CN117735913A - C35水下花岗岩混凝土及其制备方法 - Google Patents

C35水下花岗岩混凝土及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117735913A
CN117735913A CN202311528382.0A CN202311528382A CN117735913A CN 117735913 A CN117735913 A CN 117735913A CN 202311528382 A CN202311528382 A CN 202311528382A CN 117735913 A CN117735913 A CN 117735913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
concrete
underwater
granite
mixing
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311528382.0A
Other languages
English (en)
Inventor
刘文胜
张胥
刘平
罗桂军
何威特
江全岭
王亮
彭维维
刘世华
邓家荣
陈楷文
韦善函
张隼
陆克强
谢松记
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Construction Fifth Engineering Bureau Co Ltd
CCFEB Civil Engineering Co Ltd
Original Assignee
China Construction Fifth Engineering Bureau Co Ltd
CCFEB Civil Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Construction Fifth Engineering Bureau Co Ltd, CCFEB Civil Engineering Co Ltd filed Critical China Construction Fifth Engineering Bureau Co Ltd
Priority to CN202311528382.0A priority Critical patent/CN117735913A/zh
Publication of CN117735913A publication Critical patent/CN117735913A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明公开了一种C35水下花岗岩混凝土及其制备方法，该C35水下花岗岩混凝土包括如下质量比的原料组分：水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为(354～360):(74.3～75.7):(746～774):(989～1027)：(5.253～5.355)：(10.70～10.90)：(2.14～2.18)：(0.0862～0.0878)：(8.56～8.72)：(171～173)。本发明提供的C35水下花岗岩混凝土充分利用花岗岩作为原材料，制成具有和易性良好、初凝时间长、灌注成型质量良好、抗压强度高及弯拉强度高的水下花岗岩混凝土。

Description

C35水下花岗岩混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及桥梁桩基施工技术领域，特别地，涉及一种C35水下花岗岩混凝土及其制备方法。
背景技术
钻孔灌注桩是一种常见的桩基类型，通过在地面上钻孔并注入混凝土来形成桩身。它具有较高的承载能力和较好的抗侧力能力。在地下水位偏高地区(如：跨湖、跨河、跨江、跨海)的桥梁桩基较多采用泥浆护壁钻孔灌注桩。使用现有混凝土对钻孔灌注桩进行灌注时，常因混凝土中含砂率偏小、和易性欠佳等因素，造成混凝土堵塞导管，导致混凝土灌注中断，若重新灌注混凝土时，则钻孔灌注桩混凝土内会存在浮浆夹层，造成断桩。
在碱性石灰岩资源短缺且酸性花岗岩资源丰富的地区，花岗岩(SiO2＞66％)属于酸性岩浆岩，是一种比较容易获取的常见岩石。由于花岗岩具有质地坚硬致密、强度高、抗风化、耐腐蚀、耐磨损、吸水性低等优点，将其应用在建筑领域后，虽能保证建筑物的强度和寿命，但因酸性花岗岩的粘附性差，机制砂和碎石难以与水泥等物质充分混合，容易产生裂缝和剥落，造成混凝土的抗压抗弯拉性能降低，导致灌注桩混凝土的强度、耐久性和灌注桩水平向(竖向)承载力受到影响；又因酸性花岗岩脆性大，加工后制成的机制砂级配不佳、单级最大压碎值大，加工后制成的碎石级配不佳、棱角和针片状偏多、压碎值大、不耐热等缺陷，经拌制后的混凝土拌合物的和易性差，易发生泌水现象，使混凝土包裹性差、砂石分离，从而导致混凝土堵塞导管或钻孔灌注桩断桩。
以桩长128m、直径2.2m钻孔灌注桩灌注C35水下花岗岩混凝土为例，因酸性花岗岩机制砂、花岗岩碎石的诸多上述缺陷，易使钻孔灌注桩水下花岗岩混凝土发生离析，降低灌注桩混凝土的强度、耐久性和灌注桩水平向(竖向)承载力。按照规定，钻孔灌注桩的水下混凝土灌注时间不得超过首批混凝土的初凝时间，而在桩长为128m、直径为2.2m钻孔灌注桩的水下混凝土灌注时间从桩底灌注开始至桩顶灌注结束，灌注时间通常在9～14h之间，进而水下混凝土的初凝时间须要求在15～17h之间。目前，普通水下混凝土的初凝时间通常在3～5h，而掺入缓凝剂的水下混凝土初凝时间可达到9～11h，现有技术的钻孔灌注桩水下混凝土初凝时间，根本无法满足超百米深钻孔灌注桩水下混凝土初凝时间在15～17h之间的施工要求。
发明内容
本发明提供了一种C35水下花岗岩混凝土及其制备方法，解决以酸性花岗岩为混凝土材料，制备水下混凝土的和易性差、初凝时间短，以及超百米深灌注桩抗压抗弯拉性能低的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种C35水下花岗岩混凝土，包括如下质量比的原料组分：
水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为(354～360):(74.3～75.7):(746～774):(989～1027)：(5.253～5.355)：(10.70～10.90)：(2.14～2.18)：(0.0862～0.0878)：(8.56～8.72)：(171～173)，其中，所述机制砂与碎石均由花岗岩破碎加工而成。
进一步地，所述机制砂的细度模数为2.3～3.0。
进一步地，所述碎石为粒级为5～25mm的连续粒级碎石。
进一步地，所述竹屑为包括粒度为0.15～4.75mm的竹屑，以及粒度小于0.15mm的竹屑。
进一步地，所述竹屑在使用前还包括如下处理过程：经乳胶溶液浸泡和干燥处理。
进一步地，所述纳米碳酸钙的粒径为10～30nm，密度为2.8～3.1g/cm3。
进一步地，所述缓凝剂包括聚羧酸系减水剂。
进一步地，所述花岗岩混凝土的初凝时间为936～952min。
