CN113004003A - 一种水下抗分散砂浆及其制备方法 - Google Patents

一种水下抗分散砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水下抗分散砂浆及其制备方法，所述抗分散砂浆包括胶凝材料、细骨料、水、抗分散剂、减水剂，所述抗分散剂掺量为胶凝材料掺量的4％，所述减水剂掺量为胶凝材料掺量的0.6％，水胶比为0.50，砂胶比为1.67；所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰，所述水泥掺量为胶凝材料总质量的50％，所述粉煤灰掺量为胶凝材料总质量的30％，所述硅灰掺量为胶凝材料总质量的5％‑20％，所述矿粉掺量为胶凝材料总质量的0‑15％。本发明所述的水下砂浆兼具了优良的水下抗分散性和流动性，解决了水下抗分散砂浆抗分散性与流动性相互制约的问题，为水下砂浆的发展奠定了基础。

Description

一种水下抗分散砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水下抗分散砂浆及其制备方法。
背景技术
很多砂浆工程需要在水下进行施工，例如港口码头、封桩堵漏、抗洪抢险等。水下抗分散砂浆是在陆地上制备，在水下浇筑，不会像普通砂浆那样在水的作用下发生集料与水泥浆分离现象的新型砂浆。
长时期以来人们一直在研究寻找一种解决砂浆能在水下施工而不发生分散的措施，常用的措施是在施工过程中尽量减少水与砂浆的接触。传统的水下砂浆施工技术通常分为以下两种：一种方法是通过修筑围堰后进行排水，形成无水或少水的施工环境，按陆地施工方法进行浇筑砂浆，此种方法存在先期工程量大、工程造价高、工期长等问题。另一种方法是利用专用的施工机具，把砂浆与环境水隔离，将新拌砂浆直接发送至水下工程部位，具体的施工方法有导管法、开底容器法、泵送法、袋装叠置法、预埋集料压浆法等。此种方法对施工器具要求较高，施工工艺也比较复杂，在实际操作中，稍有不当就会产生难以补救的工程质量事故，另外，施工成本也较高。
从20世纪70年代，一些国家开始着手研究水中抗分散的砂浆，1794年，联邦德国首先研制出一种抗分散剂，可通过提高砂浆黏度来降低砂浆在水中的分散性，水下抗分散砂浆问世后，很快在世界各国得到推广应用。我国在上世纪80年代开展对水下抗分散砂浆的研究，高质量的抗分散砂浆可取得良好的技术经济效果。
由于水下抗分散砂浆要求抗分散、抗水洗，所以必须掺入抗分散剂，而抗分散剂掺入后又会使拌合物粘稠化而难以流动，影响其流平性和密实性，这是矛盾之一；水下抗分散砂浆是在陆地上搅拌、水下施工的，由于环境水的浮力作用，使砂浆水下流动性较陆地上流动性差，这是矛盾之二。
目前，工程上为保证水下砂浆具有流动性，通常仅加入2％(以胶凝材料计)的抗分散剂，实际施工的过程中，无法达到良好的抗分散效果。因此，如何在保持砂浆抗分散性的同时，通过调整水下砂浆的配方来赋予其流动性是非常困难的。这不仅需要通过大量实验来确定抗分散剂的合理掺量，以实现水下砂浆的最佳抗分散性，还需要通过大量实验来寻求究竟哪一配方因素可实现在抗分散性能最佳的情况下获得良好的流动性。
为了简化水下砂浆的施工工艺、缩短工期、确保工程质量关、降低工程成本，有必要研究和开发出抗分散性好、流动性佳的水下砂浆。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种水下抗分散砂浆，本发明的抗分散砂浆在水下施工时，不仅具有良好的抗分散性，悬浊物含量低于40㎎/L；同时流动性好，扩展度大于180mm；水下抗压强度大于30MPa，水陆抗压强度比大于85％，本发明的水下抗分散砂浆兼具了优良的抗分散性和流动性，解决了水下砂浆抗分散性和流动性相互制约的问题，为水下砂浆的发展奠定了基础。此外，本发明还要提供一种水下抗分散砂浆的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种水下抗分散砂浆，包括胶凝材料、细骨料、水、抗分散剂、减水剂，所述抗分散剂掺量为胶凝材料掺量的4％，所述减水剂掺量为胶凝材料掺量的0.6％，水胶比为0.50，砂胶比为1.67；所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰，所述水泥掺量为胶凝材料总质量的50％，所述粉煤灰掺量为胶凝材料总质量的30％，所述硅灰掺量为胶凝材料总质量的5％-20％，所述矿粉掺量为胶凝材料总质量的0-15％；所述水下抗分散砂浆按照重量份计，包括胶凝材料900份、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份；所述胶凝材料包括水泥450份、粉煤灰270份、矿粉0-135份、硅灰45-180份。
作为优选的技术方案，按照重量份计，包括以下各组分：水泥450份、粉煤灰270份、矿粉45-135份、硅灰45-135份、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份。
作为优选的技术方案，按照重量份计，包括以下各组分：水泥450份、粉煤灰270份、矿粉135份、硅灰45份、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份。
所述水泥选自普通硅酸盐水泥；更优选地，所述水泥选自P.O42.5普通硅酸盐水泥；进一步优选地，所述水泥选自比表面积为350g/cm2的P.O42.5普通硅酸盐水泥。
作为优选的技术方案，所述粉煤灰选自C类粉煤灰；更优选地，所述粉煤灰选自C类II级粉煤灰；进一步优选地，所述粉煤灰选自45微米筛余为26％、含水量为0.3％、烧失量为2.96％、需水量比为100％、体积安定性为0.5mm的C类II级粉煤灰。
