水下不分散混凝土配合比設(shè)計(jì)

1、水下不分散混凝土配合比設(shè)計(jì)編制單位： 第五項(xiàng)目部 編 制 人： 劉德政 邵 亮 編制日期： 2007年11月25日 水下不分散混凝土配合比設(shè)計(jì)摘 要：本文以曹妃甸原油碼頭靠船墩、系纜墩水下封底混凝土為例，介紹了水下不分散混凝土配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程。關(guān)鍵詞：水下不分散混凝土；配合比設(shè)計(jì)1工程概況曹妃甸原油碼頭建設(shè)規(guī)模為新建30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭1座，兼顧15萬(wàn)噸和45萬(wàn)噸油輪靠泊作業(yè)。碼頭長(zhǎng)度522m，采用蝶型布置，由一個(gè)工作平臺(tái)、2個(gè)靠船墩和6個(gè)系纜墩組成?？看蘸拖道|墩設(shè)計(jì)將抗冰墩和碼頭墩臺(tái)合為一體，采用半水下圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，墩臺(tái)底標(biāo)高在設(shè)計(jì)低水位以下3.5m。為使靠船墩、系纜墩結(jié)構(gòu)混凝土能夠形成干施工

2、條件，采用了鋼套箱結(jié)構(gòu)并在結(jié)構(gòu)混凝土下增設(shè)了2m封底混凝土。封底混凝土采用水下不分散混凝土，其作用為在水下澆筑凝結(jié)硬化后形成混凝土底板，抽水后與鋼套箱一起作為擋水和模板結(jié)構(gòu)，為結(jié)構(gòu)混凝土提供干施工條件。曹妃甸原油碼頭地處外海，海況惡劣突風(fēng)較多。水下不分散混凝土受風(fēng)浪影響較大，所以除了添加必要的絮凝劑，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)考慮到混凝土可能會(huì)產(chǎn)生裂縫和孔隙，同時(shí)為了讓混凝土能夠更快的凝結(jié)硬化、提高早期強(qiáng)度以抵御風(fēng)浪影響和縮短工期，還需添加膨脹劑和調(diào)凝劑。2原材料情況2.1水泥：采用唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為42.5R的普通硅酸鹽水泥。技術(shù)指標(biāo)如下表（表一）：檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)稠度(%)細(xì)度(%)凝結(jié)時(shí)間安

3、定性抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa) 初凝終凝3d28d3d28d檢驗(yàn)結(jié)果28.40.92 h 28 min4 h30 min合格26.253.26.28.92.2細(xì)骨料：采用產(chǎn)自盧龍的河砂。該砂為區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)一般在2.42.8之間，其中含有部分卵石，10mm以上顆粒含量在20%25%之間，這部分卵石可以改善混凝土的流動(dòng)性，提高混凝土的泵送性能。技術(shù)指標(biāo)如下表（表二）：檢驗(yàn)項(xiàng)目含泥量(%)泥塊含量(%)表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)級(jí)配情況5.02.51.250.630.3150.16檢驗(yàn)結(jié)果0.80.026501550615245683972.3粗骨料：采用產(chǎn)自豐潤(rùn)的碎

4、石。該碎石為級(jí)配良好的連續(xù)粒級(jí)，公稱(chēng)粒徑為525mm，適用于泵送混凝土。技術(shù)指標(biāo)如下表（表三）：檢驗(yàn)項(xiàng)目含泥量(%)泥塊含量(%)針片狀含量(%)壓碎指標(biāo)值(%)級(jí)配情況2520161052.5檢驗(yàn)結(jié)果0.20.067.323368981001002.4外加劑：在配合比的試拌過(guò)程中分別摻加了34種外加劑。分別為：中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院研制的UWB型絮凝劑、天津豹鳴集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的UEA型膨脹劑、天津市雍陽(yáng)減水劑廠生產(chǎn)UNF-5AST型聚羧酸減水劑、山東寶源化工有限公司生產(chǎn)的調(diào)凝劑。UWB型絮凝劑能夠賦予普通混凝土超強(qiáng)的抗分散性、適宜的流動(dòng)性和施工性能；解決水下混凝土的抗分散性能，實(shí)現(xiàn)水下

