人工砂配制水下不分散混凝土的研究及工程應用

曹明峰，王洪剛，劉新波

（勝利油田營海實業(yè)集團有限公司，山東 東營 257087）

人工砂配制水下不分散混凝土的研究及工程應用

曹明峰，王洪剛，劉新波

（勝利油田營海實業(yè)集團有限公司，山東 東營 257087）

用人工砂替代河砂制備水下不分散混凝土，經過試驗研究及工程實例應用，分析了水下不分散混凝土試配的實用方案以及今后的發(fā)展方向。

水下不分散混凝土；人工砂；絮凝劑；泵送施工

0 前言

水下澆筑混凝土可省去為創(chuàng)造干地施工條件所必須圍堰等的工程費用，進行水下混凝土的澆筑的混凝土必須具有良好的絮凝性能，做到混凝土不分散，減少外界水的進入，避免混凝土強度的大幅度降低。良好的原材料質量是配制水下不分散混凝土的重要條件，尤其是絮凝劑的選擇與細骨料的質量。隨著國內水下不分散混凝土的研究和使用的逐步加深，在絮凝劑的研究成果方面已經取得較好的成績，本次研究選用中石油天然氣集團 UWB-II 型絮凝劑，其絮凝劑在國內水下不分散混凝土的使用中質量可靠。隨著河砂開采的限制，高質量河砂嚴重缺乏，人工砂配制水下不分散混凝土的研究和使用越來越具有實際意義及緊迫性。

1 關于人工砂使用存在的問題

人工砂基于人工機械破碎，在表面光滑度上較河砂差，相對于河砂配制混凝土流動性較差，在水下不分散混凝土的泵送中易產生堵管現象，要改善混凝土的使用性能，就需要進行砂率等參數的調整，但是在混凝土配比設計中，通常認為砂率變化易對混凝土強度造成影響，由于機制砂的特性，在進行水下不分散混凝土的配比設計與試驗中，必然要進行砂率的較大幅度調整。

2 工程概況及重點

實際應用工程為勝利油田東營港新服務交通碼頭，澆筑方式為自卸與泵送共用。設計強度等級為 C25，引氣含量要求 4% 以上，滿足水下免振搗，達到自密實效果。自卸方量4300m3，泵送方量 600m3。

由于實例工程與混凝土廠家距離較遠，混凝土流動性保持對泵送性能及導管水下輸送具有關鍵性影響。海水的漲落潮造成混凝土沖刷，尤其在混凝土終凝之前的沖刷會造成表面保護層脫落，影響混凝土耐久性；為此，能夠保持混凝土的遠距離運輸保證流動性滿足泵送需求，加快終凝用于保護混凝土免受沖刷，將直接影響混凝土的使用與質量。

3 試驗方案制定

3.1 砂率變化對強度的影響

根據砂率變化制定對比實驗，配料方案見表1。試驗結果及分析見表2。

表1 對比試驗內容

表2 對比試驗結果

由試驗結果可以看到，水上試驗成型與水下試驗成型強度與砂率變化關系不明顯，是由于在較低強度混凝土中，由于水泥漿本身具有較高的強度，在同一水灰比的情況下，導致砂率變化對混凝土強度的影響較小[1]，所以在本次試驗中可以通過較大范圍的調整砂率以滿足混凝土性能要求，并做到水下強度與水上強度比滿足：7d 大于 0.6；28d 大于 0.7[2]；混凝土含氣量穩(wěn)定。

3.2 混凝土流動性保持與凝結時間的解決

混凝土流動性要滿足 2h 內坍落度損失小于 20mm，擴展度損失小于 20mm，和易性良好為最佳；水上初凝時間控制在 6h 以上，避免不可預知故障造成長時間未進行卸料，混凝土初凝，造成攪拌車運輸的成本過高；為滿足海水漲落潮，水下澆筑后終凝控制在 12h 以內，在保護混凝土與水結合面的同時，也可以應用于自卸類型工程的澆筑；滿足以上條件的情況下可以進行遠距離運輸施工，加大商品性水下不分散混凝土用于遠距離工程的可行性。

（1）采用對比實驗，進行礦物摻合料的調整配料方案，見表3。

表3 礦物摻合料對比試驗內容

（2）礦物摻合料變化對流動性變化與凝結時間的影響結果與分析，見表4 與表5。

表4 礦物摻合料使用對流動性變化試驗結果與分析

由表4 的結果顯示：礦粉的摻加對混凝土流動性變化影響較小，可以滿足使用要求；粉煤灰對混凝土流動性變化影響較大，不適合在水下不分散混凝土中使用，并且在入水成型過程中表面浮漿過多，絮凝劑不能有效的發(fā)揮作用；礦粉、粉煤灰雙摻使用對混凝土流動性變化影響較大，不適合進行較遠距離運輸使用，并且產生少量表面浮漿，不適合水流較大的工程使用。

