C30 水下不分散混凝土在廣州南沙國際郵輪碼頭工程的應用研究

庾明鋒

（廣州天達混凝土有限公司）

0 引言

混凝土作為目前用量最大的建筑材料，具備可塑性強，空氣中和水下均能硬化，且經濟實惠的優點。水下不分散混凝土是1970 年才開始流行的一種新型混凝土，在水下具有抗分散性，將其直接澆筑到水中，當其穿過水里面時，基本不出現材料分離狀況。同時，在水下澆筑時，水泥砂漿幾乎不流失，混凝土配合比保持相對穩定，在水中也能像在空氣中一樣正常凝結硬化。摻入混凝土里面的抗分散劑（絮凝劑）是由水溶性高分子聚合物、表面活性物質等材料復合配制而成，具備較強吸附能力，可將集料、水泥、摻合料等材料吸附在一起，使混凝土擁有在水下不分散的良好工作性能。配制水下不分散混凝土必須摻入絮凝劑，且需要合理控制絮凝劑摻量，同時要采取有效的施工措施，防止水下不分散混凝土受到水的沖刷而導致性能受到損失。水下不分散混凝土的成功研制，較好解決了新拌混凝土遇水即無法保持原有性能的問題。本工程依據廣州南沙國際郵輪碼頭工程的圓筒內封底部位，需要用到水下不分散混凝土，強度等級為C30，方量約500 方，故對C30 水下不分散混凝土進行拌合物和力學性能研究。

1 原材料及配合比設計

水泥：選用華潤水泥（平南）有限公司生產的P.Ⅱ42.5R 水泥，其各項物理指標如表1 所示，均滿足GB 175-2007[1]的技術要求。

表1 華潤水泥（平南）P.Ⅱ42.5 水泥物理性能指標

粗骨料：選用云浮市富潤礦業有限公司5～25mm 連續級配的碎石，其各項物理指標如表2 所示，均滿足JGJ 52-2006[2]的技術要求。

表2 富潤礦業粗骨料的物理指標

細骨料：選用東莞市中弘建材有限公司的中砂，其各項物理指標如表3 所示，均滿足JGJ 52-2006[2]的技術要求。

表3 中弘建材細骨料的物理指標

外加劑：采用廣東博眾建材科技發展有限公司產的B0Z-300 聚羧酸高性能減水劑，其各項物理性能指標如表4 所示，其各項指標均能達到GB 8076-2008[3]的要求。

表4 B0Z-300 減水劑主要物理指標

粉煤灰：采用廣西弘宇嘉晨投資有限公司C 類II粉煤灰。

礦渣粉：采用珠海粵裕豐鋼鐵有限公司S95 礦渣粉。

絮凝劑：采用廬江縣晶石特種建材有限公司JS-SF絮凝劑。

拌和用水：采用自來水。

設計配比參照DL/T 5330-2015《水工混凝土配合比設計規程》[4]配制C30 混凝土，混凝土配合比見表5。水下成型參照DL/T 5100-2014[5]附錄A 的方法：將150mm×150mm×150mm 的混凝土抗壓試模放置于水箱中，加水裝滿水箱；將漏斗出料口蓋嚴后，再將拌好的混凝土拌合物裝入漏斗的三分之二，再將漏斗移到水中試模正上方，從水面處開始傾倒混凝土拌合物，使其自行落入試模中，形成小山形，每個試模在30～60s 內裝完，然后將試模從水中緩緩取出，靜置15min，把表面刮平，標準養護2 天后拆模。將混凝土試件分別置于自來水和南沙國際郵輪碼頭的天然水環境中養護，空氣中成型則按標準養護。

表5 不同摻合料的C30 水下不分散混凝土配合比

2 試驗結果及數據分析

2.1 摻合料摻量對C30 水下不分散混凝土拌合性能的影響

水下不分散混凝土的拌合性能十分重要，它決定了其使用過程中的能否具有良好的工作性能，能否在自重不振搗的情況下實現自密實。摻入不同比例的粉煤灰和礦渣粉試配的結果如表6 所示，可以看出，粉煤灰對水下不分散混凝土的拌合性能有一定的影響，隨著摻量的增加，混凝土坍落度和擴展度都有所增加，同時坍落度損失和擴展度損失都有所降低。這是因為粉煤灰發揮了滾珠軸承作用，對拌合物的流動性能有潤滑作用。但隨著礦渣粉的摻量增加，混凝土坍落度和擴展度都不斷降低，同時坍落度損失和擴展度損失也有所增大，這是因為礦渣粉增加后，膠凝材料顆粒形狀不能像粉煤灰一樣其他潤滑作用。綜合考慮，粉煤灰和礦渣粉均摻入適當比例。

