水下不分散混凝土配合比设计

1、水下不分散混凝土配合比设计编制单位： 第五项目部 编 制 人： 刘德政 邵 亮 编制日期： 2007年11月25日 水下不分散混凝土配合比设计摘 要：本文以曹妃甸原油码头靠船墩、系缆墩水下封底混凝土为例，介绍了水下不分散混凝土配合比设计的过程。关键词：水下不分散混凝土；配合比设计1工程概况曹妃甸原油码头建设规模为新建30万吨级原油码头1座，兼顾15万吨和45万吨油轮靠泊作业。码头长度522m，采用蝶型布置，由一个工作平台、2个靠船墩和6个系缆墩组成。靠船墩和系缆墩设计将抗冰墩和码头墩台合为一体，采用半水下圆锥台结构，墩台底标高在设计低水位以下3.5m。为使靠船墩、系缆墩结构混凝土能够形成干施工

2、条件，采用了钢套箱结构并在结构混凝土下增设了2m封底混凝土。封底混凝土采用水下不分散混凝土，其作用为在水下浇筑凝结硬化后形成混凝土底板，抽水后与钢套箱一起作为挡水和模板结构，为结构混凝土提供干施工条件。曹妃甸原油码头地处外海，海况恶劣突风较多。水下不分散混凝土受风浪影响较大，所以除了添加必要的絮凝剂，在配合比设计时考虑到混凝土可能会产生裂缝和孔隙，同时为了让混凝土能够更快的凝结硬化、提高早期强度以抵御风浪影响和缩短工期，还需添加膨胀剂和调凝剂。2原材料情况2.1水泥：采用唐山冀东水泥厂生产的强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥。技术指标如下表（表一）：检验项目标准稠度(%)细度(%)凝结时间安

3、定性抗压强度(MPa)抗折强度(MPa) 初凝终凝3d28d3d28d检验结果28.40.92 h 28 min4 h30 min合格26.253.26.28.92.2细骨料：采用产自卢龙的河砂。该砂为区中砂，细度模数一般在2.42.8之间，其中含有部分卵石，10mm以上颗粒含量在20%25%之间，这部分卵石可以改善混凝土的流动性，提高混凝土的泵送性能。技术指标如下表（表二）：检验项目含泥量(%)泥块含量(%)表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)级配情况5.02.51.250.630.3150.16检验结果0.80.026501550615245683972.3粗骨料：采用产自丰润的碎

4、石。该碎石为级配良好的连续粒级，公称粒径为525mm，适用于泵送混凝土。技术指标如下表（表三）：检验项目含泥量(%)泥块含量(%)针片状含量(%)压碎指标值(%)级配情况2520161052.5检验结果0.20.067.323368981001002.4外加剂：在配合比的试拌过程中分别掺加了34种外加剂。分别为：中国石油集团工程技术研究院研制的UWB型絮凝剂、天津豹鸣集团有限公司生产的UEA型膨胀剂、天津市雍阳减水剂厂生产UNF-5AST型聚羧酸减水剂、山东宝源化工有限公司生产的调凝剂。UWB型絮凝剂能够赋予普通混凝土超强的抗分散性、适宜的流动性和施工性能；解决水下混凝土的抗分散性能，实现水下

5、混凝土的自流平和自密实。UWBII型絮凝剂掺量为水泥重量的1.53.0。技术指标如下表（表四）：检验项目含气量(%)泌水率比(%)凝结时间坍落度(mm )坍扩度(mm )7d水陆抗压强度比(%)初凝终凝检验结果3.00.018 h 21min21 h00min22045575掺加UEA型膨胀剂后混凝土中形成水化硫铝酸钙产生适度膨胀力，在结构中建立0.20.7MPa预压应力，可抵消混凝土硬化过程中形成的收缩力，因而减少干缩裂缝，提高抗裂和抗渗性能。UEA型膨胀剂掺量为水泥重量的814。技术指标如下表（表五）：检验项目细度(%)水中7d限制膨胀率(%)凝结时间氧化镁(%)碱含量(%)氯离子含量(%

