早強型珊瑚砂混凝土配合比設(shè)計

1、一種早強型珊瑚砂混凝土配合比設(shè)計商寧寧1 周偉2（中國石油集團工程技術(shù)研究院，中國石油集團工程技術(shù)研究院）摘要：我國南海某些島礁地處熱帶氣候，為珊瑚礁島嶼，珊瑚資源豐富，在不破壞當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的前提下，就地取材，用疏浚港池、航道挖出的珊瑚礁、砂和被臺風海浪沖刷堆積的珊瑚礁、砂代替碎石、河沙，用海水代替淡水，配制能直接在水下施工的海水拌養(yǎng)珊瑚礁、砂混凝土，對于無筋的新建或修補混凝土工程，都有重要的現(xiàn)實意義和極高的實用價值。本實驗對珊瑚砂混凝土性能影響較大的四個因素進行試驗分析，最終優(yōu)選出早強型珊瑚砂混凝土的最優(yōu)配合比并進行了性能試驗。關(guān)鍵詞：珊瑚砂混凝土 配合比 早強1.前言我國南海某些島礁地處熱

2、帶氣候，為珊瑚礁島嶼，珊瑚資源豐富，距離大陸較遠，島礁上沒有碎石、河沙等常規(guī)的建筑材料，施工用淡水也非常匱乏，新建水下構(gòu)筑物工程所需的砂、石、淡水材料不得不從大陸用船舶運輸，耗費大量人力、物力。因此，在不破壞當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的前提下，就地取材，用疏浚港池的珊瑚礁、砂和被臺風海浪沖刷堆積的珊瑚礁、砂代替碎石、河沙，用海水代替淡水，配制能直接在水下施工的海水拌養(yǎng)珊瑚礁、砂混凝土，對于無筋的新建或修補混凝土工程，都有重要的現(xiàn)實意義和極高的實用價值。國外在二戰(zhàn)時期就進行了珊瑚混凝土的相關(guān)研究，并進行了工程實際運用，我國于1997年在西沙某島的護堤、防波堤等水工工程中使用了海水拌合珊瑚砂混凝土。本實驗對珊瑚

3、砂混凝土性能影響較大的四個因素進行試驗分析，最終優(yōu)選出早強型珊瑚砂混凝土的最優(yōu)配合比并進行了性能試驗。2.試驗原材料和試驗依據(jù)1）試驗原材料（1）水泥：盾石P.O42.5水泥普通硅酸鹽水泥性能特點：早期強度高，凝結(jié)時間早，泌水性小，具有優(yōu)良的抗碳化及抗凍性特點。  適用性：冬季使用較好，適用于高層建筑及大體積混凝土工程，重要工程。表1為盾石P.O42.5水泥的技術(shù)標準。表1 盾石P.O42.5水泥的技術(shù)標準水泥標準SO3(%)LOSS(%)MgO(%)CL(%)比表面積凝結(jié)時間（min）抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）初凝終凝3天28天3天28天PO42.53.55.0

4、5.00.06350456001742.53.56.5作者簡介：商寧寧 工程師 1986年生。2009年畢業(yè)于西南石油大學應用化學專業(yè)，現(xiàn)從事水下不分散混凝土技術(shù)服務(wù)工作。地址：天津市塘沽區(qū)津塘公路40號中國石油工程技術(shù)研究院；郵編300450；電話；E-mail：。（2）砂、石骨料砂，不同細度模數(shù)珊瑚砂。石子，石灰?guī)r碎石，525連續(xù)級配。不同細度模數(shù)珊瑚砂如表2、表3所示。表2珊瑚砂細度模數(shù)序號篩孔尺寸(mm)0.160.3150.631.652.505.00細度模數(shù)S1累計篩余（%）84.270.4452.2636.6221.29.22.34S2累計篩余（%）75.159.0240.942

5、4.815.346.241.96S3累計篩余（%）61.8242.2223.5412.147.983.861.33（3）水：自來水（4）絮凝劑：中國石油工程技術(shù)研究院產(chǎn)UWB-型絮凝劑（5）減水劑：BSH聚羧酸高性能減水劑（6）調(diào)凝劑：UWB-T調(diào)凝劑2）試驗依據(jù)（1）DL/T 5117-2000 水下不分散混凝土試驗規(guī)程（2）JTJ 270-1998 水運工程混凝土試驗規(guī)程3.試驗方案早強型珊瑚砂水下不分散混凝土要快凝快硬，且1d、3d強度均要求有一定的強度。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件，選擇采用普通硅酸鹽水泥，同時添加適量的調(diào)凝劑，以滿足快凝快硬要求。同時摻加適量減水劑，以保證混凝土的流動性和強度要

