CN106866077A - 一种沉管接头注浆混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沉管接头注浆混凝土，包括重量百分比的以下组分：25‑50%混凝土掺合料、5‑20%惰性粉料、1~2%减水剂、0.2~0.5%抗分散剂、1~5%增稠剂、5‑8%膨胀剂、其他胶凝材料和水；其中，所有胶凝材料的总用量为450‑500kg/m3，水胶比0.34‑0.45；混凝土的部分性能如下：坍落扩展度为600‑700mm；水下不分散性：水泥流失量小于3.0%，悬浊物含量小于150mg/L，泌水率为零；所述的混凝土掺合料是指：粉煤灰、粒化高炉矿中的一种或几种；所述的惰性粉料是指：石灰石粉、煤矸石、沸石粉和石英细粉中的一种成分或几种成分。本发明的沉管接头注浆混凝土在海洋环境中，有较好的抵御海水冲刷的特性，能使构件孔隙填充饱满，避免空洞，在防止海水侵蚀等方面表现突出。

Description

一种沉管接头注浆混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于土木工程建设领域，涉及一种海洋工程水下管节小梁注浆材料，尤其涉及一种海工混凝土拌合物，适用于海水环境下狭小封闭空间注浆。该混凝土具有高流动、低分散、耐腐蚀、微膨胀的特性，在海水环境下施工应用反馈良好。
背景技术
目前国内已有沉管水下接头多处于淡水环境，注浆材料多采用砂浆或普通混凝土。在海洋环境下，注浆材料水下凝聚性差，易出现空洞孔隙，面临海水腐蚀，对结构保护性不够，也不能满足海水环境下狭小封闭空间注浆要求。
海洋环境中水流的状态，以及水体中各种离子的浓度均显著地不同于一般的淡水环境，对于混凝土凝固后需要抵御的恶劣水体环境提出了极高的要求，因此急需一种能够有效的解决海洋环境中各种海洋离子的腐蚀作用的专用混凝土。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中普通混凝土砂浆难以满足海洋水体复杂环境下应用的要求，存在的凝聚性差，易被海水腐蚀的不足，提供一种海水环境中使用的沉管接头小梁注浆混凝土拌合物，以满足深海环境下沉管接头小梁注浆饱满度、不分散、耐腐蚀、抗渗透、微膨胀的要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种沉管接头注浆混凝土，包括重量百分比的以下组分：25-50％混凝土掺合料、5-20％惰性粉料、1～2％减水剂、0.2～0.5％抗分散剂、1～5％增稠剂、5-8％膨胀剂、其他胶凝材料和水。
其中，所有胶凝材料的总用量为450-500kg/m3，水胶比0.34-0.45。
混凝土的(部分)性能如下：坍落扩展度为600-700mm，水下不分散性：水泥流失量小于3.0％，悬浊物含量小于150mg/L，泌水率为零。优选的，最好是悬浊物含量50-120mg/L。
所述的混凝土掺合料是指：粉煤灰、粒化高炉矿中的一种或几种。
所述的惰性粉料是指：石灰石粉、煤矸石、沸石粉、石英细粉等，可以是以上的一种成分或几种成分。
本发明的沉管接头注浆混凝土是发明人经过大量的试验研究发现的具有优良特性的适合水下应用的沉管接头注浆混凝土，具有良好的流动性、不分散性、耐腐蚀性和微膨胀性，满足海水环境中沉管接头注浆混凝土的各项性能要求，能够保证注浆混凝土的饱满度、密封性，起到良好的沉管接头保护作用，提高海洋水下工程的品质作用显著。本发明中其他胶凝材料是指硅酸盐水泥等常规胶凝材料；其中，所有胶凝材料的总量计算应该包括：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、其他凝胶材料(常规胶凝材料，如水泥等)等。粉煤灰含优质粉煤灰。优选的，所述其他凝胶材料是水泥，特别是硅酸盐水泥等。
本发明的注浆混凝土掺入适量的惰性粉料，提高了混凝土体积稳定性，使得混凝土在水下施工应用的过程中表现出良好的抗冲散能力。同时，还掺入适量膨胀剂，经过优化的膨胀剂应用，更好的保证了混凝土在凝固以后对于封闭环境产生微膨胀使结构更加密实，起到优秀的密实封闭结构作用，严格的防止水下工程结构的渗漏问题。