根据本发明的另一方面，还提供了一种C35水下花岗岩混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将机制砂与竹屑搅拌混合，得到混合砂料；
向混合砂料中依次加入水泥、粉煤灰、纳米碳酸钙和石膏，搅拌混合后得到细料；
向细料中加入碎石，搅拌混合后制成混合料；
向混合料中依次加入聚丙烯酸钾、缓凝剂和拌合水，搅拌混合得到混凝土拌合料；
将混凝土拌合料浇筑施工，得到C35水下花岗岩混凝土。
进一步地，所述聚丙烯酸钾加入前还包括：将聚丙烯酸钾配置成水溶液。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的C35水下花岗岩混凝土原料包括水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾、缓凝剂、拌合水，通过以花岗岩机制砂和花岗岩碎石作为混凝土材料，加入一定比例的水泥、粉煤灰、竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾、缓凝剂及拌合水原料，充分搅拌混合，配制获得具有：和易性良好、初凝时间长、灌注成型质量良好、抗压强度高及弯拉强度高的水下花岗岩混凝土，以来解决以酸性花岗岩为混凝土材料，制备水下混凝土的和易性差、初凝时间短、灌注成型质量差及超百米深灌注桩抗压抗弯拉性能低的技术问题，同时，又具有就地取材充分利用酸性花岗岩作为混凝土材料，解决碱性石灰岩资源短缺难题，降低工程施工成本、施工工艺操作简便的有益效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的C35水下花岗岩混凝土制备实验流程图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及以上，“一个或多个”中的“多个”的含义是两个及以上。
本申请的实施例提供一种C35水下花岗岩混凝土，包括如下质量比的原料组分：
水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为(354～360):(74.3～75.7):(746～774):(989～1027)：(5.253～5.355)：(10.70～10.90)：(2.14～2.18)：(0.0862～0.0878)：(8.56～8.72)：(171～173)，其中，所述机制砂与碎石均由花岗岩破碎加工而成。
根据本申请的实施例，采用花岗岩机制砂和花岗岩碎石作为混凝土骨架材料，所述机制砂的细度模数为2.3～3.0，所述碎石为粒级为5～25mm的连续粒级碎石，通过向其中加入一定比例的水泥、粉煤灰、竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚羧酸减水剂、聚丙烯酸钾及拌合水原料，充分搅拌混合，配制得具有：和易性良好、初凝时间长、抗压强度高、弯拉强度高、灌注成型质量良好的水下花岗岩混凝土，以来解决以酸性花岗岩为混凝土主要材料，制备水下混凝土的和易性差、初凝时间短、灌注成型质量差及超百米深灌注桩抗压抗弯拉性能低的技术问题。
根据本申请的实施例，掺入粉煤灰，其主要矿物组成是铝硅酸盐玻璃珠和海绵体，球状玻璃体质地致密、表面光滑、粒度细，内比表面积小，对水的吸附力小，流动性好，在混凝土拌合物中起“滚珠轴承”作用，使水泥浆需水量减小，改善新拌混凝土的工作性，填充于水泥浆的孔隙中，使硬化混凝土的密实性得到改善。粉煤灰的活性也称为火山灰效应，粉煤灰中的活性成分SiO2和A12O3等与水泥水化产物，在拌合水或由掺入纳米碳酸钙、聚丙烯酸钾后形成的自由水的情况下发生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等物质，填充于水泥水化产物的孔隙中，大大降低了水下混凝土内部的孔隙率，导致孔径细化改变孔结构，提高水下混凝土各组分的粘结作用。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，阻止水泥颗粒的相互粘聚，起到了分散和润滑作用，打破了水泥浆的絮凝结构，有助于新拌和硬化水下混凝土均匀性的改善，有利于混合物的水化反应。同时，粉煤灰还可以弥补水下混凝土中细粉料的不足，阻塞泌水通道，有利于泌水率的降低；水泥浆料中粉料的增加，也使水泥浆体体积增加，改善了水下混凝土的黏聚，抑制了水下混凝土的离析泌水现象。又由于粉煤灰颗粒的形态和亲水特性，球状玻璃体可吸附一层水膜，即粉煤灰具有良好的保水性，有利于水下混凝土需水量的减小，有助于水下混凝土中空隙和毛细孔的填充和细化；又由于粉煤灰的轴承滚珠作用，改善水下混凝土的流动性，减少流动性经时损失；又由于粉煤灰能改善混凝土的界面结构，使粗颗粒变为细颗粒，粗孔变为细孔，从而提高混凝土的密实度，混凝土的强度和抗渗性得到提高，降低了混凝土的温升，推迟最大温度峰值出现的时间，对混凝土结构的抗裂防渗极为有利。
在本申请的实施例中，所述竹屑为包括粒度为0.15～4.75mm的竹屑，以及粒度小于0.15mm的竹屑。例如，掺入粒度为4目(筛孔尺寸4.75mm)的竹屑，竹屑由粒度0.15～4.75mm级竹屑、粒度小于0.15mm级竹屑构成粒度0～4.75mm级竹屑。其中：1)粒度0.15～4.75mm级竹屑的颗粒尺寸与砂颗粒尺寸(0.15～4.75mm级)相同，可作为水下混凝土的部分砂骨料，与机制砂搅拌形成混合砂料，以来改善花岗岩机制砂的颗粒级配不佳状态，使混合砂料颗粒级配达到最佳级配范围，既可填充机制砂的骨架空隙，降低机制砂空隙率，克服花岗岩机制砂的单级最大压碎值大造成水下混凝土抗压强度降低的弊端，又充分发挥竹屑的高抗拉强度、高极限延伸率功能，克服水下花岗岩混凝土的脆性弊端，提高超百米深灌注桩的抗弯拉性能，进而提高了受桩身截面抗弯刚度、桩身入土深度因素影响的超百米深灌注桩的水平向承载力和变形能力。2)粒度小于0.15mm级竹屑，可作为水下混凝土的部分细粉料，与水泥、粉煤灰、纳米碳酸钙、石膏、拌合水拌和形成大流动水泥浆料，包裹混合砂料和碎石并填充密实混合砂料和碎石骨架间空隙，提高水下混凝土抗压强度满足工程使用要求，提高水下混凝土坍落度，阻塞水下混凝土泌水通道，降低水下混凝土泌水量；由于水泥浆料中细粉料的增加，也使水泥浆体体积增加，改善了水下混凝土的粘聚性、保水性，抑制了水下混凝土的离析泌水现象，提高水下混凝土耐久性；3)如果掺入粒度大于4.75mm级竹屑，在水下混凝土中的较大尺寸竹屑，将会裹附在机制砂和碎石颗粒表面，阻挡水下混凝土中较小颗粒和气泡的滑动，增大水下混凝土原料颗粒间的摩擦阻力，降低水下混凝土的流动度，出现卡、堵导管，导致水下混凝土灌注发生中断事故。
此外，由于水下混凝土中掺入竹屑，为了满足水下混凝土的工作性，需要增加水下混凝土中用水量、增大水下混凝土水灰比，导致水下混凝土抗压强度降低的技术问题，通过在水下混凝土中掺入减水剂、纳米碳酸钙、聚丙烯酸钾，均能够减少水下混凝土中用水量、降低水下混凝土水灰比，提高钻孔灌注桩水下混凝土的早期抗压强度和后期抗压强度，从而提高水下混凝土的致密性、力学性能和耐久性，进而提高了超百米深灌注桩的竖向承载力和变形能力。又由于水下花岗岩混凝土的灌注方法是先通过钻孔方法成孔灌注桩，再通过导管从钻孔灌注桩桩底灌入桩孔内，然后逐渐向灌注桩桩顶灌注满水下花岗岩混凝土，在桩长128m的水下花岗岩混凝土灌注时，因水下花岗岩混凝土自由落下重力大而产生较大压力，迫使水下花岗岩混凝土一边挤推钻孔灌注桩桩孔内的护壁泥浆向灌注桩桩顶溢出和排出，并填充满钻孔灌注桩桩孔，一边挤推钻孔灌注桩桩孔内的护壁泥浆向灌注桩四周桩孔壁渗入泥浆，在灌注桩水下混凝土与桩孔壁土层之间形成薄泥浆层，阻止地下水渗入灌注桩水下混凝土内，浸湿和腐蚀水下混凝土中的竹屑，对竹屑起到防腐蚀保护作用，进而提高了水下混凝土的致密性、力学性能和耐久性。