5、混凝土的自流平和自密實(shí)。UWBII型絮凝劑摻量為水泥重量的1.53.0。技術(shù)指標(biāo)如下表（表四）：檢驗(yàn)項(xiàng)目含氣量(%)泌水率比(%)凝結(jié)時(shí)間坍落度(mm )坍?dāng)U度(mm )7d水陸抗壓強(qiáng)度比(%)初凝終凝檢驗(yàn)結(jié)果3.00.018 h 21min21 h00min22045575摻加UEA型膨脹劑后混凝土中形成水化硫鋁酸鈣產(chǎn)生適度膨脹力，在結(jié)構(gòu)中建立0.20.7MPa預(yù)壓應(yīng)力，可抵消混凝土硬化過(guò)程中形成的收縮力，因而減少干縮裂縫，提高抗裂和抗?jié)B性能。UEA型膨脹劑摻量為水泥重量的814。技術(shù)指標(biāo)如下表（表五）：檢驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)度(%)水中7d限制膨脹率(%)凝結(jié)時(shí)間氧化鎂(%)堿含量(%)氯離子含量(%

6、)抗壓強(qiáng)度(MPa)初凝終凝7d28d檢驗(yàn)結(jié)果4.90.0293 h 05min4 h20min3.750.360.0228.248.8聚羧酸減水劑是一種新型的高效減水劑，它具有強(qiáng)度高和耐熱性、耐久性好等性能。其特點(diǎn)是在高溫下坍落度損失小，具有良好的流動(dòng)性，降低水灰比提高混凝土強(qiáng)度，改善混凝土和易性和密實(shí)性。UNF-5AST型聚羧酸減水劑摻量為水泥重量的0.51.5。技術(shù)指標(biāo)如下表（表六）：檢驗(yàn)項(xiàng)目?jī)魸{流動(dòng)度(mm)減水率(%)坍落度保留值(mm)硫酸鈉含量(%)氯離子含量(%)對(duì)鋼筋銹蝕作用抗壓強(qiáng)度比(%)30min60min3d7d28d檢驗(yàn)結(jié)果270302101800.020.01無(wú)16

7、4133127調(diào)凝劑是用于混凝土中的快速凝固早強(qiáng)劑。用于建筑砂漿與各種混凝土中，加快水泥的硬化速度，縮短凝結(jié)時(shí)間，特別在冬季施工中，避免低溫下凝結(jié)速度過(guò)慢。脫?？焓够炷聊軌虮M早提高強(qiáng)度投入使用。調(diào)凝劑摻量為水泥重量的0.51.5。3配合比設(shè)計(jì)與試拌結(jié)果3.1配合比設(shè)計(jì)：依據(jù)水下不分散混凝土施工技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)。3.1.1配制強(qiáng)度：水下不分散混凝土的配制強(qiáng)度為R配= R設(shè)/t+1.645,本工程的水下不分散混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，由于水下不分散混凝土在施工中有自由落差，所以t取值為0.7，取值為4.5。R配=50.2MPa。3.1.2坍落度與坍?dāng)U度：本工程的水下不分散混凝土施工是由混凝土攪拌船攪拌

8、后，通過(guò)混凝土輸送泵澆筑到鋼套箱內(nèi)，考慮到混凝土的自流平性和自密實(shí)性，坍落度控制在180220mm，坍?dāng)U度控制在400500mm。3.1.3單位水泥用量：由于混凝土有自流平和自密實(shí)的要求，為了保證水下不分散混凝土的質(zhì)量，單位水泥用量控制在400kg/m3以上。下表是7個(gè)經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)的配合比（表七）：編號(hào)配合比水灰比水泥 用量砂石用水量絮凝劑膨脹劑調(diào)凝劑聚羧酸減水劑PHB11:1.75:2.220.554287499502358.56376.42/PHB21:1.77:2.250.534287589632278.56346.42/PHB31:1.61:2.140.514517269652309.