作为优选的技术方案，所述细骨料为天然中砂；更优选地，所述细骨料选自细度模数为2.86的天然中砂；进一步优选地，所述细骨料由质量比为17:23:21:19:15:3的粒径0.075-0.15mm、0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm天然中砂组成。
作为优选的技术方案，所述抗分散剂选自有机聚合物；更优选地，所述抗分散剂选自水溶性有机聚合物；进一步优选地，所述抗分散剂选自聚丙烯酰胺抗分散剂。
作为优选的技术方案，所述减水剂选自聚羧酸减水剂粉末；更优选地，所述减水剂选自中效聚羧酸减水剂粉末；进一步优选地，所述减水剂选自减水率为23.4％的中效聚羧酸减水剂粉末。
本发明的第二方面，提供一种水下抗分散砂浆的制备方法，用于制备上述的水下抗分散砂浆，包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量分别称取水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、细骨料、水、抗分散剂、减水剂、水；
步骤三、将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、抗分散剂、细骨料倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌15-45秒使之均匀；
步骤四、将配方量的33％-75％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌45-90秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌45-90秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护1-4天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤五得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
优选地，步骤三中的搅拌时间为20-40秒；更优选地，步骤三中的搅拌时间为30秒。
优选地，步骤四中加入配方量的45％-70％的水；更为优选地，步骤四中加入配方量的67％的水。
优选地，步骤四中的搅拌时间为50-80秒；更优选地，步骤四中的搅拌时间为60秒。
优选地，步骤五中的搅拌时间为55-80秒；更优选地，步骤五中的搅拌时间为60秒；
优选地，步骤六中的搅拌时间为55-80秒；更优选地，步骤六中的搅拌时间为60秒；
优选地，步骤八中的养护时间为2-4天；更优选地，步骤八中的养护时间为2天。
本说明书中所述的“重量份”，是指各组分之间的相对质量配比关系，而不是实际的质量单位。根据实际情况，1重量份可以是1kg、10kg等任意质量。
现有技术中，一般认为水下砂浆应该少用抗分散剂，从而使砂浆保留一定流动性，但此种做法往往导致水下砂浆抗分散性较差，浇筑后的环境水充满泥沙，污染环境水且看不到水下导管。而本发明思路是，首先筛选出抗分散剂的合理掺量，使得抗分散砂浆具有最佳的抗分散性，浇筑后环境水清澈如初。另外，较小的砂胶比改善了砂浆的流动性，在保证水下抗分散性能的基础上，提供水下砂浆流动性。
最后，本发明为降低成本，在较小的砂胶比基础上，在胶凝材料中配比大掺量矿物掺和料以部分替代水泥，在较低的成本下，解决了抗分散性和流动性相互制约的问题；本发明还通过大量实验筛选了合适的减水剂掺量、水胶比，从而首次得到如下结论：传统的通过调节减水剂和水胶比等调节砂浆流动性的方法并不适用于提高水下抗分散砂浆的流动性。本发明采用的水下砂浆制备方法，可以提高砂浆的水下抗分散性，同时保持砂浆的流动性。
附图说明
图1为抗分散剂对水下砂浆悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比的影响图；
图2为减水剂对水下砂浆悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比的影响图；
图3为水胶比对水下砂浆悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比的影响图；
图4为砂胶比对水下砂浆悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比的影响图；
图5为粉煤灰对水下砂浆悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比的影响图；
图6为矿粉对水下砂浆悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比的影响图；
图7为硅灰对水下砂浆悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比的影响图；
图8为实施例1水下成型试样的图片；
图9为对比例1水下成型试样的图片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，如无特殊说明，P.O42.5普通硅酸盐水泥购自太仓海螺水泥厂；粉煤灰购自华能国际电力股份有限公司太仓电厂，为C类II级粉煤灰；矿粉购自上海宝钢新型建材科技有限公司，为S95级矿粉；硅灰购自山东博肯硅材料有限公司；细骨料为天然中砂；水为自来水；抗分散剂购自南京苏博特新材料有限公司，为DSA型；减水剂购自上海麦斯特建工高科技建筑化工有限公司，为中效聚羧酸减水剂粉末。