在本申请的实施例中，纳米碳酸钙(CaCO3)的粒径为10～30nm，密度为2.8～3.1g/cm3，具有较高比表面积和较小粒径的特性，因纳米微粒表面能大、吸附强，容易使纳米微粒相互吸引形成团聚沉淀，由于在水下混凝土中的水溶性聚合物可定向地吸附在碳酸钙的表面，使碳酸钙具有电荷特性，并在其表面形成稳定的物理和化学吸附层，阻止碳酸钙粒子团聚结块，改善纳米碳酸钙的分散性；又由于同种电荷的排斥性，使纳米碳酸钙不易聚合，从而提高纳米碳酸钙的分散性和稳定性。因纳米碳酸钙颗粒粒径20nm小于水泥、粉煤灰、竹屑、石膏、机制砂颗粒粒径，在水下混凝土中，掺入纳米碳酸钙，在颗粒近似板状、块状且大颗粒比较多的水泥颗粒之间起到滚珠作用，填充水泥之间空隙，减少水泥空隙用水形成更多自由水，与水泥、粉煤灰、细粉料竹屑、石膏原料组成的混合细料拌和形成大流动水泥浆料，包裹混合砂料和碎石并填充密实混合砂料和碎石骨架间空隙，可提高水下混凝土的致密性和力学性能，降低水下混凝土的渗透性，提高水下混凝土的耐久性，同时，也克服掺入竹屑后为了满足水下混凝土工作性，需要增加水下混凝土中用水量、增大水下混凝土水灰比，导致水下混凝土抗压强度降低的弊端；可增大水下混凝土骨料总表面积，增加水下混凝土中的含气量，微小的气泡在水下混凝土中起到滚珠作用，使水下混凝土坍落度得到提高，增加的气泡使水下混凝土的内聚力增加，气泡粘结着固体颗粒，减少固体颗粒下沉和水流动，阻塞水下混凝土泌水通道，降低水下混凝土泌水量；由于水泥浆料中细粉料的增加，也使水泥浆体体积增加，改善了水下混凝土的黏聚性、保水性，抑制了水下混凝土的离析泌水现象，提高水下混凝土耐久性；在水下混凝土中掺入纳米碳酸钙，因碳酸钙基本上不溶于水，可增大水下混凝土表观密度，可随之增加水下花岗岩混凝土的自由落下重力，克服在灌注桩中部、顶部范围内，因水下花岗岩混凝土自由落下重力小导致水下花岗岩混凝土不密实的弊端，提高了水下花岗岩混凝土的抗压强度，进而提高了超百米深灌注桩的竖向承载力和变形能力；可增大水下混凝土对桩孔壁的侧压力，使桩孔壁趋于稳定；可包裹酸性花岗岩机制砂和花岗岩碎石，并在机制砂和碎石颗粒表面形成一层稳定的碳酸钙物质，使酸性机制砂和碎石转变成碱性机制砂和碎石，克服酸性花岗岩机制砂和花岗岩碎石的粘附性差的弊端。
根据本申请的实施例，石膏(CaSO4·2H2O)是由天然石膏矿石经过煅烧和粉碎而成。在水下混凝土中，掺入石膏可增加水下混凝土中Ca2+离子，使Ca2+离子与水下混凝土中的CO3 2-离子结合形成不溶于水的CaCO3沉淀，从而增大水下混凝土表观密度，增加水下花岗岩混凝土的自由落下重力，提高了水下花岗岩混凝土的抗压强度，提高了超百米深灌注桩的竖向承载力和变形能力，可增大水下混凝土对桩孔壁的侧压力，使桩孔壁趋于稳定；可包裹酸性花岗岩机制砂和碎石，并在机制砂和碎石颗粒表面形成一层稳定的碳酸钙物质，使酸性机制砂和碎石转变成碱性机制砂和碎石，克服酸性花岗岩机制砂和碎石的粘附性差的弊端。由于水泥熟料中氧化铝(Al2O3)含量过高，造成水泥熟料中铝酸三钙(C3A)过多，而水泥熟料中三氧化硫(SO3)不足或石膏只占到3％左右甚至更少时，铝酸三钙(C3A)佷快地溶于水中，迅速生成铝酸钙水化物，使水泥浆体很快凝结，使新拌混凝土失去可塑性，严重影响水下混凝土灌注，在水下混凝土中，掺入石膏很快与铝酸三钙(C3A)及氢氧化钙(Ca(HO)2)发生反应生成难溶于水的水化硫铝钙(即钙矾石C3A3CaSO4Ca(HO)2)，在铝酸三钙(C3A)粒子表面形成包裹层阻止了铝酸三钙(C3A)进一步水化，使溶液中铝酸盐的溶解度降低，以致铝酸钙的水化产物不能分离出来,增大反应较慢的硅酸三钙(C3S)胶体溶液浓度，从而延缓水泥凝结时间，进而延长水下花岗岩混凝土的初凝时间和终凝时间。
根据本申请的实施例，由于在水泥颗粒与水接触时，水泥颗粒表面的硅酸钙部分溶解并释放出钙离子、氢氧根离子和硅酸根离子。在水下混凝土中，掺入聚羧酸减水剂，而聚羧酸减水剂分子结构中含有羟基(-OH)、羧基(-COO-)、磺酸基(-SO3-)、聚乙氧基(-OCH2CH2-)等官能团,一方面主链吸附在水泥颗粒表面阻止颗粒与水接触，高接枝密度的羧基(-COO-)、磺酸基(-SO3-)提供静电斥力,同时与钙结合形成富钙保护层,少量的羟基(-OH)与裸露硅酸水合离子络合,有效降低溶液中钙、硅离子浓度,阻止离子的释放；另一方面聚乙氧基(-OCH2CH2-)长侧链、少量的羟基(-OH)与水形成氢键,产生水膜立体保护和空间位阻效应,增加水化层的厚度,延缓水泥水化，有效抑制初期铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)水化,延缓结构形成。在水下混凝土中，掺入聚羧酸减水剂，使混凝土中产生微小气泡，气泡与水泥粒子所带电荷相同，两者之间会产生静电相斥作用，使水泥颗粒之间分散开来。另，气泡能够使水泥粒子之间产生物理隔离，阻止水泥粒子之间发生团聚，同时气泡本身可以起到类似滚珠的作用，促进水泥颗粒的滑动，提高水下混凝土的流动性。
根据本申请的实施例，聚丙烯酸钾是一种阳离子高分子吸水树脂，具有良好的吸水性和保水性。在树脂中含有像藤条一样的高分子链，分子链上亲水基团在水中会电离为羧酸负离子和K+离子。在吸水前，这些呈紧密固体状的高分子长链相互缠绕卷曲，并在一部分链之间形成相互交错的类似于正方体网格，在网格中间有空隙，K+离子到了网格里，并留下羧酸负离子在分子链段上；在遇到水时，在网格中的离子由于同性排斥，负离子和负离子排斥，将高分子链充分地扩展开，使得网格变大，体积增加，由于毛细现象，水进入到网格内部；网格中的水中的K+离子使得水溶液浓度上升，由于渗透压差，水会向浓度更高的地方移动，导致水源源不断的进入到吸水树脂中形成均匀的凝胶状物质；在干燥时，聚丙烯酸钾则会逐渐释放出吸收的水分，克服掺入竹屑后为了满足水下混凝土工作性，需要增加水下混凝土中用水量、增大水下混凝土水灰比，导致水下混凝土抗压强度降低的弊端，从而改善各种材料的使用性能。在水下混凝土中，掺入聚丙烯酸钾与水泥中的氢氧化钙(Ca(HO)2)发生反应生成钙聚丙烯酸钾凝胶，填充水泥之间空隙，提高水泥的强度和耐久性，减少水泥空隙用水形成更多自由水，与水泥、粉煤灰、细粉料竹屑、石膏原料组成的混合细料拌和形成大流动水泥浆料，除包裹混合砂料和碎石并填充密实混合砂料和碎石骨架间空隙，提高水下混凝土的致密性、力学性能和耐久性，降低水下混凝土的渗透性，同时，也克服掺入竹屑后为了满足混凝土工作性，需要增加水下混凝土中用水量、增大水下混凝土水灰比，导致水下混凝土抗压强度降低的弊端外；还改善水泥浆料的流动性、可泵性和工艺性，改善水下混凝土离析，增加水下混凝土的黏聚性、保水性，从而提高混凝土的品质和施工效率。
