水下不分散混凝土配合比设计

.. 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：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
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。

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）：
2.2细骨料：采用产自卢龙的河砂。

该砂为Ⅱ区中砂，细度模数一般在2.4~2.8之间，其中含有部分卵，10mm以上颗粒含量在20%~25%之间，这部分卵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）：
2.3粗骨料：采用产自丰润的碎。

该碎为级配良好的连续粒级，公称粒径为
，适用于泵送混凝土。

技术指标如下表（表三）：
5~25mm
油集团工程技术研究院研制的UWB－Ⅱ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、宝源化工有限公司生产的调凝剂。

①UWB－Ⅱ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，实现水下混凝土的自流平和自密实。

UWB－II型絮凝剂掺量为水泥重量的1.5％～3.0％。

技术指标如下表（表
四）：
②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0.2～0.7MPa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8％～14％。

技术指标如下表（表五）：
③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0.5％～1.5％。

技术指标如下表（表六）：
④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0.5％～1.5％。

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》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+1.645σ,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，σ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后，通过混凝土输送泵浇筑到钢套箱，考虑到混凝土的自流平性和自密实性，坍落度控制在180~220mm，坍扩度控制在400~500mm。

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）：
3.2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。

操作法：将一容积约1500ml的容器放置在水箱，向水箱注水至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，使之全部进入容器，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：①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。

②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。

③将试模从水中取出，静置5 min~10.0min，使混凝土自流、自密。

④用木锤轻敲试模两侧以促进排水，然后将其放回水中。

⑤试件表面处理，超量浇注的混凝土在初凝前用抹刀抹平，两天后拆模，在水中继续进行养护。

⑥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/mm2~0.3 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）：
3.3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，同条件早期强度偏低；PHB6的试验结果较好，只是同条件早期强度偏低；PHB7的试验结果最好，坍落度、坍扩度、抗分散性和强度都符合水下不分散混凝土的要求，最终选取了PHB7做为施工配合比。

4结语
本工程共浇筑了水下不分散混凝土5774m3，在实际使用中混凝土的泵送效果良好，凝结硬化抽水后混凝土表面基本平整，没有一个钢套箱的封底混凝土出现开裂和透水现象，达到了预期效果，保证了墩台结构混凝土干法施工的顺利进行。