C30 水下不分散混凝土在广州南沙国际邮轮码头工程的应用研究

庾明锋

（广州天达混凝土有限公司）

0 引言

混凝土作为目前用量最大的建筑材料，具备可塑性强，空气中和水下均能硬化，且经济实惠的优点。水下不分散混凝土是1970 年才开始流行的一种新型混凝土，在水下具有抗分散性，将其直接浇筑到水中，当其穿过水里面时，基本不出现材料分离状况。同时，在水下浇筑时，水泥砂浆几乎不流失，混凝土配合比保持相对稳定，在水中也能像在空气中一样正常凝结硬化。掺入混凝土里面的抗分散剂（絮凝剂）是由水溶性高分子聚合物、表面活性物质等材料复合配制而成，具备较强吸附能力，可将集料、水泥、掺合料等材料吸附在一起，使混凝土拥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须掺入絮凝剂，且需要合理控制絮凝剂掺量，同时要采取有效的施工措施，防止水下不分散混凝土受到水的冲刷而导致性能受到损失。水下不分散混凝土的成功研制，较好解决了新拌混凝土遇水即无法保持原有性能的问题。本工程依据广州南沙国际邮轮码头工程的圆筒内封底部位，需要用到水下不分散混凝土，强度等级为C30，方量约500 方，故对C30 水下不分散混凝土进行拌合物和力学性能研究。

1 原材料及配合比设计

水泥：选用华润水泥（平南）有限公司生产的P.Ⅱ42.5R 水泥，其各项物理指标如表1 所示，均满足GB 175-2007[1]的技术要求。

表1 华润水泥（平南）P.Ⅱ42.5 水泥物理性能指标

粗骨料：选用云浮市富润矿业有限公司5～25mm 连续级配的碎石，其各项物理指标如表2 所示，均满足JGJ 52-2006[2]的技术要求。

表2 富润矿业粗骨料的物理指标

细骨料：选用东莞市中弘建材有限公司的中砂，其各项物理指标如表3 所示，均满足JGJ 52-2006[2]的技术要求。

表3 中弘建材细骨料的物理指标

外加剂：采用广东博众建材科技发展有限公司产的B0Z-300 聚羧酸高性能减水剂，其各项物理性能指标如表4 所示，其各项指标均能达到GB 8076-2008[3]的要求。

表4 B0Z-300 减水剂主要物理指标

粉煤灰：采用广西弘宇嘉晨投资有限公司C 类II粉煤灰。

矿渣粉：采用珠海粤裕丰钢铁有限公司S95 矿渣粉。

絮凝剂：采用庐江县晶石特种建材有限公司JS-SF絮凝剂。

拌和用水：采用自来水。

设计配比参照DL/T 5330-2015《水工混凝土配合比设计规程》[4]配制C30 混凝土，混凝土配合比见表5。水下成型参照DL/T 5100-2014[5]附录A 的方法：将150mm×150mm×150mm 的混凝土抗压试模放置于水箱中，加水装满水箱；将漏斗出料口盖严后，再将拌好的混凝土拌合物装入漏斗的三分之二，再将漏斗移到水中试模正上方，从水面处开始倾倒混凝土拌合物，使其自行落入试模中，形成小山形，每个试模在30～60s 内装完，然后将试模从水中缓缓取出，静置15min，把表面刮平，标准养护2 天后拆模。将混凝土试件分别置于自来水和南沙国际邮轮码头的天然水环境中养护，空气中成型则按标准养护。

表5 不同掺合料的C30 水下不分散混凝土配合比

2 试验结果及数据分析

2.1 掺合料掺量对C30 水下不分散混凝土拌合性能的影响

水下不分散混凝土的拌合性能十分重要，它决定了其使用过程中的能否具有良好的工作性能，能否在自重不振捣的情况下实现自密实。掺入不同比例的粉煤灰和矿渣粉试配的结果如表6 所示，可以看出，粉煤灰对水下不分散混凝土的拌合性能有一定的影响，随着掺量的增加，混凝土坍落度和扩展度都有所增加，同时坍落度损失和扩展度损失都有所降低。这是因为粉煤灰发挥了滚珠轴承作用，对拌合物的流动性能有润滑作用。但随着矿渣粉的掺量增加，混凝土坍落度和扩展度都不断降低，同时坍落度损失和扩展度损失也有所增大，这是因为矿渣粉增加后，胶凝材料颗粒形状不能像粉煤灰一样其他润滑作用。综合考虑，粉煤灰和矿渣粉均掺入适当比例。