6、)抗压强度(MPa)初凝终凝7d28d检验结果4.90.0293 h 05min4 h20min3.750.360.0228.248.8聚羧酸减水剂是一种新型的高效减水剂，它具有强度高和耐热性、耐久性好等性能。其特点是在高温下坍落度损失小，具有良好的流动性，降低水灰比提高混凝土强度，改善混凝土和易性和密实性。UNF-5AST型聚羧酸减水剂掺量为水泥重量的0.51.5。技术指标如下表（表六）：检验项目净浆流动度(mm)减水率(%)坍落度保留值(mm)硫酸钠含量(%)氯离子含量(%)对钢筋锈蚀作用抗压强度比(%)30min60min3d7d28d检验结果270302101800.020.01无16

7、4133127调凝剂是用于混凝土中的快速凝固早强剂。用于建筑砂浆与各种混凝土中，加快水泥的硬化速度，缩短凝结时间，特别在冬季施工中，避免低温下凝结速度过慢。脱模快使混凝土能够尽早提高强度投入使用。调凝剂掺量为水泥重量的0.51.5。3配合比设计与试拌结果3.1配合比设计：依据水下不分散混凝土施工技术规范设计。3.1.1配制强度：水下不分散混凝土的配制强度为R配= R设/t+1.645,本工程的水下不分散混凝土设计强度为C30，由于水下不分散混凝土在施工中有自由落差，所以t取值为0.7，取值为4.5。R配=50.2MPa。3.1.2坍落度与坍扩度：本工程的水下不分散混凝土施工是由混凝土搅拌船搅拌

8、后，通过混凝土输送泵浇筑到钢套箱内，考虑到混凝土的自流平性和自密实性，坍落度控制在180220mm，坍扩度控制在400500mm。3.1.3单位水泥用量：由于混凝土有自流平和自密实的要求，为了保证水下不分散混凝土的质量，单位水泥用量控制在400kg/m3以上。下表是7个经过初步设计的配合比（表七）：编号配合比水灰比水泥 用量砂石用水量絮凝剂膨胀剂调凝剂聚羧酸减水剂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配合比试拌结果：依据水下不分散混凝土试验规程进行。3.2.1试拌：按配合比比例称取原材料，称好后进行搅拌，搅拌结束后取样进行坍落度和坍扩度试验（本文中坍扩度值为t=30s）。3.2.2抗分散性：不分散混凝土的质量很大程度

10、上取决于混凝土的抗分散性和流动性。毋庸置疑，抗分散性是不分散混凝土的核心，其它的性能必须在此基础上进行。操作方法：将一容积约1500ml的容器放置在水箱内，向水箱内注水至50cm。拌制2kg水下不分散混凝土，从水面自由落下倒入水中的容器内，使之全部进入容器内，不得洒漏，静置5min。将容器从水中提起，排掉混凝土上面积留的水称其重量。重复进行上述操作3次，取其平均值精确到0.1%。流失量=(a-b)/(a-c)×100%（a：浸水前混凝土和容器的总重；b：浸水后混凝土和容器的总重；c：容器的重量。）以水泥流失量来评价水下不分散混凝土的抗分散性。但在实际应用中，特别在施工现场，一般采用经

11、验性判断。取一1000ml量筒，注满清水，将拌合好的混凝土取约200g左右的一块，从量筒口放入，如果量筒内水质仍能保持基本清澈，则认为抗分散能满足施工的要求。3.2.3成型：标养试件成型与普通混凝土相同，同条件试件成型步骤：将水下成型用的试模置于水箱中,将水(视环境水定)加至试模上限以上150mm处。用铁锹将混凝土拌合物从水面处向水中落下，浇入试模。投料应连续进行，投料量应超出试模表面，投料时间为0.5 min 1.0min。将试模从水中取出，静置5 min10.0min，使混凝土自流、自密。用木锤轻敲试模两侧以促进排水，然后将其放回水中。试件表面处理，超量浇注的混凝土在初凝前用抹刀抹平，两天

12、后拆模，在水中继续进行养护。在达到预定龄期时，将试件从水中取出，进行测试。3.2.4抗压强度：将试件置于压力试验机下压板的中心位置，使上压板与试件表面轻轻接触，开启试验机，控制加荷速度为每秒0.2N/mm20.3 N/mm2，均匀加荷不得冲击，直至试件破坏，记录试件破坏荷载值。抗压强度fn=P/A。下表为7个配合比试验结果（表八）：编号坍落度(mm)坍扩度(mm)抗分散性(%)抗压强度同条件3d标养3d标养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配合比的选取：从7个配合比的试验结果可以看出，PHB1的同条件早期强度偏低，抗分散性较差。PHB2 PHB5的坍扩度偏小，同条件早期强度