本发明的目的是筛选出水下抗分散砂浆的最佳配合比，实现水下砂浆在抗分散性最佳的情况下获得较好的流动性。下面通过筛选试验对本发明的配比筛选过程进行说明。
筛选试验1
设计水下抗分散砂浆中抗分散剂的配合比。砂浆按照重量份计，包括以下各组分：水泥600份、细骨料1800份、水450份，抗分散剂的掺量为分别为胶凝材料(水泥)掺量的0、1％、2％、3％、4％(质量分数)。
上述砂浆的制备方法是：将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处。按照配方量称取各组分，将水泥、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌30S使之均匀。将水倒入上述混合物中，继续慢速搅拌60S，之后快速搅拌60S，得到砂浆。
将上述砂浆用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面。将浇筑好的试模从水槽中取出，抹平，抹平后的试模再次放入水中，水中养护2天，将试模从水中取出，脱模，得到试块。将水下成型的试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块。
将搅拌均匀的砂浆在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同水下成型试验组，获得陆地成型对照组试块。
测试上述砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。按GB/T11901-1989《水质悬浮物的测定重量法》检测水下抗分散砂浆的悬浊物含量；按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》检测水下成型抗分散砂浆及陆地成型抗分散砂浆抗压强度，并通过水下强度与陆地强度的比值表征水陆抗压比；按GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》检测水下抗分散砂浆的扩展度。试验结果如图1所示。通过图1可以看出，当抗分散剂掺量为胶凝材料掺量的4％时，砂浆悬浊物含量趋于0，此时砂浆水陆抗压强度比大于80％，扩展度仅为127mm。考虑到抗分散性对水下砂浆的重要性，可通过调整其他原材料组成提升砂浆的流动性，抗分散剂的合理掺量为4％。
筛选试验2
设计水下抗分散砂浆中减水剂的配合比。砂浆按照重量份计，包括以下各组分：水泥600份、细骨料1800份、水300份、抗分散剂24份。减水剂掺量分别为胶凝掺量的0、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％(质量分数)。
上述砂浆的制备方法是：将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处。按照配方量称取各组分，将水泥、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌30S使之均匀。将配方质量67％的水与全部减水剂混合均匀后倒入上述搅拌得到的混合物中，继续慢速搅拌60S，将剩余的水倒入混合物中，快速搅拌60S，得到砂浆。
将上述砂浆用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面。将浇筑好的试模从水槽中取出，抹平，抹平后的试模再次放入水中，水中养护2天，将试模从水中取出，脱模，得到试块。将水下成型的试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块。
将搅拌均匀的砂浆在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同水下成型试验组，获得陆地成型对照组试块。
测试上述砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。测试方法与筛选试验1相同。试验结果如图2所示。由图2可知，当减水剂的掺量为0.6％时，砂浆悬浊物含量较低，此时砂浆水陆抗压强度比大于60％，扩展度升至130mm。这表明减水剂对提高水下抗分散砂浆流动性的效果甚微，考虑减水剂的掺量为0.6％时，砂浆综合性能较好，因此选择减水剂合理掺量为0.6％。
筛选试验3
设计水下抗分散砂浆的水胶比。砂浆按照重量份计，包括以下各组分：水泥600份、细骨料1800份、抗分散剂24份、减水剂3.6份，水胶比(水与水泥的质量比)分别为0.50、0.55、0.60、0.65、0.70。
上述砂浆的制备方法是：将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处。按照配方量称取各组分，将水泥、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌30S使之均匀。将配方质量67％的水与全部减水剂混合均匀后倒入上述搅拌得到的混合物中，继续慢速搅拌60S，将剩余的水倒入混合物中，快速搅拌60S，得到砂浆。
将上述砂浆用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面。将浇筑好的试模从水槽中取出，抹平，抹平后的试模再次放入水中，水中养护2天，将试模从水中取出，脱模，得到试块。将水下成型的试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块。
将搅拌均匀的砂浆在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同水下成型试验组，获得陆地成型对照组试块。