进一步，所述的沉管接头注浆混凝土是强度等级为C30-C50的混凝土。通过外加剂成分及掺量调整，平衡混凝土的流动性和抗分散性能，可以实现混凝土的各项特性的优化调整，使之强度等级满足工程需求，控制其特性更加的优化合理。
进一步，所述的沉管接头注浆混凝土的氯离子扩散系数小于4.5×10-12m2/s。特别是指28d或56d氯离子扩散系数。本发明的注浆混凝土具有良好的氯离子隔离性能，能够更好的应对海洋环境中水下氯离子浓度高，渗透作用强，对于水下工程的钢筋骨架结构提供更好的保护作用。最好是氯离子扩散系数小于3.5×10-12m2/s。本发明的氯离子扩散系数检测一般是指混凝土终凝后的28d或56d进行检测分析的结果，参考《混凝土氯离子扩散系数测定仪》(JG/T262-2009)进行相应的测试分析。
进一步，所述的沉管接头注浆混凝土抗水渗等级大于P12。本发明的沉管接头注浆混凝土具有良好的抗水渗透特性，能够的注浆施工后对相应的水下工程主体部分提供良好的保护作用。
进一步，所述的沉管接头注浆混凝土的膨胀率为0.01％～0.04％。本发明的注浆混凝土具有高流动度、低分散性、微膨胀、抗腐蚀、抗氯离子渗透性能优良的特点，是一种优秀的海工沉管接头注浆混凝土，配合最终接头工艺，混凝土能填充饱满、自防水安全稳定。
进一步，所述的减水剂是聚羧酸减水剂。聚羧酸减水剂具有用量少，效果好的优良特点，能够更好的减少水灰比，提高混凝土的强度和耐久性，特别优选应用聚羧酸高性能减水剂。
进一步，所述的减水剂、抗分散剂、增稠剂和膨胀剂是通过复配工艺混合在一起的复合添加剂。通过复配工艺混合好的复合添加剂具有分散均匀，应用方便，在注浆混凝土中具有良好的协同增强作用，能够更好的发挥出各组分对于水下应用的注浆混凝土的性能增强或促进作用。将几种添加剂混合在一起以后使用能够更好的发挥出添加剂的性能，提高混凝土的品质等级。
进一步，所述的沉管接头注浆混凝土的抗离析性能：浮浆百分比不大于15％。本发明的沉管接头注浆混凝土成分选择配合适宜，具有良好的协同增效作用，能够很好的控制混凝土在水下的离析量，保证混凝土能够在应用的过程中表现出实验过程中设计的能力水平。
进一步，所述的沉管接头注浆混凝土的pH值不小于12，能有效的对其内结构进行保护、抑制钢筋锈蚀。碱性混凝土主体材料能够更好的为钢筋在水下工作环境提供良好的保护，在混凝土的超低氯离子扩散系数的基础上，通过混凝土碱性pH在钢筋表面形成钝化保护层，提高了混凝土的寿命以及长期稳定性。
进一步，所述的膨胀剂是符合JC476—2001《混凝土膨胀剂》规定的膨胀剂。所述膨胀剂的碱含量≤0.75％。例如，可以选用硫铝酸盐膨胀剂。
本发明的沉管接头注浆混凝土施工中能有效抵御水的冲刷，减少胶材的流失，从而减少对施工水域的污染，是一种新型环保材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明的沉管接头注浆混凝土的坍落扩展度为600-700mm，在海洋环境中，能使构件孔隙填充饱满，避免空洞。
2.本发明的沉管接头注浆混凝土水下不分散性：水泥流失量小于3.0％，悬浊物含量小于150mg/L，泌水率为零，混凝土水下工作状态极其优秀，其在海洋环境中使用寿命长，能对构件形成有效的保护，作为一种海工新型注浆材料，在防止海水侵蚀(抗氯离子、抗水渗等)，较普通材料比，性价比更高。
3.本发明的沉管接头注浆混凝土水下硬化后能产生0.01％～0.04％的膨胀效果，保证混凝土与注浆构件的紧密连接。
4、本发明的沉管接头注浆混凝土原料中选用了大量的工业废料，不但实现了混凝土水下凝聚性强，有较好的抵御海水冲刷的特性，而且浆体流失量少，是一种优秀的环保型绿色工程材料。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比一般为重量百分比。
实施例1
沉管接头注浆混凝土，由以下重量百分比的成分组成：沉管接头注浆混凝土，由以下重量百分比的成分组成：200kg硅酸盐水泥、100kg粉煤灰、75kg粒化高炉矿、20kg石灰石粉、20kg煤矸石、10kg沸石粉、40kg膨胀剂、1.5kg抗分散剂、2kg增稠剂、156kg饮用水、5.0kg聚羧酸高性能减水剂、天然砂760kg、碎石980kg，先将砂石混合均匀，投入粉料后加水搅拌3分钟，即可得注浆用混凝土，其部分性能如下：坍落扩展度为680mm，7d抗压强度45.9MPa、28d抗压强度62.8MPa，28d抗氯离子扩散系数2.8×10-12m2/s，水下不分散性：水泥流失量2.0％，悬浊物含量60mg/L，泌水率为零。