本申请从以下几个方面对方案进行验证和设计：原材料选择及检验、水下花岗岩混凝土室内组分设计、水下花岗岩混凝土室外搅拌站拌合验证、施工现场首根灌注桩灌注施工验证、确定水下花岗岩混凝土组分设计组分。
一、原材料选择及检验。
水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用品质稳定、来料均匀的电厂F类Ⅰ级粉煤灰，掺量为胶凝材料质量的17.4％；机制砂采用质地坚硬致密、强度高的酸性花岗岩经多次破碎加工制成的Ⅱ区中砂机制砂，其细度模数为2.3～3.0；碎石采用质地坚硬致密、强度高的酸性花岗岩经多次破碎加工制成公称粒级5～25mm连续粒级碎石；竹屑采用外表面洁净的天然有机纤维、绿色环保且竹秆纤维韧性强的3年以上慈竹，由慈竹秆上锯末成竹屑，竹屑粒度为4目(筛孔尺寸4.75mm)，竹屑由粒度0.15～4.75mm级竹屑、粒度小于0.15mm级竹屑构成粒度0～4.75mm级竹屑，其掺量为砂石总质量的0.3％；纳米碳酸钙采用河北生产的粒径为10～30nm、密度为2.8～3.1g/cm3的白色粉末超微细碳酸钙，其掺量为胶凝材料质量的2.5％；石膏由天然石膏矿石经过煅烧和粉碎而成，采用山东生产的密度为2.31g/cm3的白色粉末石膏，其掺量为胶凝材料质量的0.5％；聚丙烯酸钾采用河南生产的密度为0.4g/mL(25℃)的淡黄色粉末聚丙烯酸钾，易溶于水，其掺量为胶凝材料质量的0.02％；缓凝剂采用聚羧酸系的HPWR-R型高性能减水剂(缓凝型)，水剂，减水率为18％，其掺量为胶凝材料质量的2.0％；拌合水采用饮用水。上述原料质量均须符合国家现行相关产品标准的规定要求。
二、C35水下花岗岩混凝土室内组分设计。
水下花岗岩混凝土的室内初始组分，是以水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、缓凝剂及拌合水为原料组成的混合料。首先，初步拟定三种不同比例的初始组分，再根据混凝土拌合物的性能指标试验检测结果，选定符合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)标准中的技术要求、经济性、工作性、耐久性及强度符合设计要求的水下花岗岩混凝土室内初始组分；最后在室内初始组分的基础上，加入一定比例的竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾原料充分搅拌混合，配制获得水下花岗岩混凝土室内组分设计。
水下花岗岩混凝土的制备方法：首先向室内混凝土搅拌机内依次加入已称取质量的机制砂、竹屑干拌和60s制成混合砂料；其次在混合砂料中依次加入已称取质量的水泥、粉煤灰、纳米碳酸钙、石膏干拌和30s制成混合细料；再次在混合细料中加入已称取质量的碎石干拌和60s制成砂石混合料；最后在砂石混合料中依次加入已称取质量的聚丙烯酸钾、缓凝剂、拌合水搅拌180s，制成水下花岗岩混凝土拌合料。
C35水下花岗岩混凝土室内组分设计组分(质量法)为，水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为357：75：760：1008：5.304：10.80：2.16：0.087：8.64：172(单位为kg/m3)。
三、C35水下花岗岩混凝土室外搅拌站拌合验证。
根据C35水下花岗岩混凝土室内组分设计组分，在室外搅拌站进行C35水下花岗岩混凝土搅拌站拌合验证，包括下列技术内容：购置、调试和标定拌和设备；检测搅拌站现场备料仓库内机制砂、碎石的含水率；计算混凝土拌合每盘搅拌各料仓的供料用量；混凝土拌合各组成材料的投料方法和投料顺序；水下花岗岩混凝土拌合各组成材料的搅拌时间；检验水下花岗岩混凝土拌合物的均匀性、颜色一致性；检验水下花岗岩混凝土拌合物中竹屑的分散性；对混凝土拌合物，按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080)、《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081)标准中的测定方法，进行表观密度、坍落度、坍落度1h经时变化量、黏聚性、保水性、凝结时间、离析、抗压强度、弯拉强度的性能指标试验检测。
四、施工现场首根灌注桩灌注施工验证。
施工现场首根灌注桩灌注施工验证，包括：工程应用实施、灌注桩灌注时间、灌注桩混凝土强度检测、灌注桩桩身完整性检测、灌注桩混凝土钻芯取样抗压强度检测。
五、确定C35水下花岗岩混凝土组分设计组分。
C35水下花岗岩混凝土组分设计组分(质量法)确定为，水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为，(354～360):(74.3～75.7):(746～774):(989～1027)：(5.253～5.355)：(10.70～10.90)：(2.14～2.18)：(0.0862～0.0878)：(8.56～8.72)：(171～173)(单位为kg/m3)。
具体地，本发明的实施例依托广东三角洲平原的某桥梁工程A形独塔斜拉桥主桥7#墩的30根桩长128m、直径2.2m钻孔灌注桩的C35水下花岗岩混凝土灌注施工为例进行详细说明。根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)标准中：“混凝土拌合物具有良好的和易性、坍落度为160～220mm、水下混凝土的灌注时间不得超过首批混凝土的初凝时间”的规定要求。又根据工程施工图设计可知：A形独塔斜拉桥主桥7#墩布设有30根Φ2.2m、设计桩长128m钻孔灌注桩，其混凝土强度等级设计为C35。具体实验过程如下：
1、原材料选择及检验。
钻孔灌注桩的水下花岗岩混凝土是指由水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾、缓凝剂及拌合水，按一定比例拌和而成的混合料。根据确定的水下花岗岩混凝土组成材料的种类、规格，进行搅拌站现场各组成材料的备料，按类别、规格隔仓分类堆放，并加以标识和防雨水管理。对水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾、缓凝剂及拌合水原料作进场前相关质量指标检验，所有检验结果均须符合国家、行业相关施工技术规范、产品标准或技术文件要求后，方可使用。
(1)水泥。采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。经检验结果为：比表面积为346m2/kg，初凝时间为184min，终凝时间为255min，安定性为合格，28天抗压强度为51.1MPa，28天抗折强度为7.6MPa，所有检验指标均符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175)标准中P.O42.5的技术要求。
(2)粉煤灰。采用品质稳定、来料均匀的电厂F类Ⅰ级粉煤灰，掺量为胶凝材料质量的17.4％。经检验结果为：细度为10.1％，需水量比92％，烧失量为4.2％，其质量符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596)标准中Ⅰ级技术要求。