测试上述砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。测试方法与筛选试验1相同。试验结果如图3所示。由图3可知，随着水胶比增大，扩展度与悬浊物含量均显著提高，这表明水胶比升高可显著提高砂浆流动度，显著降低砂浆抗分散性，因此水胶比不宜过大，本实验水胶比选择为0.50。
筛选试验4
设计水下抗分散砂浆的砂胶比。砂浆的配合比为：抗分散剂4％、减水剂0.6％、水胶比0.50，砂胶比分别为3、2.56、2.11、1.67、1.23(水泥600份细骨料1800份、水泥663份细骨料1696份、水泥764份细骨料1613份、水泥900份细骨料1501份、水泥1093份细骨料1341份)。
上述砂浆的制备方法是：将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处。按照配方量称取各组分，将水泥、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌30S使之均匀。将配方质量67％的水与全部减水剂混合均匀后倒入上述搅拌得到的混合物中，继续慢速搅拌60S，将剩余的水倒入混合物中，快速搅拌60S，得到砂浆。
将上述砂浆用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面。将浇筑好的试模从水槽中取出，抹平，抹平后的试模再次放入水中，水中养护2天，将试模从水中取出，脱模，得到试块。将水下成型的试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块。
将搅拌均匀的砂浆在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同水下成型试验组，获得陆地成型对照组试块。
测试上述砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。测试方法与筛选试验1相同。试验结果如图4所示。由图4可知，随着砂胶比降低，砂浆悬浊物含量显著降低，扩展度和水陆抗压强度比显著增大，这表明降低砂胶比可在提高砂浆抗分散性的同时提高流动性，当砂胶比为1.67时，悬浊物含量较低，扩展度和水陆抗压强度较大，因此，选择砂胶比为1.67。
筛选试验5
设计水下抗分散砂浆中胶凝材料的配比。砂浆按照重量份计，包括以下各组分：胶凝材料900份、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份，粉煤灰掺量分别为胶凝材料掺量的的0、10％、20％、30％、40％、50％(水泥掺量分别为胶凝材料掺量的100％、90％、80％、70％、60％、50％)。
上述砂浆的制备方法是：将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处。按照配方量称取各组分，将水泥、粉煤灰、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌30S使之均匀。将配方质量67％的水与全部减水剂混合均匀后倒入上述搅拌得到的混合物中，继续慢速搅拌60S，将剩余的水倒入混合物中，快速搅拌60S，得到砂浆。
将上述砂浆用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面。将浇筑好的试模从水槽中取出，抹平，抹平后的试模再次放入水中，水中养护2天，将试模从水中取出，脱模，得到试块。将水下成型的试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块。
将搅拌均匀的砂浆在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同水下成型试验组，获得陆地成型对照组试块。
测试上述砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。测试方法与筛选试验1相同。试验结果如图5所示。由图5可知，随着粉煤灰掺量增加，砂浆悬浊含量和扩展度增大，这表明粉煤灰虽然能提高砂浆的流动性，但是会降低砂浆的抗分散性。考虑胶凝材料用量较多，而掺入适量粉煤灰如30％可在降低成本和水泥水化热的同时保持一定的流动性和抗分散性，因此选择粉煤灰掺量为30％。
筛选试验6
设计水下抗分散砂浆中矿粉的配合比。砂浆按照重量份计，包括以下各组分：胶凝材料900份(其中水泥占50％，粉煤灰与矿粉占50％)，细骨料1501份、水450份、减水剂5.4份，矿粉掺量分别为胶凝材料掺量的0、10％、20％、30％、40％、50％(粉煤灰掺量分别为胶凝材料掺量的50％、40％、30％、20％、10％、0)。
上述砂浆的制备方法是：将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处。按照配方量称取各组分，将水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌30S使之均匀。将配方质量67％的水与全部减水剂混合均匀后倒入上述搅拌得到的混合物中，继续慢速搅拌60S，将剩余的水倒入混合物中，快速搅拌60S，得到砂浆。
将上述砂浆用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面。将浇筑好的试模从水槽中取出，抹平，抹平后的试模再次放入水中，水中养护2天，将试模从水中取出，脱模，得到试块。将水下成型的试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块。
