本發(fā)明涉及混凝土領(lǐng)域，特別涉及一種水下不分散混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

人類社會在不斷發(fā)展進(jìn)步，特別是進(jìn)入20世紀(jì)中后期，發(fā)展日趨迅速。伴隨著人類社會發(fā)展進(jìn)步而來的是日益嚴(yán)重的礦產(chǎn)能源與空間資源短缺問題，人類轉(zhuǎn)向江河湖泊和近海開發(fā)利用水下空間和礦產(chǎn)資源。水下工程因其周圍環(huán)境復(fù)雜而要求建筑材料具有更高的質(zhì)量和性能。水下工程中應(yīng)用最多和最主要的一種建筑材料依然是混凝土，混凝土的性能則直接關(guān)系到水下工程的質(zhì)量和使用壽命，因此工程技術(shù)界越來越重視水下澆筑混凝土的性能研究。

普通混凝土用于澆筑水下工程時，如果與水直接接觸，水的沖刷會使水泥漿與骨料分離，造成部分水泥漿流失，剩余水泥漿中的水泥長時間地在水中處于懸浮狀態(tài)，當(dāng)這些水泥下沉?xí)r已經(jīng)凝固，失去了與骨料膠結(jié)的能力，普通混凝土在水中直接澆筑時就會分成一層骨料和一層硬化的水泥漿兩部分，這樣的混凝土不符合水下工程技術(shù)要求。

為解決上述問題，人們主要從施工方法上進(jìn)行了改進(jìn)，減少或杜絕混凝土拌合物與水的接觸，從而避免水的影響；傳統(tǒng)的混凝土水下施工常用的方法有導(dǎo)管法、開底容器法等，但是上述方法存在著造價高、工期長、施工設(shè)備復(fù)雜、施工技術(shù)要求高、工程質(zhì)量難以保證、易污染環(huán)境等缺點。

所以僅從施工工藝上避免水對水下混凝土的影響，已經(jīng)不能滿足對于混凝土水下施工的需求，對水下混凝土材料自身性能的研究改善十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種水下不分散混凝土，使得混凝土自身具有在水下澆筑過程中可以直接與環(huán)境水接觸，并且混凝土拌合物各組分具有較好的抗分散能力。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：一種水下不分散混凝土，按重量份數(shù)計，包括砂590-630份，石840-900份，水泥320-370份，粉煤灰30-45份，水130-170份，絮凝劑5-7份，早強劑15-22份，輔劑20-35份。

通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明中各個組分的配比使得本發(fā)明具有較好的性能，在此配比下，添加絮凝劑，絮凝劑可以增加混凝土拌合物的粘度，并且極大地改變了混凝土拌合物粗分散體系中顆粒的表面電位，使多相粗分散體系凝聚成穩(wěn)定的絮凝體；此外，由于絮凝劑聚合物具有高分子化合物長鏈結(jié)構(gòu),通過長碳鏈上的一些活官能團可以吸附在分散體系的水泥顆粒上，它在水泥顆粒之間起到了縱橫交叉的架橋聯(lián)系作用,把許多顆粒聯(lián)系在一起,形成穩(wěn)定的絮團結(jié)構(gòu)；絮凝劑的長分子鏈之間互相吸引,并且隨分子鏈間距的縮短使吸引力增大,許多長鏈互相纏結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),把水泥和抗分散劑包裹起來不易受到外界水分子的沖洗而分散，使得本發(fā)明可以直接與水環(huán)境接觸，并且具有較好的抗分散能力；并且在本發(fā)明的配比情況下，加入粉煤灰，可以將水泥顆粒分開，使得水泥漿更充分地潤滑骨料，具有較好的流動性以及自密實性；此外，早強劑以及輔劑的加入，促進(jìn)了水泥的前期的水化反應(yīng)，有助于保證本發(fā)明的早期強度，還可以提高本發(fā)明的抗凍性。