表5 礦粉摻加對凝結時間影響的結果與分析

由表5 的結果表明：水上初凝時間過短，不能滿足運輸條件，水下終凝時間過長，在漲落潮過程中，水流的沖刷易造成表面保護層散失，影響耐久性使用；礦粉的使用對凝結時間影響不大，可以適當使用于配合比設計中。

（3）針對凝結時間問題，需增加調凝劑與緩凝劑的使用，用于增加初凝時間，縮短終凝時間，采用實驗方案見表6。

（4）調整凝結時間結果與分析，見表7。

結果顯示：絮凝劑、調凝劑、緩凝劑的同時使用沒有出現不適應性，并且具有良好保坍作用；隨著緩凝劑用量增加，初凝時間逐漸增加，在摻加量為 0.24 變化不再明顯；隨著調凝劑用量的增加，終凝時間逐漸縮短，在摻量 2.3 以上時，變化不再明顯。所以，緩凝劑的最高摻加量為 0.24，調凝劑的最高摻量為 2.3；緩凝劑最佳摻量為 0.20 至 0.24，調凝劑的最佳摻量為 2.0 至 2.2。

3.3 有效試驗強度結果及分析

有效試驗強度結果及分析見表8。

表6 調節(jié)凝結時間配料方案

表7 試驗結果

表8 有效試驗強度結果

試驗強度結果均符合標準水下強度與水上強度比：7d 大于 0.6，28d 大于 0.7；混凝土 7d 與 28d 強度均符合設計強度要求。

結合成本因素，選用 K6、K7、K8 配料方案進行泵送施工；自卸施工在投石基礎上施工，施工狀況良好，投石縫隙澆筑完成后實際填充效果良好，落潮后回彈值良好；泵送施工通過水下模板固定，水深 4.5m（落潮）至 5.5m（漲潮），導流管道進行導流入水，后期觀測表面平整，無露石現象，并且自密實效果良好；施工水溫為 18～26℃；選擇海水流速7m/s 以內時進行施工。

4 研究結論

（1）人工砂在應用于水下不分散混凝土中具有切實可行性，并且在較低強度下，砂率的變化對強度無較大影響，在實際生產中，可以根據人工砂及石子粒徑變化，較大范圍的進行砂率調整。

（2）人工砂的使用不影響水下不分散混凝土的澆筑施工，摻入礦物摻合料，其流動性可以滿足自密實性能。

（3）礦粉作為礦物摻合料可以實際應用于水下不分散混凝土的配合比設計，并且可以根據成本核算及標準規(guī)范要求進行適量使用。

（4）粉煤灰不適合用于水下不分散混凝土配制，但是在應用礦粉與粉煤灰雙摻時，在運輸使用小于1h，澆筑類型為自卸時，可以使用，同時需在滿足水流速極低或靜止水面的條件下，可以少量摻加，并且需經試驗驗證；海水中不可以使用摻粉煤灰水下不分散混凝土，易受漲落潮影響，造成表面保護層受到破壞，耐久性降低。

（5）絮凝劑與調凝劑、緩凝劑的適應性良好，并且具有良好的保坍性能，根據氣溫變化進行摻量調整，可以進行初凝與終凝時間的控制，達到良好的施工質量，不影響機制砂與礦粉在配合比中的設計使用。

（6）通過對當地原材料的適用性調整，為原材料多變情況下的水下不分散混凝土的配料方案方向有了一定指導作用。

[1] 何錦云，李瑞璟，王繼宗．砂率對砼和易性及強度影響的試驗研究[J]．河北建筑科技學院學報，2002,12(19): 27-29．

[2] Q/SY 1092—2009．中國石油天然氣集團公司企業(yè)標準[S].

［通訊地址］東營市東營區(qū)西四路 958 號（257087）

Research and engineering application on the concrete of underwater non-dispersion with artificial sand

Cao Mingfeng, Wang Honggang, Liu Xinbo
(SLOF Yinghai Industry Group Co., Ltd., Shandong Dongying 257087)

The underwater non-dispersion concrete was manufactured of artificial sand. The paper analyzed the concrete practical test program and the development by the testing research and engineering practice.

non-dispersible underwater concrete; man-made sand; flocculant; puming construction;

曹明峰（1986—），助理工程師，從事混凝土生產試驗研究。