将搅拌均匀的砂浆在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同水下成型试验组，获得陆地成型对照组试块。
测试上述砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。测试方法与筛选试验1相同。试验结果如图6所示。由图6可知，随着矿粉掺量增大，砂浆悬浊物含量和扩展度先增大后降低，当矿粉掺量为胶凝材料掺量的20％，粉煤灰掺量为胶凝材料掺量的30％时，砂浆抗分散性和流动性综合性能较佳，因此选择矿粉掺量为胶凝材料的掺量20％。
筛选试验7
设计水下抗分散砂浆中硅灰的配合比。砂浆按照重量份计，包括以下各组分：胶凝材料900份(其中水泥占50％、粉煤灰占30％、矿粉与硅灰总和占20％)、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份，硅灰掺量分别为胶凝材料掺量的0、5％、10％、15％、20％(矿粉掺量分别为胶凝材料掺量的20％、15％、10％、5％、0)。
上述砂浆的制备方法是：将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处。按照配方量称取各组分，将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌30S使之均匀。将配方质量67％的水与全部减水剂混合均匀后倒入上述搅拌得到的混合物中，继续慢速搅拌60S，将剩余的水倒入混合物中，快速搅拌60S，得到砂浆。
将上述砂浆用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面。将浇筑好的试模从水槽中取出，抹平，抹平后的试模再次放入水中，水中养护2天，将试模从水中取出，脱模，得到试块。将水下成型的试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块。
将搅拌均匀的砂浆在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同水下成型试验组，获得陆地成型对照组试块。
测试上述砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。测试方法与筛选试验1相同。试验结果如图7所示。由图7可知，硅灰掺量大于胶凝材料掺量的5％时，砂浆悬浊物含量小于40mg/L，扩展度大于175mm，水陆抗压强度比大于90％，综合性能优异。因此硅灰适宜掺量在胶凝材料掺量的5％-20％之间。
综合筛选试验1-筛选试验7，可以得到水下抗分散砂浆的最佳配合比为：水泥450份、粉煤灰270份、矿粉0-135份、硅灰45-180份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份。
实施例1
本实施例提供一种抗分散砂浆，其各组分组成如表1所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥4.5kg，粉煤灰2.7kg，矿粉1.35kg，硅灰0.45kg，细骨料15.01kg，水4.5kg，抗分散剂0.36kg，减水剂0.054kg；
步骤三、将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、抗分散剂、细骨料倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤五得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
本实施例所述砂浆水下成型试样如图8所示。
实施例2
本实施例提供一种抗分散砂浆，其各组分组成如表1所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥4.5kg，粉煤灰2.7kg，矿粉0.9kg，硅灰0.9kg，细骨料15.01kg，水4.5kg，抗分散剂0.36kg，减水剂0.054kg；
步骤三、将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、抗分散剂、细骨料倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤五得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
实施例3
本实施例提供一种抗分散砂浆，其各组分组成如表1所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥4.5kg，粉煤灰2.7kg，矿粉0.45份，硅灰1.35kg，细骨料15.01kg，水4.5kg，抗分散剂0.36kg，减水剂0.054kg；
步骤三、将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、抗分散剂、细骨料倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤五得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
实施例4
本实施例提供一种抗分散砂浆，其各组分组成如表1所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥4.5kg，粉煤灰2.7kg，硅灰1.8kg，细骨料15.01kg，水4.5kg，抗分散剂0.36kg，减水剂0.054kg；