(3)机制砂。采用质地坚硬致密、强度高的酸性花岗岩经多次破碎加工制成的机制砂。经检验结果为：细度模数为2.8属于中砂、表观密度为2580kg/m3、堆积密度为1450kg/m3、含泥量为0.9％；亚甲蓝MB值检验为合格，泥块含量为0％，单级最大压碎值为22.5％，所有检验指标均符合《建设用砂》(GB/T 14684)标准中机制砂的2区中砂Ⅱ类技术要求。
(4)碎石。采用质地坚硬致密、强度高的酸性花岗岩经多次破碎加工制成公称粒级5～25mm连续粒级碎石。经检验结果为：颗粒级配良好；含泥量为0.7％，泥块含量为0％，针片状颗粒含量为7.3％，压碎值为13.5％，表观密度为2680kg/m3、堆积密度为1440kg/m3，其岩石饱水抗压强度为99.5MPa，所有检验指标均符合《建设用卵石、碎石》(GB/T 14685)标准中Ⅱ类碎石技术要求。
(5)竹屑。采用外表面洁净的天然有机纤维、绿色环保且竹秆纤维韧性强的3年以上慈竹。由慈竹秆上锯末成竹屑，竹屑粒度为4目(筛孔尺寸4.75mm)，竹屑由粒度0.15～4.75mm级竹屑、粒度小于0.15mm级竹屑构成粒度0～4.75mm级竹屑，其掺量为砂石总质量的0.3％，其使用前须在质量浓度为10％的A乳胶溶液浸泡24h处理后，沥干成自然干燥状态待用。
(6)纳米碳酸钙。纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙，具有较高比表面积和较小粒径的特性。碳酸钙是一种无机化合物，化学式为CaCO3，是石灰石的主要成分，碳酸钙通常为白色晶体，无味，基本上不溶于水。碳酸钙由钙离子与碳酸根离子形成离子键组成，碳酸根内部由碳氧共价键构成。采用河北生产的粒径为20nm、密度为2.8～3.1g/cm3的白色粉末超微细碳酸钙，其掺量为胶凝材料质量的2.5％。
(7)石膏。石膏又称硫酸钙，是由二水硫酸钙组成的软硫酸盐矿物，化学式为CaSO4·2H2O，pH值7。石膏是由天然石膏矿石经过煅烧和粉碎而成，采用山东生产的密度为2.31g/cm3的白色粉末石膏，其掺量为胶凝材料质量的0.5％。
(8)聚丙烯酸钾。聚丙烯酸钾是一种阳离子高分子吸水树脂，具有良好的吸水性和保水性。采用河南生产的密度为0.4g/mL(25℃)的淡黄色粉末聚丙烯酸钾，易溶于水，其掺量为胶凝材料质量的0.02％。检验时，在700g拌合水中加入1g聚丙烯酸钾搅拌2h，用漏斗黏度计测其黏度，进行比较判断其分子量大小。使用前，先将聚丙烯酸钾配制成浓度为1％的水溶液备用；使用时，再按需要量加入混凝土混合料中。
(9)缓凝剂。采用聚羧酸系的HPWR-R型高性能减水剂(缓凝型)，水剂，减水率为18％，其掺量为胶凝材料质量的2.0％，其质量符合《混凝土外加剂》(GB 8076)标准中缓凝型高效减水剂技术要求。
(10)拌合水。采用饮用水，经检验，其质量符合《混凝土用水标准》(JGJ63)标准中混凝土用水的规定要求。
2、C35水下花岗岩混凝土室内组分设计实例。
(1)配制与确定室内初始组分。
计算混凝土组分。水下花岗岩混凝土的室内初始组分，是以水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、缓凝剂及拌合水为原料组成的混合料。水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：缓凝剂：拌合水，按下列3种质量比进行配合比试配制。将各组分按照如下质量比提供原料：
试配一：水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：缓凝剂：拌合水的质量比为，406：85：717：991：9.82：172(单位为kg/m3)(水胶比为0.35，砂率为42％)。
试配二：水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：缓凝剂：拌合水的质量比为，357：75：760：1008：8.64：172(单位为kg/m3)(水胶比为0.40，砂率为43％)。
试配三：水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：缓凝剂：拌合水的质量比为，316：66：800：1019：7.64：172(单位为kg/m3)(水胶比为0.45，砂率为44％)。
试拌混凝土。在室内温度为5℃～35℃的混凝土组分设计室，试拌120L(0.12m3)混凝土拌合物，用150kg感量1g的电子秤，分别称取下列各种材料用量：
试配一：分别称取质量：水泥48.720kg(干质量)、粉煤灰10.200kg(干质量)、机制砂86.040kg(干质量)、碎石118.920kg(干质量)、缓凝剂1.178kg(水溶液)、拌合水20.640kg，拌制混凝土拌合物。
试配二：分别称取质量：水泥42.840kg(干质量)、粉煤灰9.000kg(干质量)、机制砂91.200kg(干质量)、碎石120.960kg(干质量)、缓凝剂1.037kg(水溶液)、拌合水20.640kg，拌制混凝土拌合物。
试配三：分别称取质量：水泥37.920kg(干质量)、粉煤灰7.920kg(干质量)、机制砂96.000kg(干质量)、碎石122.280kg(干质量)、缓凝剂0.917kg(水溶液)、拌合水20.640kg，拌制混凝土拌合物。
混凝土的制备方法。首先向室内混凝土搅拌机内依次加入已称取质量的机制砂、水泥、粉煤灰干拌和60s制成混合细料；其次在混合细料中加入已称取质量的碎石干拌和60s制成砂石混合料；最后在砂石混合料中依次加入已称取质量的缓凝剂、拌合水搅拌60s，制成水下花岗岩混凝土拌合料。
混凝土拌合物的性能指标质量检验。对试配一～试配三的混凝土拌合物，按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080)、《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081)标准中的测定方法，进行表观密度、坍落度、坍落度1h经时变化量、黏聚性、保水性、凝结时间、离析、抗压强度、弯拉强度的性能指标试验检测，其试验检测结果如表1所示。
表1试配一～试配三的混凝土拌合物的性能指标试验检测结果
确定室内初始组分。根据表观密度、坍落度、坍落度1h经时变化量、黏聚性、保水性、凝结时间、离析、抗压强度、弯拉强度的试验检测结果，工程施工图设计桩长及混凝土强度等级、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)标准中的技术要求、经济性、工作性、耐久性及强度符合设计要求等进行综合分析，选定试配二(对比例)为水下花岗岩混凝土室内初始组分，即：水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：缓凝剂：拌合水的质量比为，357：75：760：1008：8.64：172(单位为kg/m3)(水胶比为0.40，砂率为43％)。
(2)C35水下花岗岩混凝土室内组分设计。
C35水下花岗岩混凝土的单位体积各组分材料用量：
