CN115159918A

CN115159918A - 一种水下修补用抗分散自密实混凝土及其制备方法

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Publication number: CN115159918A
Application number: CN202210787395.9A
Authority: CN
Inventors: 吴伟; 雷英强; 李凤玉; 丁建彤; 相福壮; 李晓华
Original assignee: Sinohydro Bureau 7 Co Ltd
Current assignee: Sinohydro Bureau 7 Co Ltd
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2042-07-04
Also published as: CN115159918B

Abstract

本发明公开了一种水下修补用抗分散自密实混凝土，包括按质量份计的以下原料：水泥450‑550份；超细粉体50‑150份；高密度中砂980‑1210份；碎石990‑1040份；水180‑220份；絮凝剂1‑3份；减水剂1‑2份；胶粉1‑2份；本发明还公开了一种水下修补用抗分散自密实混凝土的制备方法，先通过酸刻蚀法制备出超细粉体，再将其与其他原料混合制得所述抗分散自密实混凝土；本发明利用重骨料（高密度中砂）、胶粉增加了混凝土与修补基底之间的粘结力，并通过引入改性超细粉体增加了浆体内聚力，解决了现有技术中水下结构修补后出现的揭板破坏，有利于延长修补结构的寿命，保证水工结构长期安全稳定运行。

Description

一种水下修补用抗分散自密实混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种水下修补用抗分散自密实混凝土及其制备方法。

背景技术

随着水电站运行年限增加，其受水流长期冲刷、磨损部位出现了不同程度的破坏，为保证电站安全稳定运行对破损结构进行修补势在必行。然而传统排水围堰的修补方式耗时耗力，采用不排水直接通过水下不分散技术进行混凝土浇筑和修补因其施工速率快、工程造价低的特点逐渐替代排水围堰方式成为了主流修补方式。

针对水下不分散混凝土技术，很多单位进行了研究，例如，通过在传统混凝土配比中引入甲基纤维素与聚硅硫酸铁复配作为絮凝剂来实现抗分散；或通过引入氯化钠、三乙醇胺作为早强剂缩短水下混凝土凝结时间进一步提升其抗分散性；还有以丙烯酰胺、丙烯酸单元和稀丙基-A-D-吡喃半乳糖苷三元共聚产物作为絮凝剂，来提高水下混凝土的水陆强度比。以上研究均未关注修补的水下混凝土的粘结能力，而修补工程在运行期常因水流的脉冲压力、上浮举力造成修补结构与基底之间发生脱落，形成揭板破坏，最后不得不重复修补。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下修补用抗分散自密实混凝土及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水下修补用抗分散自密实混凝土，包括按质量份计的以下原料：

水泥450-550份；

超细粉体50-150份；

高密度中砂980-1210份；

碎石990-1040份；

水180-220份；

絮凝剂1-3份；

减水剂1-2份；

胶粉1-2份。

进一步地，超细粉体由硅粉或粉煤灰制成。超细粉体的粒度为1-100nm。

进一步地，胶粉为可再分散型乳胶粉、黄原胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、明胶、果胶中的一种或多种。

进一步地，水泥为强度等级高于42.5MPa的早强型普通硅酸盐水泥；优选的，比表面积大于3500cm²/g，硅酸三钙含量大于40％，铝酸三钙含量大于5％。

进一步地，高密度中砂为钢渣砂、矿渣砂、风淬炼钢渣、型砂中的一种或多种；高密度中砂的表观密度大于2800kg/m³，级配满足国标GB/T14684中Ⅱ区砂要求，0.075mm筛余小于2％，空隙率小于38％，在200℃、2.0MPa压力下蒸煮的粉化率小于2％。

进一步地，碎石为符合GB/T14685规范要求的人工碎石，空隙率小于40％，将其放入冲击式、重锤式整形机进行整形，使碎石外观无明显棱角，呈类球状。重骨料加入后为了避免其沉降，需要通过增加细粉料用量或加入增稠剂、絮凝剂来增加浆体稠度，但稠度增加会导致混凝土流动度下降，而对碎石进行整形后，其球形作用可以有效改善浆体的流动度从而解决上述矛盾。