表6 不同掺合料掺量的C30 水下不分散混凝土拌合性能

2.2 粉煤灰掺量对C30 水下不分散混凝土抗压强度的影响

混凝土抗压强度是水下不分散混凝土的主要指标，通过试配成型了混凝土抗压试件，并按相应龄期进行了抗压试验，详细见表7 和表8 所示。

通过表7 和表8 可以看出，在空气中成型和在自来水中成型时，随着粉煤灰掺量的增加，C30 水下不分散混凝土抗压强度在7d 和28d 两个龄期均呈现出不断降低的趋势，这是因为粉煤灰活性较低，掺量增加后，胶凝材料中活性成分比例降低，水化速度变慢。但在天然水中成型时，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土强度先增加后降低，而且不同掺量时，都比在自来水中成型和养护时，抗压强度更高，同时水陆强度比也比在自来水中时有所提高。这是因为南沙国际邮轮码头近海，附近的水中有较丰富的盐类，加速了水泥的水化，同时加快了粉煤灰发挥出其活性。

表8 粉煤灰掺量不同的C30 水下不分散混凝土抗压强度（水中成型）

2.3 矿渣粉掺量对C30 水下不分散混凝土抗压强度的影响

掺入不同比例的矿渣粉，通过试配成型了混凝土抗压试件，并按相应龄期进行了抗压试验，详细见表9 和表10 所示。

表9 矿渣粉掺量不同的C30 水下不分散混凝土抗压强度（空气中成型）

表10 矿渣粉掺量不同的C30 水下不分散混凝土抗压强度（水中成型）

通过表9 和表10 可以看出，在空气中成型和自来水中成型时，随着矿渣粉掺量的增加，C30 水下不分散混凝土抗压强度在7d 呈现出不断降低的趋势，这是因为矿渣粉早期活性较低，但随着龄期的增长，混凝土抗压强度又呈现出先升高后降低的趋势。这是因为随着龄期增长，矿渣粉逐步发挥出来了其水化活性，从而强度随着掺量的增加而升高，但比例不断增加后，胶凝材料中的水泥比例降低，碱度降低，从而导致强度又开始降低。但在天然水中成型时，随着矿渣粉掺量的增加，混凝土强度先增加后降低，而且不同掺量时，都比在自来水中成型和养护时，抗压强度更高，同时水陆强度比也比在自来水中时有所提高。这跟掺入粉煤灰一样，混凝土早期在天然水中，更能发挥掺合料的水化活性。

2.4 粉煤灰掺量10%和矿渣粉掺量20%的C30 混凝土抗压强度和抗分散性能

粉煤灰掺入10%和矿渣粉掺入20%时，混凝土试配结果如表11 和表12 所示，可以看出，天然水中强度略高于自来水中，同时也满足标准要求DL/T5100-2014《水工混凝土外加剂技术规程》水陆强度比和抗分散性能的要求。

3 结论

⑴随着粉煤灰掺量的增加，C30 水下不分散混凝土在空气中和自来水中成型时，抗压强度均呈现不断降低的趋势；而在天然水中成型时，抗压强度则呈现先升高后降低的趋势。

表11 粉煤灰和矿渣粉混掺的C30 水下不分散混凝土抗压强度

表12 粉煤灰和矿渣粉混掺的C30 水下不分散混凝土抗分散性能

⑵随着矿渣粉掺量的增加，C30 水下不分散混凝土在空气中和自来水中成型时，7d 抗压强度均呈现不断降低的趋势，但28d 抗压强度则先升高后降低；而在天然水中成型时，抗压强度均呈现先升高后降低的趋势。

⑶为了保障C30 水下不分散混凝土的拌和性能和抗压强度，粉煤灰和矿渣粉均应掺入适当比例。