计算混凝土组分。根据表1的混凝土拌合物的性能指标试验检测结果可获得：试配二(对比例)水下混凝土的初凝时间为619min，短于桩长128m、直径2.2m钻孔灌注桩水下混凝土的初凝时间在15～17h(900～1020min)之间的要求，须在此水下花岗岩混凝土室内初始组分(对比例：水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：缓凝剂：拌合水的质量比为，357：75：760：1008：8.64：172(单位为kg/m3))的基础上，加入一定比例的竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾原料充分搅拌混合，配制得水下花岗岩混凝土。按原料掺配比例，计算获得水下花岗岩混凝土的单位体积各组分材料用量：
水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为357：75：760：1008：5.304：10.80：2.16：0.087：8.64：172(单位为kg/m3)。
试拌混凝土。在室内温度为5℃～35℃的混凝土组分设计室，按水下花岗岩混凝土计算组分试拌120L(0.12m3)混凝土拌合物，用150kg感量1g的电子秤，分别称取下列各种材料用量：
分别称取质量：水泥42.840kg(干质量)、粉煤灰9.000kg(干质量)、机制砂91.200kg(干质量)、碎石120.960kg(干质量)、竹屑0.636kg(干质量)、纳米碳酸钙1.296kg(干质量)、石膏0.259kg(干质量)、聚丙烯酸钾0.010kg(水溶液)、缓凝剂1.037kg(水溶液)、拌合水20.640kg，拌制混凝土拌合物。
混凝土的制备方法。首先向室内混凝土搅拌机内依次加入已称取质量的机制砂、竹屑干拌和60s制成混合砂料；其次在混合砂料中依次加入已称取质量的水泥、粉煤灰、纳米碳酸钙、石膏干拌和30s制成混合细料；再次在混合细料中加入已称取质量的碎石干拌和60s制成砂石混合料；最后在砂石混合料中依次加入已称取质量的聚丙烯酸钾、缓凝剂、拌合水搅拌180s，制成水下花岗岩混凝土拌合料。
混凝土拌合物的性能指标质量检验。对混凝土拌合物，按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080)、《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081)标准中的测定方法，进行表观密度、坍落度、坍落度1h经时变化量、黏聚性、保水性、凝结时间、离析、抗压强度、弯拉强度的性能指标试验检测，其试验检测结果如表2所示。
表2混凝土拌合物的性能指标试验检测结果
(3)确定C35水下花岗岩混凝土室内组分设计组分。
经过表观密度、坍落度、坍落度1h经时变化量、黏聚性、保水性、初凝时间、终凝时间、离析、抗压强度、弯拉强度的试验检测结果，其试验检测结果符合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)标准中的技术要求、设计桩长128m且直径2.2m钻孔灌注桩水下混凝土的初凝时间在15～17h(900～1020min)之间的施工作业要求。将水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为357：75：760：1008：5.304：10.80：2.16：0.087：8.64：172(单位为kg/m3)作为C35水下花岗岩混凝土室内组分设计组分。
3、C35水下花岗岩混凝土室外搅拌站拌合验证。
根据C35水下花岗岩混凝土室内组分设计组分，在室外搅拌站进行C35水下花岗岩混凝土搅拌站拌合验证，包括下列技术内容：
(1)在购置拌和设备时，选择和定制每小时混凝土搅拌出料数量不少于75m3且配料仓数量为2仓的自动计量标准的JS750型混凝土强制式搅拌机。
(2)调试好拌和设备，拌和设备的计量器具须进行定期的法定计量检定机构的静态标定和拌和设备在使用期间各料仓称量精度的动态标定，称量精度允许偏差均须符合国家、行业相关施工技术规范的规定。
(3)检测拌和楼、各组成材料堆放仓的室内温度，温度控制在5℃～35℃范围内。
(4)检测搅拌站现场备料仓库内机制砂、碎石的含水率。
(5)计算混凝土拌合每盘搅拌各料仓的供料用量。
1)按每盘搅拌数量不超过搅拌机额定出料容量的75％(即按500L或0.50m3)计算，搅拌1m3混凝土。根据机制砂、碎石的实测含水率，计算出水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾、缓凝剂及拌合水的每盘搅拌用量。
2)拌合水用量为：拌合水计算用量减去机制砂、碎石中的水分质量。
3)每盘搅拌各组成材料的配料计量允许偏差(按质量计)：依据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)标准中的混凝土拌制的配料数量的“集中搅拌站拌制”允许质量偏差的规定：粗、细集料的计量允许偏差为±2％，水泥、干燥状态的掺合料、拌合水、外加剂的计量允许偏差为±1％。
(6)混凝土拌合各组成材料的投料方法和投料顺序：
1)各组成材料的投料方法均按质量投料，即：水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、缓凝剂、拌合水均采用拌和设备的电子计量投入，竹屑、纳米碳酸钙、石膏、聚丙烯酸钾均采用人工预先称取质量后投入。
2)为了使竹屑在混凝土搅拌中分散均匀，各组成材料的投料顺序为：机制砂(电子计量投入)→竹屑(人工投入)→水泥(电子计量投入)→粉煤灰(电子计量投入)→纳米碳酸钙(人工投入)→石膏(人工投入)→碎石(电子计量投入)→聚丙烯酸钾(人工投入)→缓凝剂(电子计量投入)→拌合水(电子计量投入)→搅拌拌和。
(7)水下花岗岩混凝土拌合各组成材料的搅拌时间为330s。
首先向混凝土强制式搅拌机内依次加入机制砂、竹屑干拌和60s制成混合砂料；其次在混合砂料中依次加入水泥、粉煤灰、纳米碳酸钙、石膏干拌和30s制成混合细料；再次在混合细料中加入碎石干拌和60s制成砂石混合料；最后在砂石混合料中依次加入聚丙烯酸钾、缓凝剂、拌合水搅拌180s，制成水下花岗岩混凝土拌合料。
(8)检验水下花岗岩混凝土拌合物的均匀性、颜色一致性。
(9)检验水下花岗岩混凝土拌合物中竹屑的分散性。
对混凝土拌合物，按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080)、《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081)标准中的测定方法，进行表观密度、坍落度、坍落度1h经时变化量、黏聚性、保水性、凝结时间、离析、抗压强度、弯拉强度的性能指标试验检测，其试验检测结果如表3所示。
表3混凝土拌合物的性能指标试验检测结果
4、施工现场首根灌注桩灌注施工验证。
(1)工程应用实施。本申请依托广东三角洲平原的某桥梁工程A形独塔斜拉桥主桥7#墩的30根Φ2.2m、设计桩长128m钻孔灌注桩的7#-16首根灌注桩C35水下花岗岩混凝土灌注施工中得到实施应用验证。