較佳的，早強劑包括氯化鈉和三乙醇胺，其中氯化鈉11-15份，三乙醇胺4-7份。

通過采用上述技術(shù)方案，氯化鈉中氯離子以及鈉離子的存在，由于鹽效應(yīng)，可以能使熟料礦物的溶解度增大，利于沉淀析出和晶核生成與成長；三乙醇胺是一種表面活性劑，摻入水泥混凝土中，在水泥水化過程中起到催化劑作用，加快c3a的水化和鈣礬石的形成，其與氯化鈉復(fù)合使用，可以進(jìn)一步提高早強效果；此外，氯化鈉可以降低冰點，進(jìn)一步提高本水下不分散混凝土的抗凍性。

較佳的，輔劑包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉以及納米硅粉，其中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉10-20份，納米硅粉10-15份。

通過采用上述技術(shù)方案，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉是一種表面活性劑，可以與氯化鈉共同作用，在體系內(nèi)形成一種粘彈性膠體，進(jìn)一步提高體系的粘度，有助于進(jìn)一步提高本發(fā)明的抗水泥能力，并且由于本發(fā)明的其他物料配比較合理，所以添加脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉后，仍可以保證水下不分散混凝土的流動性以及抗分散性；由于早強劑的加入，水下不分散混凝土的后期強度會具有降低的趨勢，納米硅粉的加入，由于納米硅粉內(nèi)具有較多高活性物質(zhì)以及羥基，在堿性環(huán)境下與水接觸，會大量吸附鈣離子，使得氫氧化鈣晶體不易形成；此外，納米硅粉與鈣離子反應(yīng)后，容易反應(yīng)生成c-s-h凝膠，c-s-h凝膠具有“吸附效應(yīng)”，進(jìn)而細(xì)化氫氧化鈣顆粒，使得氫氧化鈣顆?？梢赃M(jìn)入粘彈性凝膠以及c-s-h凝膠的表面，或者粘彈性凝膠以及c-s-h凝膠層之間，抑制了大顆粒氫氧化鈣的形成，還有效抑制堿-骨料反應(yīng)，促進(jìn)水泥水化的反應(yīng)，從而使得水泥強度增加，進(jìn)而有助于保證混凝土的后期強度；此外，納米硅粉的平均粒徑較小，具有優(yōu)異的填充效應(yīng)，納米硅粉可以填充到水泥的水化產(chǎn)物中，提高了混凝土的密實度，有助于提高抗凍性以及抗?jié)B性。

較佳的，所述石選用7-18mm連續(xù)級配。

通過采用上述技術(shù)方案，在此級配范圍內(nèi)，可以在保證混凝土強度以及流動性的情況下，提高混凝土的密實度。

較佳的，所述絮凝劑為羧甲基纖維素。

通過采用上述技術(shù)方案，羧甲基纖維素是一種陰離子表面活性劑，并且其側(cè)鏈較長，水泥顆粒接觸的幾率較大；同時，羧甲基纖維素的溶解速度較大，羧甲基纖維素可以與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成無定型化和物，提高抗分散性的程度較明顯；但是羧甲基纖維素會延緩水泥水化，降低混凝土的早期強度，早強劑的加入恰好可以彌補其早期強度的損失，有效地提高了水下不分散混泥土的早期強度。

本發(fā)明的另一目的是提供一種水下不分散混凝土，使得混凝土自身具有在水下澆筑過程中可以直接與環(huán)境水接觸，并且混凝土拌合物各組分具有較好的抗分散能力。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)：一種水下不分散混凝土的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將砂、石加入攪拌釜內(nèi)預(yù)拌30s；

步驟2：將水泥、絮凝劑、三乙醇胺以及3/4的氯化鈉加入新的

攪拌器內(nèi)進(jìn)行攪拌，混合均勻后倒入步驟1的拌合物內(nèi)，并同時加入3/4的水以及納米硅粉，攪拌1min；

步驟3：將脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、粉煤灰、以及剩余1/4的氯化鈉混合均勻后加入到步驟2的拌合物內(nèi)，攪拌30s。