表6 不同摻合料摻量的C30 水下不分散混凝土拌合性能

2.2 粉煤灰摻量對C30 水下不分散混凝土抗壓強度的影響

混凝土抗壓強度是水下不分散混凝土的主要指標，通過試配成型了混凝土抗壓試件，并按相應齡期進行了抗壓試驗，詳細見表7 和表8 所示。

通過表7 和表8 可以看出，在空氣中成型和在自來水中成型時，隨著粉煤灰摻量的增加，C30 水下不分散混凝土抗壓強度在7d 和28d 兩個齡期均呈現出不斷降低的趨勢，這是因為粉煤灰活性較低，摻量增加后，膠凝材料中活性成分比例降低，水化速度變慢。但在天然水中成型時，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強度先增加后降低，而且不同摻量時，都比在自來水中成型和養護時，抗壓強度更高，同時水陸強度比也比在自來水中時有所提高。這是因為南沙國際郵輪碼頭近海，附近的水中有較豐富的鹽類，加速了水泥的水化，同時加快了粉煤灰發揮出其活性。

表8 粉煤灰摻量不同的C30 水下不分散混凝土抗壓強度（水中成型）

2.3 礦渣粉摻量對C30 水下不分散混凝土抗壓強度的影響

摻入不同比例的礦渣粉，通過試配成型了混凝土抗壓試件，并按相應齡期進行了抗壓試驗，詳細見表9 和表10 所示。

表9 礦渣粉摻量不同的C30 水下不分散混凝土抗壓強度（空氣中成型）

表10 礦渣粉摻量不同的C30 水下不分散混凝土抗壓強度（水中成型）

通過表9 和表10 可以看出，在空氣中成型和自來水中成型時，隨著礦渣粉摻量的增加，C30 水下不分散混凝土抗壓強度在7d 呈現出不斷降低的趨勢，這是因為礦渣粉早期活性較低，但隨著齡期的增長，混凝土抗壓強度又呈現出先升高后降低的趨勢。這是因為隨著齡期增長，礦渣粉逐步發揮出來了其水化活性，從而強度隨著摻量的增加而升高，但比例不斷增加后，膠凝材料中的水泥比例降低，堿度降低，從而導致強度又開始降低。但在天然水中成型時，隨著礦渣粉摻量的增加，混凝土強度先增加后降低，而且不同摻量時，都比在自來水中成型和養護時，抗壓強度更高，同時水陸強度比也比在自來水中時有所提高。這跟摻入粉煤灰一樣，混凝土早期在天然水中，更能發揮摻合料的水化活性。

2.4 粉煤灰摻量10%和礦渣粉摻量20%的C30 混凝土抗壓強度和抗分散性能

粉煤灰摻入10%和礦渣粉摻入20%時，混凝土試配結果如表11 和表12 所示，可以看出，天然水中強度略高于自來水中，同時也滿足標準要求DL/T5100-2014《水工混凝土外加劑技術規程》水陸強度比和抗分散性能的要求。

3 結論

⑴隨著粉煤灰摻量的增加，C30 水下不分散混凝土在空氣中和自來水中成型時，抗壓強度均呈現不斷降低的趨勢；而在天然水中成型時，抗壓強度則呈現先升高后降低的趨勢。

表11 粉煤灰和礦渣粉混摻的C30 水下不分散混凝土抗壓強度

表12 粉煤灰和礦渣粉混摻的C30 水下不分散混凝土抗分散性能

⑵隨著礦渣粉摻量的增加，C30 水下不分散混凝土在空氣中和自來水中成型時，7d 抗壓強度均呈現不斷降低的趨勢，但28d 抗壓強度則先升高后降低；而在天然水中成型時，抗壓強度均呈現先升高后降低的趨勢。

⑶為了保障C30 水下不分散混凝土的拌和性能和抗壓強度，粉煤灰和礦渣粉均應摻入適當比例。