(2)灌注桩灌注时间。该7#-16灌注桩从桩底灌注开始至桩顶灌注结束，共灌注水下花岗岩混凝土537m3共耗时822min，短于C35水下花岗岩混凝土初凝时间936～952min。在水下花岗岩混凝土灌注过程中，未发生水下花岗岩混凝土堵塞导管现象。
(3)灌注桩混凝土强度检测。该7#-16灌注桩在C35水下花岗岩混凝土灌注时，抽取代表性的水下花岗岩混凝土拌合物，分别制作6组抗压强度试件和2组弯拉强度试件，试件经标准养护28天后进行混凝土抗压强度、弯拉强度检测，其试验检测结果分别为：抗压强度值为47.2MPa、46.0MPa、45.8MPa、46.5MPa、46.2MPa、46.6MPa，弯拉强度值为6.42MPa、6.38MPa。该7#-16灌注桩混凝土抗压强度均满足设计C35的规定要求。
(4)灌注桩桩身完整性检测。该7#-16灌注桩采用超声波透射法进行桩身完整性检测，其检测结果为：桩身完整，没有发生夹泥、断桩和混凝土离析现象，桩身完整性类别为Ⅰ类桩。
(5)灌注桩混凝土钻芯取样抗压强度检测。该7#-16灌注桩混凝土经自然养护28天后钻芯取样进行混凝土抗压强度检测，其试验检测结果为：灌注桩的顶部混凝土抗压强度为43.6MPa、中部混凝土抗压强度为45.4MPa、底部混凝土抗压强度为46.9MPa。该7#-16灌注桩的顶部、中部和底部混凝土抗压强度均满足设计C35的规定要求。
5、确定C35水下花岗岩混凝土组分设计组分。
将经过室外搅拌站拌合验证、施工现场首根灌注桩灌注施工验证，符合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)标准中规定要求的水下花岗岩混凝土组分设计组分，作为该桥梁工程A形独塔斜拉桥主桥7#墩余下29根超百米深大直径钻孔灌注桩灌注施工控制依据。
确定C35水下花岗岩混凝土组分设计组分。经过室内组分设计、室外搅拌站拌合验证、施工现场首根灌注桩灌注施工验证及单位体积各组分材料计量的允许偏差(按质量计)(依据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)标准中的混凝土拌制的配料数量的“集中搅拌站拌制”允许质量偏差的规定：粗、细集料的计量允许偏差为±2％，水泥、干燥状态的掺合料、拌合水、外加剂的计量允许偏差为±1％)，C35水下花岗岩混凝土组分设计组分(质量法)确定为：
水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为，(354～360):(74.3～75.7):(746～774):(989～1027)：(5.253～5.355)：(10.70～10.90)：(2.14～2.18)：(0.0862～0.0878)：(8.56～8.72)：(171～173)(单位为kg/m3)。
6、技术效果。
本发明经过上述原料间的协同作用，制备得的C35水下花岗岩混凝土，经过实施例1～2与对比例的对比，取得下列技术效果：
(1)表观密度提高了10～20kg/m3，可随之增加水下花岗岩混凝土的自由落下重力，克服在灌注桩中部、顶部范围内，因水下花岗岩混凝土自由落下重力小导致水下花岗岩混凝土不密实的弊端，提高了水下花岗岩混凝土的抗压强度，进而提高了超百米深灌注桩的竖向承载力和变形能力；可增大水下花岗岩混凝土对桩孔壁的侧压力，使桩孔壁趋于稳定。
(2)坍落度提高了10～20mm，提高水下花岗岩混凝土流动度，在桩长128m的水下花岗岩混凝土灌注时，因水下花岗岩混凝土自由落下重力大而产生较大压力，迫使水下花岗岩混凝土一边挤推钻孔灌注桩桩孔内的护壁泥浆向灌注桩桩顶溢出和排出，并填充满钻孔灌注桩桩孔，一边挤推钻孔灌注桩桩孔内的护壁泥浆向灌注桩四周桩孔壁渗入泥浆，在灌注桩水下花岗岩混凝土与桩孔壁土层之间形成薄泥浆层，阻止地下水渗入灌注桩水下花岗岩混凝土内，浸湿和腐蚀水下花岗岩混凝土中的竹屑，对竹屑起到防腐蚀保护作用，进而提高了水下花岗岩混凝土的致密性、力学性能和耐久性。
(3)初凝时间延长了317～333min、终凝时间延长了323～345min，使水下花岗岩混凝土初凝时间满足超百米深大直径钻孔灌注桩水下花岗岩混凝土灌注作业要求，确保钻孔灌注桩水下花岗岩混凝土灌注成型质量。
(4)7天抗压强度提高了2.3～3.0MPa，28天抗压强度提高了2.5～3.2MPa，提高钻孔灌注桩水下花岗岩混凝土的早期抗压强度和后期抗压强度，从而提高水下花岗岩混凝土的致密性、力学性能和耐久性，进而提高了超百米深灌注桩的竖向承载力和变形能力。
(5)28天弯拉强度提高了0.34～0.44MPa，克服水下花岗岩混凝土的脆性弊端，提高超百米深灌注桩的抗弯拉性能，进而提高了受桩身截面抗弯刚度、桩身入土深度因素影响的超百米深灌注桩的水平向承载力和变形能力。
(6)本申请的C35水下花岗岩混凝土，通过在上述依托工程A形独塔斜拉桥主桥7#墩的30根Φ2.2m、设计桩长128m钻孔灌注桩水下花岗岩混凝土灌注施工实施后，进行综合分析取得：1)水下花岗岩混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性良好，无离析现象；2)水下花岗岩混凝土初凝时间满足超百米深大直径钻孔灌注桩水下花岗岩混凝土灌注作业要求；3)水下花岗岩混凝土的抗压强度和弯拉强度得到显著提高，进一步增强了超百米深灌注桩的水平向(竖向)承载力和变形能力；4)钻孔灌注桩的桩身完整，无夹泥、断桩和混凝土离析现象，灌注成型质量良好的技术效果，有效地解决以酸性花岗岩为混凝土材料，制备水下混凝土的和易性差、初凝时间短、灌注成型质量差及超百米深灌注桩抗压抗弯拉性能低的技术问题。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，包括如下质量比的原料组分：
水泥：粉煤灰：机制砂：碎石：竹屑：纳米碳酸钙：石膏：聚丙烯酸钾：缓凝剂：拌合水的质量比为(354～360):(74.3～75.7):(746～774):(989～1027)：(5.253～5.355)：(10.70～10.90)：(2.14～2.18)：(0.0862～0.0878)：(8.56～8.72)：(171～173)，其中，所述机制砂与碎石均由花岗岩破碎加工而成。
2.根据权利要求1所述的C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，所述机制砂的细度模数为2.3～3.0。
3.根据权利要求1所述的C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，所述碎石为粒级为5～25mm的连续粒级碎石。
4.根据权利要求1所述的C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，所述竹屑为包括粒度为0.15～4.75mm的竹屑，以及粒度小于0.15mm的竹屑。
5.根据权利要求4所述的C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，所述竹屑在使用前还包括如下处理过程：经乳胶溶液浸泡和干燥处理。
6.根据权利要求1所述的C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，所述纳米碳酸钙的粒径为10～30nm，密度为2.8～3.1g/cm3。
