表1砂浆性能测试

流动度

30min流动度

初凝时间

3d强度

28d强度

泌水率

抗分散性

实施例1

≥280

≥260

≥40h

≤0.5

1-1.5

0

优

实施例2

≥280

≥260

≥40h

≤0.5

1-1.5

0

优

实施例3

≥280

≥260

≥40h

≤0.5

1-1.5

0

优

实施例4

≥280

≥260

≥40h

≤0.5

1-1.5

0

优

实施例5

≥280

≥260

≥40h

≤0.5

1-1.5

0

优

实施例6

≥280

≥260

≥40h

≤0.5

1-1.5

0

良

对比例1

240

230

≥31h

≤0.5

1.2-1.3

0

差

对比例2

220

210

≥35h

4.0

8.2

0

差

流动度单位：mm，强度单位：MPa。

由表格的数据可以看出本发明的砂浆材料的配制过程中，选用的粉煤灰成分替换比例增加对于砂浆的流动性、抗分散性、泌水率均较好，能够满足水下沉管接头后填充砂浆的使用环境的性质要求。

Claims (10)

1.一种沉管基础后填充砂浆，包括以下重量份原料制成：水泥180-190份、粉煤灰180-190份、河砂710-750份、水480份、增粘剂4.7-5.0份、减水剂4.7-5.0份。

2.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，所述砂浆的V型漏斗时间为31-37秒。

3.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，所述砂浆的流动度为270-310毫米。

4.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，所述砂浆原料的水胶比范围控制在0.9~1.5之间。

5.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，粉煤灰占全部胶凝材料重量的20~80%。

6.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，胶凝材料用量为380~480kg/m³。

7.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，增粘剂的用量为胶凝材料的0.8~1.5wt%。

8.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，所述增粘剂为纤维素乙醚、聚丙烯酰胺中的一种或几种。

9.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，砂浆容重1400~1900kg/m³。

10.如权利要求1所述沉管基础后填充砂浆，其特征在于，砂浆具有以下性质：悬浊物含量20~100mg/L，泌水率为零，向碎石渗透量0.5~2%的砂浆。