通過采用上述技術(shù)方案，先將砂、石混合攪拌均勻后，再加入水泥、絮凝劑、三乙醇胺以及3/4的氯化鈉，這樣在水泥水化時，可以將砂和石均勻的包裹住，有助于提高混凝土的抗分散性，并且三乙醇胺以及3/4氯化鈉的加入，有助于保證混凝土拌合物的抗分散性，并且提高混凝土的早期強度，在步驟2中水分加了總水量的3/4，有助于水泥的水化反應(yīng)，并且保證混凝土拌合物的流動性，在此步中，加入納米硅粉，可以充分與水泥水化的產(chǎn)物接觸，有助于納米硅粉發(fā)揮填充作用，提高混泥土的密實度，并且提高混凝土拌合物后期的強度；步驟3才將脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入步驟2的拌合物內(nèi)，并配合氯化鈉，進(jìn)一步提高混凝土拌合物的粘聚性，由于此時粘聚性增加，與此同時加入粉煤灰，可以使得水泥分散，保證混凝土拌合物的流動性和密實性，通過上述步驟制造的水下不分散混凝土具有良好的抗分散性，并且保證了早期強度和后期強度，具有良好的流動性以及密實性。

綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：1、抗分散劑的加入，配合各個物料的配比，使得水下不分散混凝土具有良好的水下抗分散性能，同時，早強劑以及納米硅粉的加入，提高了水下不分散混凝土的早期強度，保證了后期強度，此外，還提高了水下不分散混凝土的密實度，保證了流動性；2、早強劑的加入，還提高了體系的抗凍性，配合輔劑中的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，進(jìn)一步提高了體系的粘聚性；3、利用本發(fā)明制備的水下不分散混凝土，抗分散性良好，密實度高，并具有優(yōu)良的抗凍性。

具體實施方式

實施例1至實施例6：具體選料如下：水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5，自唐山冀東三友公司購得；河北遵化河沙，細(xì)度模數(shù)2.6；河北唐山7-18mm連續(xù)級配碎石。

絮凝劑為羧甲基纖維素，選自任丘誠億化工；早強劑包括氯化鈉和三乙醇胺，其中三乙醇胺選自石家莊市海森化工有限公司，氯化鈉選自北京慶凱華豐科技開發(fā)有限公司；輔劑包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉以及納米硅粉，其中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉選自鄭州盛泰化工有限公司。

選用的納米硅粉從市場購得，主要技術(shù)指標(biāo)包括：比表面積為640±50，粒徑為10±5nm，表面羥基48％。

表1：為實施例1至實施例6中水下不分散混凝土的各個組分用量，按重量份。

實施例1至實施例6的混凝土制備過程包括以下步驟：

步驟1：按表1稱量各組分，將稱量結(jié)束的砂、石加入攪拌釜內(nèi)預(yù)拌30s；

步驟2：將水泥、絮凝劑、三乙醇胺以及3/4的氯化鈉加入新的攪拌器內(nèi)進(jìn)行攪拌，混合均勻后倒入步驟1的拌合物內(nèi)，并同時加入3/4的水以及納米硅粉，攪拌1min；

步驟3：將脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、粉煤灰、以及剩余1/4的氯化鈉混合均勻后加入到步驟3的拌合物內(nèi)，攪拌30s。

制備結(jié)束后，需要對新拌水下不分散混凝土性能進(jìn)行研究，水下不分散混凝土的評價指標(biāo)主要包括抗分散性和流動性，優(yōu)良的抗分散性可以保證水下不分散混凝土在水中澆筑時抵抗水的沖洗作用；良好的流動性則可以保證水下不分散混凝土在振搗不便的情況下達(dá)到自密實、自流平的效果。

其中新拌水下不分散混凝土的抗分散性指標(biāo)包括：水泥流失量和ph值；本試驗參照規(guī)范dl/t5117―2000主要測試了新拌水下不分散混凝土的水泥流失量和混凝土溶液ph值，測試結(jié)果記錄在表2中。

水下不分散混凝土流動性試驗主要包括坍落度和擴展度試驗、擴展度試驗，本試驗參照規(guī)范dl/t5117―2000測試了水下不分散混凝土的坍落度和擴展度來評定其流動性，測試結(jié)果記錄在表2中。表2，新拌水下不分散混凝土的性能記錄表。