6、求。通過研究不同細度模數(shù)珊瑚砂、調(diào)凝劑的用量變化對水下不分散混凝土性能的影響，確定符合技術(shù)要求的水下不分散混凝土配比方案。4.早強型珊瑚砂水下不分散混凝土試驗1） 珊瑚砂細度模數(shù)對混凝土強度影響分析本試驗采用3種不同細度模數(shù)珊瑚砂對水下不分散混凝土的性能影響研究其規(guī)律。3種不同細度模數(shù)珊瑚砂如表2所示。減水劑和絮凝劑均按照推薦產(chǎn)量摻入。水下不分散混凝土理論配合比如表3所示為：水泥420kg/ m3，絮凝劑12 kg/ m3，水，220 kg/ m3，減水劑為水泥重量的0.4%。其中，水的實際用量以使混凝土達到基本相同的流動性（坍擴度5055cm）為準。試驗結(jié)果如表4所示。表3 水下不分散混凝土

7、配合比材料用量，kg/m3砂率,%W/C水泥珊瑚砂石子水絮凝劑減水劑S1420680（1.96）1020265 121.68400.63S2420578（1.33）1122275121.68360.65S3420765（2.34）935260 121.68450.62表4 水下不分散混凝土性能序號含氣量%流動性，cm凝結(jié)時間，min陸上成型強度，MPa坍擴度坍落度初凝終凝3d7d28dS1550.52560069020.428.036.5S24.5562620020021.829.537.3S36522620020024.233.642.0從表4看出，隨著珊瑚砂細度模數(shù)的增大，配制的混凝土陸地

8、強度呈現(xiàn)出增高的趨勢。這主要是由于砂子越細，它的比表面積就越大，砂子表面的沾灰面積就越大，所以水泥用量就大了，在水泥用量相同的情況下，混凝土強度有所降低。因此，我們選用細度模數(shù)較大的（2.34）珊瑚砂做為混凝土的細骨料。2）珊瑚砂砂率的確定砂率是影響混凝土工作性、表觀密度、強度和變形性能的主要因素之一。采用合理砂率不僅可以增加混凝土的強度，還可以提高混凝土的流動性。本試驗珊瑚砂的摻量選擇了砂率40%-55%的范圍，減水劑和絮凝劑均按照推薦產(chǎn)量摻入。水下不分散混凝土理論配合比(表5)為：水泥420kg/m3，絮凝劑12 kg/m3，水，220 kg/m3，減水劑為水泥重量的0.4%，試驗溫度為2

9、6-34。其中，水的實際用量以使混凝土達到基本相同的流動性（坍擴度4650cm）為準。試驗結(jié)果如表6所示。表5 水下不分散混凝土配合比材料用量，kg/m3砂率%W/C水泥珊瑚砂石子水絮凝劑減水劑S14206801020245 121.68400.58S2420765935252 121.68450.60S3420850850260 121.68500.62S4420935765 265121.68550.63表6 不同砂率對水下不分散混凝土強度的影響序號含氣量（%）流動性cm凝結(jié)時間min水下成型強度MPa陸上成型強度MPa水陸強度比%坍落度坍擴度初凝終凝7d28d7d28d3d28dS15.

10、523496006902429.334.2407073S25244960069027.233.835.6417682S38245060069025.633.533.839.47685S49224660069024.532.832.939.07584從表6可以看出，在水泥用量和水灰比一定的條件下，55%砂率的水下不分散混凝土的流動性有所下降。這是由于砂子與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤滑和輥珠作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，所以在一定范圍內(nèi)，隨砂率增大，混凝土流動性增大。另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率增加，粗細骨料的總表積增大，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄

11、，潤滑作用下降，使混凝土流動性降低。所以砂率超過一定范圍，流動性隨砂率增加而下降。從表6中可以看出，混凝土強度隨砂率增大而出現(xiàn)波動，在砂率達到45%和50%時混凝土強度最高，本著混凝土中砂率盡量高的原則，我們選擇50%的砂率為珊瑚砂混凝土的最佳砂率。3）水泥用量的確定通過混凝土理論研究和施工實踐證明，水泥用量不足和用量過多，對混凝土質(zhì)量均有不利的影響。水泥用量少了，會使混凝土的強度降低，使抗?jié)B性、抗凍性、 抗蝕性及抗碳化性能變差，使混凝土質(zhì)量達不到設(shè)計的要求。水泥用量多了，在大體積混凝土施工時，水泥水化反應放出的熱量會使混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂 縫，影響混凝土的質(zhì)量?？偠灾?，水泥用量過 多

