水下不分散混凝土的制备及其性能检测

谭建湘，王伟

（华新水泥股份有限公司，湖北 武汉 430080）

0 前言

随着水下工程越来越多，水下不分散混凝土应用越来越广泛，作为一种新型建筑材料，其组成材料与普通混凝土类似，主要区别是在混凝土中加入了抗分散剂，混凝土拌合物的黏稠度提高，使得混凝土在水中浇筑时水泥不流失，混凝土也不离析，同时能够自流平、自密实，能克服普通混凝土在水下施工时不能克服的缺陷。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验用原料

（1）水泥：华新黄石 P·O42.5 水泥，3d 强度27.8MPa，28d 强度 51.3MPa。

（2）粉煤灰：阳逻Ⅱ级粉煤灰，细度 18%，烧失量 3.4%。

（3）河砂：细度模数 2.7，含泥量 2.2%，表观密度 2637kg/m3。

（4）碎石：5～31.5mm 连续颗粒级配。

（5）外加剂：西卡 3301C 聚羧酸混凝土减水剂。

（6）絮凝剂：UWB-II。

（7）拌合用水：饮用水。

1.2 试验方案

水下不分散混凝土配合比依 JGJ 55—2011《混凝土配合比设计规程》[1]进行设计，试验配合比见表 1。

表1 试验配合比k g/m3

1.3 水下不分散混凝土试件制备

1.3.1 试验参照标准

试验参照标准 DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土试验规程》[2]，混凝土的制备按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[3]进行；混凝土强度试验方法按照 GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》[4]进行。

1.3.2 水下不分散混凝土的搅拌

参照表 1 试验配合比，将称量好的原材料投入搅拌机中，开动搅拌机 2～3min，停止 30s；再搅拌2～3min，反复 3～5 次，将混凝土搅拌均匀。将拌好的混凝土倒在钢板上，刮出粘附在搅拌筒体内的拌合物后，再人工翻拌 2～3 次使之均匀。

1.3.3 水下不分散混凝土的成型方法

水箱：高度 450mm，内注自来水，水温为 (20±3)℃。将水下成型用的试模置于水箱中，将水加至试模上限 150mm 处，用手铲将搅拌好的水下不分散混凝土拌合物从水面处向水中落下浇入试模中，投料应连续操作，料量应超出试模表面，将试模从水中取出，静置 5～10min，使混凝土自流平、自密实而达到平稳状态，用木锤轻敲击试模两侧面促进排水，然后将其放回水中，初凝之前用抹刀抹平，放置 2d 后拆模，在水中进行养护，达到龄期进行测试。

1.4 新拌水下不分散混凝土性能试验方法

1.4.1 水泥流失量

在一长方形玻璃水槽里，放入成型试模，水槽装水至高度 500mm，拌制 6kg 水下不分散混凝土，从水面自由落下倒入水中的试模中，使之全部进入水下试模，不得洒漏，静置 5min。将试模从水中提起，排掉混凝土上面积留的水，称其重量。重复进行上述操作三次，取各次平均值 ，精确到 0.1%。

1.4.2 坍落度和坍扩度试验

拌制水下不分散混凝土拌合物 6kg，将坍落度筒用湿布擦净，置于水平放置的钢板上，将试样分三层装入，每次装入量基本相同。向坍落度筒中装入混凝土的时间从开始到结束不得超过 3min，每一层试样捣棒插捣 25 次，在捣实各层时，捣棒的下端要插入到下一层表面以下 1～2cm 处，最底层的插捣应穿透该层。

将装在坍落度筒中的混凝土表面抹平后，立即将坍落度筒轻轻地垂直提起，并放置于试样旁边，用钢尺量出试样顶部中心点与坍落度筒的高度之差，即为坍落度值。然后立即再量出试验混凝土相互垂直的两个直径值，取其平均值即为坍扩度值，精确至 5mm。

1.4.3 凝结时间试验

拌制混凝土拌合物 6kg，通过 10mm 筛子取得砂浆并拌合均匀，分别浇入 3 个砂浆筒。每个筒内均放置尺寸合适但高出筒口 100mm 的塑料袋装拌合物，轻敲筒壁消除气泡，使表面平整，砂浆表面要低于筒口约10mm，测定并记录砂浆的温度。将砂浆筒编号后放在磅秤上，记录砂浆筒的总重量作为基数。砂浆表面用水覆盖，水面与筒口相平，扎紧袋口。

把砂浆筒置于温度为 (20±3)℃ 环境中，不要直接被阳光照射，记录试验开始时和结束时的环境温度。

从混凝土拌合完毕起经 2h 开始贯入度测试，测试前吸掉表面水，将测针端部与砂浆表面接触，按动手柄平稳加压，经 10s 使测针贯入砂浆深度 25mm，记录磅秤示值。此值扣除砂浆筒的总重后即为贯入压力 F，每只砂浆筒每次测 2 个点，测点间距应大于 20mm，每次测定之后，在塑料袋里加水至筒口相平并封紧袋口。

对普通水下不分散混凝土拌合物，随后每隔 2h 测试一次，如拌合物掺有促凝剂，建议 1h 后开始首次测试，随后隔 0.5～1h 测试一次，对掺有缓凝剂的混凝土，首次测试时间推迟至 3～4h。在所有情况下，测试时间间隔都可以根据凝结速度和贯入点的数目进行调整。在临近初凝和终凝时，应适当缩短测试时间间隔，增加测试次数。如此反复进行，直至贯入阻力大于28.0MPa 为止。

1.4.4 硬化的水下不分散混凝土力学性能试验方法

将拌合好的水下不分散混凝土成型后，试件在(20±3)℃ 的水中养护至龄期进行测试，测试龄期为 7d和 28d，到规定龄期后将试件从水中取出，用湿布覆盖防止干燥，尽快测试强度。

试验前将试件表面擦干净，检查外观，有严重缺陷的应淘汰。

试件上、下端面的中心对准上下板的中心，试验机压板和试件受压面要完全吻合。开启试验机，控制加荷速度为每秒 0.2～0.3N/mm2，均匀加荷不得冲击，直至试件破坏，记录试件破坏荷载值。

1.5 试验结果与讨论

对表 1 三组混凝土进行性能检测，结果见表 2。

经试验结果显示，三种配合比水泥流失量均＜1.5%；坍落度在 30s 和 2min 两个时间点测试，结果均在 (230±20)mm 范围内；坍扩度在 30s 和 2min 两个时间点测试，结果均在 (450±20)mm 范围内；终凝时间均≤30h；7d 水下成型与空气中成型试件抗压强度比均＞60%，28d 水下成型与空气中成型试件抗压强度比均＞70%。

从试验结果可以看出，和普通混凝土一样，水下不分散混凝土的水胶比越小，抗压强度越大；水胶比增大，水下不分散混凝土流动性明显提高。

水下不分散混凝土掺有一定量的絮凝剂，能使混凝土的黏度增大，防止离析，减少水泥流失量。

水下不分散混凝土水灰比越小，其水泥流失量越少，水下抗分散性越好，混凝土的密实度越高，抗压强度越高。

表2 试验结果

2 结论

使用常规混凝土原料，并掺入絮凝剂，参照现行相关标准可制备出水下不分散混凝土。对本试验所配制的水下不分散混凝土的工作性能和力学性能进行检测，结果表明，各项指标均能达到要求。