9、02366.76/PHB41:1.66:2.200.4944774298321911.18366.70/PHB51:1.48:2.040.4947370096523211.82387.10/PHB61:1.70:2.250.4844275199421211.05356.634.42PHB71:1.51:2.080.5046670496923311.65376.994.663.2配合比試拌結(jié)果：依據(jù)水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行。3.2.1試拌：按配合比比例稱(chēng)取原材料，稱(chēng)好后進(jìn)行攪拌，攪拌結(jié)束后取樣進(jìn)行坍落度和坍?dāng)U度試驗(yàn)（本文中坍?dāng)U度值為t=30s）。3.2.2抗分散性：不分散混凝土的質(zhì)量很大程度

10、上取決于混凝土的抗分散性和流動(dòng)性。毋庸置疑，抗分散性是不分散混凝土的核心，其它的性能必須在此基礎(chǔ)上進(jìn)行。操作方法：將一容積約1500ml的容器放置在水箱內(nèi)，向水箱內(nèi)注水至50cm。拌制2kg水下不分散混凝土，從水面自由落下倒入水中的容器內(nèi)，使之全部進(jìn)入容器內(nèi)，不得灑漏，靜置5min。將容器從水中提起，排掉混凝土上面積留的水稱(chēng)其重量。重復(fù)進(jìn)行上述操作3次，取其平均值精確到0.1%。流失量=(a-b)/(a-c)×100%（a：浸水前混凝土和容器的總重；b：浸水后混凝土和容器的總重；c：容器的重量。）以水泥流失量來(lái)評(píng)價(jià)水下不分散混凝土的抗分散性。但在實(shí)際應(yīng)用中，特別在施工現(xiàn)場(chǎng)，一般采用經(jīng)

11、驗(yàn)性判斷。取一1000ml量筒，注滿(mǎn)清水，將拌合好的混凝土取約200g左右的一塊，從量筒口放入，如果量筒內(nèi)水質(zhì)仍能保持基本清澈，則認(rèn)為抗分散能滿(mǎn)足施工的要求。3.2.3成型：標(biāo)養(yǎng)試件成型與普通混凝土相同，同條件試件成型步驟：將水下成型用的試模置于水箱中,將水(視環(huán)境水定)加至試模上限以上150mm處。用鐵鍬將混凝土拌合物從水面處向水中落下，澆入試模。投料應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，投料量應(yīng)超出試模表面，投料時(shí)間為0.5 min 1.0min。將試模從水中取出，靜置5 min10.0min，使混凝土自流、自密。用木錘輕敲試模兩側(cè)以促進(jìn)排水，然后將其放回水中。試件表面處理，超量澆注的混凝土在初凝前用抹刀抹平，兩天

12、后拆模，在水中繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在達(dá)到預(yù)定齡期時(shí)，將試件從水中取出，進(jìn)行測(cè)試。3.2.4抗壓強(qiáng)度：將試件置于壓力試驗(yàn)機(jī)下壓板的中心位置，使上壓板與試件表面輕輕接觸，開(kāi)啟試驗(yàn)機(jī)，控制加荷速度為每秒0.2N/mm20.3 N/mm2，均勻加荷不得沖擊，直至試件破壞，記錄試件破壞荷載值?？箟簭?qiáng)度f(wàn)n=P/A。下表為7個(gè)配合比試驗(yàn)結(jié)果（表八）：編號(hào)坍落度(mm)坍?dāng)U度(mm)抗分散性(%)抗壓強(qiáng)度同條件3d標(biāo)養(yǎng)3d標(biāo)養(yǎng)28dPHB12204401.411.716.239.6PHB21853851.113.518.641.9PHB31803901.015.421.745.8PHB41904250.915.923.947.2PHB51954350.916.724.048.0PHB61954501.018.928.348.9PHB72104700.920.829.350.63.3配合比的選?。簭?個(gè)配合比的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，PHB1的同條件早期強(qiáng)度偏低，抗分散性較差。PHB2 PHB5的坍?dāng)U度偏小，同條件早期強(qiáng)度