步骤三、将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、抗分散剂、细骨料倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤五得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
实施例1-4制备的水下抗分散砂浆养护28天后，按GB/T11901-1989《水质悬浮物的测定重量法》检测水下抗分散砂浆的悬浊物含量；按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》检测水下成型抗分散砂浆及陆地成型抗分散砂浆抗压强度，并通过水下强度与陆地强度的比值表征水陆抗压比；按GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》检测水下抗分散砂浆的扩展度，结果见表1。
表1(1重量份＝0.01kg)
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
水泥 450 450 450 450
粉煤灰 270 270 270 270
矿粉 135 90 45 0
硅灰 45 90 135 180
细骨料 1501 1501 1501 1501
水 450 450 450 450
抗分散剂 36 36 36 36
减水剂 5.4 5.4 5.4 5.4
悬浊物含量(mg/L) 38 39 40 41
扩展度(mm) 195 189 179 178
水陆抗压强度比(％) 100 98 94 91
测试结果表明：四种配合比配制出的水下抗分散砂浆悬浊物含量均小于41mg/L，扩展度均大于178mm，28d水陆抗压强度比均大于90％；其中以实施例1为本发明的最优实施方案。
对比例1
本对比例提供一种抗分散砂浆，其组分如表2所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥5.86kg，细骨料17.58kg，水2.93kg；
步骤三、将水泥、细骨料倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将水倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤十得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
本对比例所述砂浆水下成型试样如图9所示。
对比例2
本对比例提供一种抗分散砂浆，其组分如表2所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥5.86kg，细骨料17.58kg，水2.93kg，抗分散剂0.23kg；
步骤三、将水泥、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将水倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤十得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
对比例3
本对比例提供一种抗分散砂浆，其组分如表2所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥5.86kg，细骨料17.58kg，水2.93kg，抗分散剂0.23kg，减水剂0.035kg；
步骤三、将水泥、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤十得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
对比例4
本对比例提供一种抗分散砂浆，其组分如表2所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥9kg，细骨料15.01kg，水4.5kg，抗分散剂0.36kg，减水剂0.054kg；
步骤三、将水泥、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤十得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
对比例5
本对比例提供一种抗分散砂浆，其组分如表2所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥4.5kg，粉煤灰4.5kg，细骨料15.01kg，水4.5kg，抗分散剂0.36kg，减水剂0.054kg；
步骤三、将水泥、粉煤灰、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤十得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
对比例6
本对比例提供一种抗分散砂浆，其组分如表2所示，其制备方法如下：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量，分别称取水泥4.5kg，粉煤灰2.7kg，矿粉1.8kg，细骨料15.01kg，水4.5kg，抗分散剂0.36kg，减水剂0.054kg；
步骤三、将水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料、抗分散剂倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌30秒使之均匀；