從表2可以看出，實施例1至實施例6中各組新拌不分散混凝土的水泥流失量均滿足規(guī)范dl/t5117―2000中對水泥流失量要求小于1.5％的規(guī)定；ph值均滿足規(guī)范dl/t5117―2000中對ph值要求小于12的規(guī)定，本發(fā)明中的水下不分散混泥土具有良好的分散性。

對于流動性：從表1中數(shù)據(jù)還可以看出，在0h時各組水下不分散混凝土的坍落度均能大于200mm，每組的擴展度能大于400mm，可以滿足自流平、自密實效果。在0h至2h的時間內(nèi)，各組水下不分散混凝土的坍落度和擴展度并未減小，無經(jīng)時損失,具有良好的流動性，可以滿足流動性的要求。

同時對水下不分散混泥土的力學(xué)性能進(jìn)行測定，力學(xué)性能的測試包括試件的制備、試件的養(yǎng)護以及測定，具體步驟如下：

試件的制備：水下不分散混凝土的水下成型方法參照規(guī)范dl/t5117―2000中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，步驟如下：(1)將混凝土試模放置于水箱中，然后向水箱中加入自來水至水面沒過試模頂面150mm；(2)將新拌合好的水下不分散混凝土從水面開始傾倒，使其自行落入水中試模，混凝土應(yīng)超出試模表面，澆筑過程連續(xù)，單個試件的澆筑時間應(yīng)控制在30～60s之間；(3)取出試模，靜置5～10min，使水下不分散混凝土自流平、自密實；(4)用橡皮錘輕敲試模兩個側(cè)面，以促進(jìn)排水，然后將試件表面抹平，將試模放回水中靜置兩天后拆模、編號。

在本試驗中水下澆筑成型試件時在試模上倒置安放一坍落度筒，坍落度筒作為導(dǎo)管和漏斗，模仿實際工程中的導(dǎo)管法施工。在澆筑陸上成型的試件時，需把試模放置于空氣中，其他步驟與水下成型試件的成型步驟相同，陸上試件澆筑成型后，用塑料薄膜覆蓋表面防止混凝土的水分蒸發(fā)，然后將試件放置在(20±5)℃環(huán)境中靜置兩天后拆模、編號。

試件的養(yǎng)護：陸上和淡水中成型的試件在編號完畢后需放在(20±2)℃、95％以上濕度的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室或不流動的(20±2)℃的飽和氫氧化鈣溶液里養(yǎng)護；試件養(yǎng)護到測試齡期后，取出擦干進(jìn)行相應(yīng)的性能測試試驗。

力學(xué)性能的測定：水下不分散混泥土的力學(xué)性能試驗參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(gb/t50081-2002)中的規(guī)定進(jìn)行，力學(xué)性能的試件選用100mmx100mmx100mm的試模成型立方體試塊，分別測得陸地和水中混凝土在7天和28天時的強度，結(jié)果記錄在表3中。

表3，實施例1至實施例6中水下不分散混凝土的7d以及28d時的強度記錄表。

從表3可以看出，同一配合比的水下不分散混凝土在水中成型的試件強度低于在陸上成型的試件強度，但是水下強度和陸上強度均較高，并且7d的強度最大達(dá)到了26.89mpa，水陸強度比達(dá)到了86％，總體處于77％-86％之間；28d時，水下強度和陸上強度也較高，并且水陸強度比均處于80％-90％之間，也說明了本發(fā)明中的水下不分散混凝土具有較好的抗分散性。

抗凍性能的測定：抗凍耐久性試驗，在電腦測控混凝土快速凍融試驗儀上進(jìn)行，動彈性模量是指在動負(fù)荷作用下物體應(yīng)力與應(yīng)變的比值，可用動彈性模量儀測定。動彈性模量測試儀是一種非破損性測試儀器，即在不破壞被測試件的情況下，通過振動方式測量出該物體的共振頻率，從而確定材料的質(zhì)量情況。本次試驗采用dt-12動彈性模量儀，用來測定不同凍融循環(huán)作用前后混凝土的動彈性模量。