实施例2-6
本实施例的沉管接头注浆混凝土与实施例1提供的混凝土相类似，其原料成分的应用比例以及部分测试性能结果如下表所示。
表1实施例2-6的混凝土成分配比以及部分性能测试结果(单位：kg)
实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
硅酸盐水泥 260 200 200 190 150
粉煤灰 30 130 70 100 130
粒化高炉矿 75 80 100 140 120
石灰石粉 50 20 40 0 0
煤矸石 0 30 0 0 25
沸石粉 0 0 10 50 25
石英细粉 0 0 10 10 0
减水剂 5 5 4 6 5
抗分散剂 2.0 1.9 0.2 0.5 0.3
增稠剂 2 2 2 1 5
膨胀剂 50 40 40 25 30
用水量 160 150 165 140 130
坍落扩展度 600mm 580mm 700mm 620mm 540mm
水泥流失量 3.0％ 2.3％ 4.0％ 3.5％ 1.0％
悬浊物含量 80mg/L 67mg/L 120mg/L 90mg/L 43mg/L
28d氯离子扩散系数
28d抗压强度 60.9MPa 62.6MPa 56.8MPa 58.3MPa 66.2MPa
由以上表1的数据可以看出，当混凝土的应用中包含的各种成分比例控制在：25-50％混凝土掺合料、5-20％惰性粉料、1～2％减水剂、0.2～0.5％抗分散剂、1～5％增稠剂、5-8％膨胀剂、胶凝材料和水、其中胶凝材料的用量为450-500kg/m3、水胶比0.34-0.45范围内的时候，注浆混凝土的性能良好，能够具有较高的抗分散性能和耐久性能，同时其适度的微膨胀特性，能满足深海环境下沉管接头小梁注浆饱满度、不分散、耐腐蚀、抗渗透、微膨胀的要求
实施例7-11
本实施例的沉管接头注浆混凝土与实施例1提供的混凝土相类似，配置混凝土的过程如下：将砂石粉料干混均匀，然后加入三分之一水和外加剂适度拌合，再然后加入剩余的水量，拌合2min，得到匀质的混凝土，其原料成分的应用比例以及部分测试性能结果如下表所示。
表2实施例7-11的混凝土成分配比以及部分性能测试结果
实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11
硅酸盐水泥 120 160 250 300 200
粉煤灰 160 120 130 20 100
粒化高炉矿 40 50 130 150 100
石灰石粉 0 0 100 0 0
煤矸石 10 100 0 30 60
沸石粉 0 0 0 10 0
石英细粉 30 20 0 0 0
减水剂 8 5 2 7 5
抗分散剂 3 2 1 5 2
增稠剂 4 3 2 3 6
膨胀剂 20 50 100 0 40
用水量 160 150 167 140 150
坍落扩展度 660mm 570mm 660mm 700mm 690mm
水泥流失量 2.7％ 2.9％ 3.7％ 1.7％ 2.5％
悬浊物含量 53mg/L 56mg/L 110mg/L 70mg/L 30mg/L
28d氯离子扩散系数
28d抗压强度 50.9MPa 67.6MPa 72.8MPa 66.3MPa 63.2MPa
由以上表2的数据可以看出，当混凝土的应用中包含的各种成分比例控制在：25-50％混凝土掺合料、5-20％惰性粉料、1～2％减水剂、0.2～0.5％抗分散剂、1～5％增稠剂、5-8％膨胀剂、胶凝材料和水、其中胶凝材料的用量为450-500kg/m3、水胶比0.34-0.45范围内的时候，注浆混凝土的性能良好，能够具有较高的抗分散性能和耐久性能，同时其适度的微膨胀特性，能满足深海环境下沉管接头小梁注浆饱满度、不分散、耐腐蚀、抗渗透、微膨胀的要求
对比例1-4
对比例1-4的沉管接头注浆混凝土与实施例7-11提供的混凝土制备过程相似，配置混凝土的过程如下：将砂石粉料干混均匀，然后加入三分之一水和外加剂适度拌合，再然后加入剩余的水量，拌合2min，得到匀质的混凝土，其原料成分的应用比例以及部分测试性能结果如下表所示。