12、或過少，除了給混凝土質(zhì)量帶來不利影響外，還會在經(jīng)濟上造成不必要的損失。本試驗水泥的用量選擇了380 kg/m3-500 kg/m3的范圍，減水劑、砂率和絮凝劑均按照推薦摻量摻入。水下不分散混凝土理論配合比為：砂率50%，絮凝劑12 kg/m3，水220 kg/m3，減水劑為水泥重量的0.4%，試驗溫度為26。其中，水的實際用量以使混凝土達到基本相同的流動性（坍擴度4650cm）為準。試驗結(jié)果如表8所示。表7 水下不分散混凝土配合比材料用量，kg/m3砂率%W/C水泥珊瑚砂石子水絮凝劑減水劑S1380850850260 121.68500.68S2420850850255 121.68500.6

13、1S3460850850255 121.68500.55S4500850850255121.68500.51表8 不同水泥用量對水下不分散混凝土強度的影響序號含氣量%流動性，cm凝結(jié)時間，min陸上成型強度，MPa坍擴度坍落度初凝終凝3d7d28dS17.5512520020019.321.230.7S210502520020022.927.534.9S39.549.52520020026.630.539.3S41049.524.520020028.332.240.8 由表8可以看出，水泥用量與強度平均值的大致關(guān)系表明，水泥用量越大，試塊3天、7天、28天抗壓強度平均值總體越大，但水泥用量超過

14、460 kg/m3平均強度增幅不大。水泥用量對凝結(jié)時間的影響較大，所以，從凝結(jié)時間的角度考慮，考慮到成本的因素，建議水泥用量不超過460kg/m3為宜。4）調(diào)凝劑用量的確定本實驗研究采用了UWB-T調(diào)凝劑，水下不分散混凝土配合比：普通硅酸鹽水泥420kg/m3，砂子850 kg/m3，石子850 kg/m3，水220 kg/m3，絮凝劑為12kg/m3，減水劑為水泥重量的0.4%，調(diào)凝劑從0到6%之間變化，水的實際用量以使混凝土達到基本相同的流動性（坍擴度5055cm）為準。環(huán)境溫度為27，水溫為24。表9 水下不分散混凝土配合比材料用量，kg/m3W/C水泥珊瑚砂石子水絮凝劑減水劑調(diào)凝劑S1

15、420850850250 121.6800.59S2420850850250 121.688.40.59S3420850850250 121.6816.80.59S4420850850 250121.6825.20.59從表9和表10可以看出，凝結(jié)時間隨著調(diào)凝劑摻量增加而縮短，調(diào)凝劑摻量在4%時，初凝時間就縮短至240min，摻量4%時，凝結(jié)時間就更短。調(diào)凝劑摻量對早期強度提高很快，特別是3天內(nèi)的強度，調(diào)凝劑摻量在4%時24小時強度達到13.4MPa， 3d強度達到22.5MPa，但是對28天強度并無貢獻。表10 調(diào)凝劑對凝結(jié)時間和早期強度的影響序號調(diào)凝劑摻量%流動性cm凝結(jié)時間min陸上成型

16、強度MPa坍擴度坍落度初凝終凝1d3d28dT1053265008509.221.139.4T2252.52635561511.922.038.5T345225.524050013.422.537.8T465326.520546514.022.438.95.混凝土配合比的確定及其性能1）早強型珊瑚砂混凝土配合比在以上試驗分析的基礎(chǔ)上，我們選定的早強型水下不分散混凝土配合比如下表11所示。表11 水下不分散混凝土配合比硫鋁水泥砂子石子水絮凝劑減水劑調(diào)凝劑460kg/m3850kg/m3850 kg/m3220 kg/m312kg/m30.4%4%2）早強型珊瑚砂混凝土性能在確定配合比的基礎(chǔ)上，我

17、們對此配合比的珊瑚砂混凝土進行了抗分散性（圖3）、流動性（圖4）、容重、含氣量（圖2）、凝結(jié)時間、抗壓強度等性能試驗，早強型珊瑚砂混凝土的性能如表12所示。 圖1 水下成型試塊 圖2 含氣量 圖3 抗分散性 圖4 流動性表12 水下不分散混凝土性能序號性能項目性能指標試驗值1抗分散性-值92流動性坍落度 mm260坍擴度 mm5203容重 kg/m323704含氣量 %8.605凝結(jié)時間min初凝60終凝1056抗壓強度MPa1d水下成型12.5陸上成型13.4水陸比%933d水下成型20.2陸上成型22.5水陸比%907d水下成型24.8陸上成型27.6水陸比%9028d水下成型34.8陸上成型37.8水陸比%926、結(jié)語早強型珊瑚砂混凝土的各項性能表明，本試驗優(yōu)選出的珊瑚砂混凝土配合比滿足水工混凝土施工規(guī)范的技術(shù)要求，可以進行工程應用。各種混凝土配合比的設(shè)計方法都有自己的針對性和側(cè)重點，沒有一種混凝土配合比設(shè)計方法對所有的混凝土都適用，應根據(jù)工程需要選擇合適的配