本試驗按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(dl/t5150-2001)中的快凍法進(jìn)行，得出的數(shù)據(jù)記錄在表4中。

表4，實施例1至實施例6中水下不分散混凝土抗凍耐久性試驗結(jié)果：

在快凍法中，可以用耐久性系數(shù)df作為評價混凝土抗凍性的指標(biāo)，其計算公式如下，計算結(jié)果記錄在表4中：

df＝p*n/300

式中，df--混凝土的耐久性系數(shù)；

n--凍融循環(huán)次數(shù)；

p--經(jīng)n次凍融循環(huán)后的相對動彈性模量。

一般認(rèn)為df值小于0.4時混凝土的抗凍性不好；df值為0.4～0.6時抗凍性尚可；df值大于0.6時則認(rèn)為抗凍性好，由表4中可以看出實施例1和實施例2的混凝土耐久性系數(shù)在0.4～0.6之間，抗凍性尚可；實施例3至實施例6的耐久性系數(shù)大于0.6，抗凍性好。

由表4可以看出，實施例1至實施例6中，水下不分散混凝土的耐久性系數(shù)均大于0.6，抗凍性良好，并且凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到了250次。

下面介紹的為本發(fā)明的對比例。對比例1至對比例4中，按照各自的配比，并均按實施例6中的方法制備水下不分散混凝土，然后測定新拌水下不分散混凝土的性能以及水下不分散混凝土7d和28d的水下和陸上強度，并進(jìn)行記錄。

對比例1：

表5，對比例1中水下不分散混凝土配料組成表：

表6:對比例1中水下不分散混凝土各項性能的數(shù)據(jù)記錄表。

從表5和6可以看出，與實施例6相比，對比例1中未加入絮凝劑，相對于實施例6，新拌水下不分散混凝土的水泥流失率增幅較大，接近1.35％，ph也升至11.90，接近于12，抗分散性較差；耐久性系數(shù)有所降低，說明絮凝劑的加入不會降低于提高水下不分散混凝土的抗凍性，反而有助于提高抗凍性。

對比例2：

表7，對比例2中水下不分散混凝土配料組成表：

表8:對比例2中水下不分散混凝土各項性能的數(shù)據(jù)記錄表。

從表7和表8可以看出，與實施例6不同的是，對比例5中未加入早強劑，水下不分散混凝土的抗分散性有所下降，7d時的水中強度下降較多，水陸強度比也有所下降；但是28d時的強度降低相對較小，水陸強度比下降也較小，說明早強劑對水下不分散混凝土的早期強度影響較大，但是對后期的強度影響較??；耐久性系數(shù)降低較多，說明早強劑的加入有助于提高水下不分散混凝土的抗凍性。

對比例3：

表9，對比例3中水下不分散混凝土配料組成表：

表10:對比例3中水下不分散混凝土各項性能的數(shù)據(jù)記錄表。

從表9和表10可以看出，與實施例6不同的是，對比例3中未加入氯化鈉以及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，水下不分散混凝土的抗分散性降低較多，并且早期強度也降低較多，證明氯化鈉以及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉共同使用有利于水下不分散混凝土的早期強度以及抗分散性的提高；耐久性系數(shù)降低較多，說明氯化鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的加入有助于提高水下不分散混凝土的抗凍性。

對比例4：

表11，對比例4中水下不分散混凝土配料組成表：

表12:對比例4中水下不分散混凝土各項性能的數(shù)據(jù)記錄表。

從表11和表12可以看出，對比例4與實施例6不同的是，對比例4中未加入粉煤灰以及納米礦粉，水下不分散混凝土的流動性較差，后期強度也下降較多，說明粉煤灰以及納米硅粉有利于水下不分散混凝土流動性以及后期強度的提高；耐久性系數(shù)有所降低，但是降低的程度較低，說明納米硅粉的加入會對抗凍性產(chǎn)生影響，但是影響的程度較小。

本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護。