7.根据权利要求1所述的C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，所述缓凝剂包括聚羧酸系减水剂。
8.根据权利要求1所述的C35水下花岗岩混凝土，其特征在于，所述花岗岩混凝土的初凝时间为936～952min。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述的C35水下花岗岩混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将机制砂与竹屑搅拌混合，得到混合砂料；
向混合砂料中依次加入水泥、粉煤灰、纳米碳酸钙和石膏，搅拌混合后得到细料；
向细料中加入碎石，搅拌混合后制成混合料；
向混合料中依次加入聚丙烯酸钾、缓凝剂和拌合水，搅拌混合得到混凝土拌合料；
将混凝土拌合料浇筑施工，得到C35水下花岗岩混凝土。
10.根据权利要求9所述的C35水下花岗岩混凝土的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸钾加入前还包括：将聚丙烯酸钾配置成水溶液。
CN202311528382.0A 2023-11-16 2023-11-16 C35水下花岗岩混凝土及其制备方法 Pending CN117735913A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311528382.0A CN117735913A (zh) 2023-11-16 2023-11-16 C35水下花岗岩混凝土及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311528382.0A CN117735913A (zh) 2023-11-16 2023-11-16 C35水下花岗岩混凝土及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117735913A true CN117735913A (zh) 2024-03-22

Family

ID=90258144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311528382.0A Pending CN117735913A (zh) 2023-11-16 2023-11-16 C35水下花岗岩混凝土及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117735913A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rashwan et al. Behaviour of fresh and hardened concrete incorporating marble and granite sludge as cement replacement
Nazari et al. RETRACTED: The effects of TiO2 nanoparticles on properties of binary blended concrete
CN105601199A (zh) 一种膨胀抗裂纤维混凝土及其制备方法
US8580030B2 (en) Concrete mix having anti-efflorescence properties and method of making concrete using the same
CN103896527A (zh) 轻质高强水泥基复合材料
CN110845212B (zh) 一种耐渗流冲刷混凝土及其制备方法
CN105272004A (zh) 轻质高强水泥基复合材料
TW200938506A (en) Concrete optimized for high workability and high strength to cement ratio
CN110627445B (zh) 用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料及其配制方法
Seevaratnam et al. Influence of rice husk ash on characteristics of earth cement blocks
Kabeer et al. Experimental investigation on utilization of dried marble slurry as fine aggregate in lean masonry mortars
CN106477989A (zh) 一种适应潮湿环境的高强混凝土及制备方法
Zhang et al. Effect of silica fume on durability of concrete composites containing fly ash
TW200938515A (en) Concrete optimized for high workability and high strength to cement ratio
CN110590294A (zh) 一种良好耐久性的再生粉体混凝土及制备方法
CN110698098A (zh) 抗腐蚀性铁尾矿骨料、抗腐蚀性混凝土及其制备方法
CN107522449A (zh) 一种自流平低收缩高强砂浆
Wong Formulation of an optimal mix design of stabilized peat columns with fly ash as a pozzolan
CN111253127A (zh) 一种c30碳纤维碎砖再生混凝土及其制备方法
Nguyen-Tuan et al. Experimental study on mechanical and hydraulic properties of porous geopolymer concrete
Kherraf et al. Comparative study on the performance of sand-based mortars from marble, floor tile and cinder block waste
CN111978036B (zh) 一种c50级海洋高性能混凝土
Das et al. Influence of hygiene tissue paper used as an additive on the physicochemical and mechanical properties of CO2-cured belite-rich cement paste
Udhayan et al. Experimental Study of Self compacting self curing concrete
CN107352825B (zh) 一种铅锌矿尾砂激发剂及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination