高保坍高强水下不分散混凝土在船台滑道工程中的应用

陈国新,刘立中，刘杳华，卢安琪，祝烨然

（1. 南京水利科学研究院瑞迪高新技术公司，江苏 南京 210024；2. 中交第二航务工程四分公司，安徽 芜湖 241000 )

高保坍高强水下不分散混凝土在船台滑道工程中的应用

陈国新1,刘立中2，刘杳华2，卢安琪1，祝烨然1

（1. 南京水利科学研究院瑞迪高新技术公司，江苏 南京 210024；2. 中交第二航务工程四分公司，安徽 芜湖 241000 )

本文通过各种外加剂的选型及配比优化，研制出的一种高保坍型混凝土水下不分散剂，通过配合比优化试验，可设计出一种强度等级达到C40以上，2 h后坍扩度仍大于50cm，流速小于15s，自密实、自流平的水下不分散混凝土，该种高保坍高强水下不分散混凝土在芜湖江东船厂3万吨级船台滑道的施工中得到了成功应用。

高强混凝土；水下不分散；高保坍；自密实；应用

0 引言

水下直接浇筑混凝土可省去为创造干地施工条件所必须的围堰、基础防渗和基坑排水工程的工期和费用，是形成水中混凝土建筑物的主要方法。普通混凝土在水中抗分散性差、强度低，而水下不分散混凝土具有自流平、自密实、免振捣的性能而可简化水下工程的施工工艺，因此研制和应用水下不分散混凝土已成为水下混凝土的发展方向[1-4]。但由于水下不分散混凝土中不分散剂的絮凝作用，导致混凝土强度损失大、工作性差，从而限制了水下不分散混凝土的进一步推广使用[5]。

南京瑞迪高新技术公司在原有技术基础上[6]，通过正交实验，研制出具有坍扩度保持性能好、强度损失低、抗分散性能好等优点的新型混凝土水下不分散剂HLC-Ⅳ（H），利用该水下不分散剂配制出C40高保坍水下不分散混凝土，并在芜湖江东船厂3万吨级船台滑道工程中得到了成功应用。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

试验用水泥为芜湖白马山水泥有限公司生产的海螺P·O 42.5水泥；矿粉采用马钢嘉华S95级矿粉；粉煤灰为马鞍山万能达电厂Ⅰ级灰；砂为河砂，中砂，细度模数2.6；碎石采用5 ～25mm连续级配；HLC-Ⅳ（H）混凝土水下不分散剂为南京瑞迪高新技术公司采用进口生物多聚糖进行改性的新一代水下不分散剂，可用于制备C40以上的高保坍高强水下混凝土。

1.2 试验方法

1.2.1 拌和物流动性试验

砂浆流动性试验参考JTJ270-98《水运工程混凝土试验规程》 附录A.13条灌浆用新拌水泥 （砂）浆流动度试验 （流动锥法）方法进行，即测试1725ml浆料在漏斗中流过漏斗出口（直径为13mm）所需时间。混凝土拌合物的坍落度按照GBJ80-85标准测试，在进行坍落度试验的同时测定拌合物的坍扩度(取两相互垂直方向的扩展度值的平均值)。流速测定采用倒坍落度筒流出时间，具体过程如下：倒立坍落度筒于离地面一定高度的支架平面上，分两次向其中加入混凝土拌合物，每次装1/2高度，并插捣25次，抹平。将坍落度筒移离地面，使拌合物依靠自重自由流出坍落度筒口，并用秒表记录全部物料流出时间(s)，即为倒坍落度筒流速[6]。

1.2.2 水下不分散混凝土的抗分散性试验(pH值法)

在1000mL烧杯中加入800mL水，用手铲铲一份水下不分散混凝土或砂浆倒入水中，烧杯静置3min后，用酸度计测定水的pH值，评价其抗分散性。

1.2.3 试件成型方法

水下试件的成型方法参考DL/T5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》，将试模置于水箱中，水面与试模上部高差500mm，用手铲自水面处分批倒入拌合物，料量超出试模表面，水中取出用木锤轻敲试模两侧排水，放入水中养护，在达到预定龄期时，进行强度测试。陆上试件成型时试模放在空气中，其余同水下试件的成型方法。混凝土采用150mm×150mm ×150mm立方试模，砂浆采用70.7mm×70.7mm×70.7mm立方试模。

2 高保坍高强水下不分散混凝土的制备

2.1 水下不分散混凝土的配合比确定

表1 水下不分散混凝土配合比

水下不分散混凝土的强度等级要求为C40，2 h坍扩度要求大于50cm，流速小于15 s，为此需要对混凝土配合比开展优化设计，主要调整参数为水下不分散剂HLC-Ⅳ（H）掺量、胶凝材料用量、水胶比及砂率。根据水下不分散混凝土的特点，经过正交试验，确定的混凝土配合比如表1。

2.2 水下不分散混凝土的性能

2.2.1 新拌混凝土性能

新拌水下不分散混凝土的流动性及经时损失通过不同时间的坍扩度及流速来表征，抗分散性能则采用pH值法，结果见表2。

结果表明，基准混凝土过水后的pH值高达12.5，可见水泥浆几乎全部洗出，而掺加HLC-Ⅳ（H）后的pH值仅为8.5，接近中性，说明其抗分散性能良好；基准混凝土的坍扩度虽然初始和水下不分散混凝土相差不大，但损失很大，2h后就完全没有流动性，而水下不分散混凝土初始坍扩度大于50cm，2h后不但没有损失，还略有增大；从流速反映就更明显，基准混凝土2h后流不动，而水下不分散混凝土流速更小，仅有7.5s，完全能够达到自流平、自密实的要求；而且水下混凝土的泌水率由于其中絮凝剂的作用，也从基准混凝土的2.3%下降至0.1%。

表2 水下不分散混凝土拌合物性能试验

2.2.2 硬化混凝土性能

主要测定混凝土的抗压强度、水陆强度比及抗冲磨强度。抗冲磨强度采用水下成型试件，根据SL352-2006《水工混凝土试验规程》 采用水下钢球法对标准养护28d的试件进行测试，结果见表3。

表3 水下不分散混凝土硬化性能试验

由表3结果可知，基准混凝土虽然陆上强度要略高于水下不分散混凝土，7d水陆强度比仅为16%，28d水陆强度比也仅为23%，抗水分散效果极差，不能满足混凝土的带水作业的要求；而掺加水下不分散剂HLC-Ⅳ（H）后，28d陆上强度为53.6MPa，虽略有下降，但水陆强度比高达93%，28d水下强度仍可满足C40混凝土的要求；混凝土的抗冲磨强度也达到2.08h·(kg·m-2)-1，远高于基准混凝土，能够达到一般的抗冲磨混凝土要求。

3 工程应用

长航集团江东船厂3万吨级船台滑道技术改造工程,位于芜湖江东船厂内。其船台滑道采用带有闸门的纵向倾斜船台滑道形式，坡度1∶20，总长326m，其中船台长207m、宽39m，底端设有挡水闸门；滑道长323m，以闸门为界，分为116m长的水下段和207m长的陆上段，两条轨道中心间距9m。水下滑道采用φ1000、φ1500、φ1800mm钻孔灌注桩及φ1000mm钢管桩，1#～23#排架水下滑道采用预制安装横梁、滑道梁结构，安装完成后，浇筑水下不分散混凝土，连接成整体。整个工程设计共有46个水下节点，节点钢护筒内共需浇筑水下不分散混凝土约600m3，水下不分散混凝土的强度等级要求为C40，2h坍扩度要求大于50cm，流速小于15s（倒坍落度筒法）。

由于施工现场条件限制，采用的施工办法是商品混凝土搅拌车送至工程现场，放料至挖掘机抓斗中后移至岸边的吊罐中，然后用船吊吊至江中施工点上方的料斗中，最后通过导管靠自重浇筑到施工节点处。工地外围搅拌车运输路线由于道路施工，运输时间没有保障，施工现场混凝土的两次转移过程也需要近1h，因此混凝土从出仓到浇筑完毕整个过程需要2h甚至更长时间。

整个施工持续6天，未发生堵管或离析现象。现场钻芯取样检测表明，混凝土密实、表面光滑、骨料分布均匀；混凝土平均强度为51.6MPa，高于试验室试配强度，满足了施工设计要求。

4 结论

（1）水下不分散剂HLC-Ⅳ（H）具有流动性经时无损失、强度损失小、抗分散性能好等特点，可用于配制C40以上高性能水下不分散混凝土。

（2）利用水下不分散剂HLC-Ⅳ（H）配制的新拌水下不分散混凝土，抗分散性能好，能自流平、自密实，无泌水现象。硬化水下不分散混凝土强度高，抗冲磨性能好。

（3）在船台滑道工程中的应用表明，利用水下不分散剂HLC-Ⅳ（H）配制的高保坍高强水下不分散混凝土性能优良，能满足特殊作业条件下水下混凝土的施工要求。

[1]孙振平，蒋正武，吴慧华. 水下抗分散混凝土性能的研究[J].建筑材料学报，2006，9（3）：279-284.

[2]Kamal H Khayat，Joseph Assaad. Relationship between washout resistance and rheological properties of highperformance underwater concrete[J].Materials Journal，2003，100（3）：185-193.

[3]M.Sonebi，A.K.Tamimi，P.J.M.Bartos. Application of factorial models to predict the effect of anti-washout admixture, superplasticizer and cement on slump, flow time and washout resistance of underwater concrete[J]. Materials and Structures，2000，33（5）：317-323.

[4]姜从盛，陈江，吕林女，等.水下不分散混凝土的研制与应用[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2004，28（3）：353-356.

[5]买淑芳.混凝土聚合物复合材料及其应用[M].北京：科学技术文献出版社，1996：181-189.

[6]陈国新，卢安琪，陈健，等.新型混凝土水下不分散剂的研究及在太平庄闸应急加固工程中的应用[J].大坝与安全，2006，4：45-47.

陈国新(1972-)，男，江苏无锡人，博士研究生，高级工程师，主要从事水工混凝土及外加剂的研究开发。

[单位地址]南京市虎踞关34号南京水利科学研究院瑞迪公司(210024)