表3对比例1-4的混凝土成分配比以及部分性能测试结果
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
硅酸盐水泥 170 180 160 310
粉煤灰 160 90 0 0
粒化高炉矿 0 0 130 80
石灰石粉 0 0 50 0
煤矸石 30 0 0 10
沸石粉 0 45 0 10
石英细粉 10 0 0 10
减水剂 6 7 5 7
抗分散剂 2 2 3 4
增稠剂 3 3 4 3
膨胀剂 30 40 50 10
用水量 170 150 170 165
坍落扩展度 620mm 660mm 680mm 550mm
水泥流失量 3.7％ 3.5％ 3.1％ 3.8％
悬浊物含量 190mg/L 160mg/L 110mg/L 70mg/L
28d氯离子扩散系数
28d抗压强度 51.1MPa 48.9MPa 50.8MPa 53.9MPa
由以上表的数据可以看出，对比例1-4制备的沉管接头注浆混凝土应用的混凝土掺合料、惰性粉料、胶凝材料和水比例变化的时候，混凝土的综合性能出现了大幅度的降低，难以满足本发明预期的沉管接头注浆混凝土的使用性能要求。可见，本发明的沉管注浆混凝土具有良好的流动性、水下不分散性、抗侵蚀性能等，与混凝土的成分配合比例有着重要的关系，并不是任意选择调整混凝土的配方成分即可实现预期的效果的。如果采用对比例1-4所述的混凝土将难以满足沉管接头施工中要求，特别是对于异形狭小封闭结构及较深水下使用的特殊情况。对于海水冲刷、海水中氯离子的腐蚀渗透等方面均不能达到工程要求的级别，不能适用于本发明的工况。

Claims (10)

1.一种沉管接头注浆混凝土，包括重量百分比的以下组分：25-50%混凝土掺合料、5-20%惰性粉料、1~2%减水剂、0.2~0.5%抗分散剂、1~5%增稠剂、5-8%膨胀剂、其他胶凝材料和水；
其中，所有胶凝材料的总用量为450-500kg/m3，水胶比0.34-0.45；
混凝土的性能如下：
坍落扩展度为600-700mm；
水下不分散性：水泥流失量小于3.0%，悬浊物含量小于150mg/L，泌水率为零；
所述的混凝土掺合料是指：粉煤灰、粒化高炉矿中的一种或几种；
所述的惰性粉料是指：石灰石粉、煤矸石、沸石粉和石英细粉中的一种成分或几种成分。
2.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的沉管接头注浆混凝土是强度等级为C30-C50的混凝土。
3.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的沉管接头注浆混凝土的氯离子扩散系数小于4.5×10-12m2/s。
4.如权利要求3所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，氯离子扩散系数小于3.5×10-12m2/s。
5.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的沉管接头注浆混凝土抗水渗等级大于P12。
6.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的沉管接头注浆混凝土的膨胀率为0.01%~0.04%。
7.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的减水剂是聚羧酸减水剂。
8.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的减水剂、抗分散剂、增稠剂和膨胀剂是通过复配工艺混合在一起的复合添加剂。
9.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的沉管接头注浆混凝土的抗离析性能：浮浆百分比不大于15%。
10.如权利要求1所述沉管接头注浆混凝土，其特征在于，所述的沉管接头注浆混凝土的pH值不小于12。
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