步骤四、将配方量的67％(质量分数)的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌60秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌60秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护2天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤十得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
采用实施例1-实施例4所述的方法，分别测定对比例1-6的砂浆的悬浊物含量、扩展度和水陆抗压强度比。
表2(1重量份＝0.01kg)
Figure BDA0002963579010000171
测试结果表明：对比例1-6的水下抗分散砂浆的悬浊物含量、扩展度、水陆抗压强度比等综合性能均明显不及本发明的水下抗分散砂浆。对比例1-6水下抗分散砂浆的原料组成较本发明的水下抗分散砂浆分别是没有掺入抗分散剂、没有掺入减水剂、砂胶比不适宜、矿物掺合料种类及掺量不适宜；因此，抗分散剂、砂胶比、矿物掺合料，是保证本发明的水下抗分散砂浆的优良性能的关键。
综上所述，本发明提供了一种抗分散性高、流动性能好的水下抗分散砂浆，基于其优良的性能，拓宽了水下抗分散砂浆的应用范围，从而为地下、水下工程的发展做出了贡献。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (9)

1.一种水下抗分散砂浆，其特征在于，包括胶凝材料、细骨料、水、抗分散剂、减水剂，所述抗分散剂掺量为胶凝材料掺量的4％，所述减水剂掺量为胶凝材料掺量的0.6％，水胶比为0.50，砂胶比为1.67；所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰，所述水泥掺量为胶凝材料总质量的50％，所述粉煤灰掺量为胶凝材料总质量的30％，所述硅灰掺量为胶凝材料总质量的5％-20％，所述矿粉掺量为胶凝材料总质量的0-15％；按照重量份计，所述水下抗分散砂浆包括胶凝材料900份、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份；所述胶凝材料包括水泥450份、粉煤灰270份、矿粉0-135份、硅灰45-180份。
2.如权利要求1所述的一种水下抗分散砂浆，其特征在于，按照重量份计，包括以下各组分：水泥450份、粉煤灰270份、矿粉45-135份、硅灰45-135份、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份。
3.如权利要求2所述的一种水下抗分散砂浆，其特征在于，按照重量份计，包括以下各组分：水泥450份、粉煤灰270份、矿粉135份、硅灰45份、细骨料1501份、水450份、抗分散剂36份、减水剂5.4份。
4.如权利要求1-3任一项所述的水下抗分散砂浆，其特征在于，所述水泥选自P.O42.5普通硅酸盐水泥；比表面积为350g/cm2。
5.如权利要求1-3任一项所述的水下抗分散砂浆，其特征在于，所述粉煤灰选自C类II级粉煤灰，45微米筛孔筛余为26％，含水量为0.3％，烧失量为2.96％，需水量比为100％，体积安定性为0.5mm。
6.如权利要求1-3任一项所述的水下抗分散砂浆，其特征在于，所述细骨料选自细度模数为2.86的天然中砂，所述天然中砂粒径按0.075-0.15mm、0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm的比重为17:23:21:19:15:3。
7.如权利要求1-3任一项所述的水下抗分散砂浆，其特征在于，所述抗分散剂选自水溶性聚丙烯酰胺抗分散剂。
8.如权利要求1-3任一项所述的水下抗分散砂浆，其特征在于，所述减水剂选自中效聚羧酸减水剂粉末，减水率为23.4％。
9.一种水下抗分散砂浆的制备方法，用于制备权利要求1-8任一项所述的水下抗分散砂浆，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为40mm×40mm×160mm的不锈钢试模放入水槽中，向水槽内加水至试模上表面4cm处；
步骤二、按照配方量分别称取水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、细骨料、水、抗分散剂、减水剂、水；
步骤三、将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、抗分散剂、细骨料倒入行星式砂浆搅拌机中慢速搅拌15-45秒使之均匀；
步骤四、将配方量的33％-75％的水和全部减水剂混合好后倒入步骤三得到的混合物中，继续慢速搅拌45-90秒；
步骤五、向步骤四得到的混合物中倒入剩余水，快速搅拌45-90秒；
步骤六、将步骤五得到的混合物用手铲从水面向试模中浇筑，至浇筑量超出试模表面；
步骤七、将步骤六得到的试模从水槽中取出，抹平；
步骤八、将步骤七得到的试模再次放入水中，水中养护1-4天；
步骤九、将步骤八得到的试模从水中取出，脱模，获得试块；
步骤十、将步骤九得到试块放入水中养护至28天龄期，获得水下成型试验组试块；
步骤十一、将步骤五得到的混合物在陆地上成型，陆地上养护，其他步骤同步骤六-步骤十，获得陆地成型对照组试块。
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