进一步地，絮凝剂可以为阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝中的一种或多种。

进一步地，减水剂可以为聚羧酸减水剂。

一种水下修补用抗分散自密实混凝土的制备方法，包含以下步骤：

S1、向硅粉或粉煤灰中加入刻蚀酸和助磨剂，粉磨后得到超细粉体；

S2、将水泥、超细粉体、高密度中砂、碎石、水、絮凝剂、减水剂、胶粉混合搅拌均匀，得到所述抗分散自密实混凝土。

进一步地，按质量份计，所述步骤S1中，硅粉或粉煤灰为100份，刻蚀酸为1-5份且刻蚀酸的质量浓度为10％，助磨剂为0.03-0.05份；

进一步地，刻蚀酸为硫酸、盐酸、甲酸、醋酸、草酸、苯甲酸、水杨酸、正磷酸中的一种或多种；

进一步地，助磨剂为丙三醇、松香酸、硬脂肪酸钠、木质素磺酸盐、腐殖酸钠、聚乙二醇中的一种或多种。

本发明的有益效果是：

1.以高密度型砂作为重骨料，抵御水的冲击和浮力，加入胶粉增加混凝土与修补基材、锚杆的粘结力，通过引入改性超细粉体进一步增加浆体内聚力，最终解决目前水下结构修补后出现的揭板破坏，从而延长修补结构寿命、保证水工结构长期安全稳定运行。

2.采用酸刻蚀方法制备超细粉体，一方面，在颗粒粒径相同的条件下，通过在颗粒表面刻蚀出微坑增大了颗粒的比表面积，使制得的混凝土获得更优秀的内聚力；另一方面，通过刻蚀破坏了颗粒表面的Si-O键、Al-O键，破坏了晶格，使制得的混凝土在下水后离子溶出的速率加快，参与水化反应的速率加快，从而获得更好的早期强度。

具体实施方式

下面结合实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本发明实施例中提供一种水下修补用抗分散自密实混凝土，包括按质量份计的以下原料：

水泥450-550份；

超细粉体50-150份；

高密度中砂980-1210份；

碎石990-1040份；

水180-220份；

絮凝剂1-3份；

减水剂1-2份；

胶粉1-2份。

进一步地，超细粉体由硅粉或粉煤灰制成。

进一步地，胶粉为可再分散型乳胶粉、黄原胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、明胶、果胶中的一种或多种。本实施例中所用的可再分散型乳胶粉为德国瓦克8031H疏水型乳胶粉，黄原胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、明胶、果胶均选用常规市售产品。进一步地，高密度中砂为钢渣砂、矿渣砂、风淬炼钢渣、型砂中的一种或多种；所述高密度中砂的表观密度大于2800kg/m³，0.075mm筛余小于2％，空隙率小于38％，在200℃、2.0MPa压力下蒸煮的粉化率小于2％。

本实施例中的水泥为峨胜P.O42.5R水泥。

本实施例中的碎石为成都蜀源港泰新型建材有限公司整形5-20mm碎石。

本实施例中的絮凝剂为中国石油集团工程技术研究院的UBW-Ⅱ絮凝剂。

本实施例中的减水剂为科之杰Point-TS8聚羧酸减水剂。

本发明实施例中提供一种水下修补用抗分散自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按质量份计，将100份硅粉或粉煤灰加入到球磨机中，然后加入1-5份质量浓度为10％的刻蚀酸，再加入0.03-0.05份助磨剂，粉磨0.5h后得到超细粉体；

S2、将水泥、超细粉体、高密度中砂、碎石、水、絮凝剂、减水剂、胶粉按照前述混凝土各原料的质量份数依次投入强制搅拌机中，搅拌大于90s，得到所述抗分散自密实混凝土。

实施例1

S1、按质量份计，将100份硅粉加入到球磨机中，然后加入1份质量浓度为10％的草酸与苯甲酸的混合物(草酸与苯甲酸质量比1:1)，0.03份丙三醇，粉磨0.5h后得到超细粉体；

S2、水泥450份，超细粉体150份，型砂980份，碎石1040份，水180份，絮凝剂1份，减水剂1份，可再分散型乳胶粉1份；将以上材料依次投入强制式搅拌机中，搅拌大于90s，得到所述抗分散自密实混凝土。

实施例2

与实施例1不同的是：

S1中：硅粉100份；草酸与苯甲酸质量比1:1的混合物5份；丙三醇0.05份；

S2中：水泥550份，超细粉体50份，型砂1210份，碎石990份，水220份，絮凝剂3份，减水剂2份，可再分散型乳胶粉2份。

实施例3

与实施例1不同的是：

S1中：硅粉100份；硫酸2份；松香酸0.04份；

S2中：水泥450份，超细粉体80份，矿渣砂1100份，碎石1020份，水180份，絮凝剂1份，减水剂1份，黄原胶1.5份。

实施例4

与实施例1不同的是：

S1中：硅粉100份；盐酸与甲酸质量比1:1的混合物4份；硬脂肪酸钠与木质素磺酸盐质量比1:1的混合物0.05份；

S2中：水泥500份，超细粉体120份，风淬炼钢渣1200份，碎石1020份，水200份，絮凝剂2份，减水剂1.5份，阿拉伯胶1.5份。

实施例5

与实施例1不同的是：

S1中：粉煤灰100份；水杨酸与正磷酸质量比1:1的混合物5份；木质素磺酸盐与腐殖酸钠质量比1:1的混合物0.04份；

S2中：水泥450份，超细粉体150份，风淬炼钢渣与钢渣砂质量比1:1的混合物1000份，碎石1030份，水200份，絮凝剂2份，减水剂1份，瓜尔豆胶与明胶质量比1:1的混合物1份。

实施例6

与实施例1不同的是：

S1中：粉煤灰100份；盐酸、甲酸、醋酸质量比1:1:1的混合物3份；聚乙二醇0.05份；

S2中：水泥500份，超细粉体100份，风淬炼钢渣与矿渣砂质量比1:1的混合物1100份，碎石1010份，水200份，絮凝剂3份，减水剂1.5份，黄原胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶质量比1:1:1的混合物1.5份。

实施例7

与实施例1不同的是：

S1中：粉煤灰100份；草酸与苯甲酸质量比1:3的混合物1份；木质素磺酸盐、聚乙二醇、腐殖酸钠质量比1:1:1的混合物0.03份；

S2中：水泥550份，超细粉体50份，型砂1210份，碎石990份，水220份，絮凝剂3份，减水剂2份，明胶与果胶质量比1:1的混合物2份。

对比例

峨胜P.O42.5R水泥600份，人工石灰岩机制砂1210份，人工破碎石灰岩石子5-20mm990份，水220份，UBW-Ⅱ絮凝剂3份，Point-TS8聚羧酸减水剂2份；将以上材料依次投入强制式搅拌机中，搅拌大于90s，得到对比例水下修补用抗分散自密实混凝土。

测试

按照DL/T5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》对本发明实施例1-7及对比例的抗分散自密实混凝土进行测试，利用扩展度表征其自密实性，利用水泥流失量和上清液PH值表征抗分散能力，利用水陆强度表征其力学性能，测试结果如下：

表1实例抗分散自密实及力学性能

采用DL/T5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》中关于黏结劈裂抗拉强度的试验方法，以其作为粘结强度的表征方式，测试结果如下：

表2实例粘结强度

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种水下修补用抗分散自密实混凝土，其特征在于，包括按质量份计的以下原料：

水泥450-550份；

超细粉体50-150份；

高密度中砂980-1210份；

碎石990-1040份；

水180-220份；

絮凝剂1-3份；

减水剂1-2份；

胶粉1-2份。

2.根据权利要求1所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土，其特征在于：所述超细粉体由硅粉或粉煤灰制成。

3.根据权利要求1所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土，其特征在于：所述胶粉为可再分散型乳胶粉、黄原胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、明胶、果胶中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土，其特征在于：所述水泥为强度等级高于42.5MPa的早强型普通硅酸盐水泥。

5.根据权利要求1所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土，其特征在于：所述高密度中砂为钢渣砂、矿渣砂、风淬炼钢渣、型砂中的一种或多种；所述高密度中砂的表观密度大于2800kg/m³，0.075mm筛余小于2%，空隙率小于38%，在200℃、2.0MPa压力下蒸煮的粉化率小于2%。

6.根据权利要求1所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土，其特征在于：所述碎石为类球状，空隙率小于40%。

7.根据权利要求2所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土的制备方法，其特征在于：按质量份计，所述步骤S1中，硅粉或粉煤灰为100份，刻蚀酸为1-5份且刻蚀酸的质量浓度为10%，助磨剂为0.03-0.05份。

9.根据权利要求8所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述刻蚀酸为硫酸、盐酸、甲酸、醋酸、草酸、苯甲酸、水杨酸、正磷酸中的一种或多种。

10.根据权利要求8所述的一种水下修补用抗分散自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述助磨剂为丙三醇、松香酸、硬脂肪酸钠、木质素磺酸盐、腐殖酸钠、聚乙二醇中的一种或多种。