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水下不分散混凝土具有良好的抗水洗能力,对施工水域不会造成污染,被国内外学者称之为“全新的、理想的、划时代的混凝土”或新一代水下工程材料。随着我国经济的发展要求和国防安全战略需要,深海深水区基建工程成为常态化,对水下混凝土的需求量呈幂指数增加,对其性能要求越来越高。传统水下不分散混凝土抗分散剂不能完全满足工程需求;再加上优质砂石资源匮乏,就地取材中砂石含泥量高,抗分散剂与其不适应,给水下混凝土的施工、强度和耐久性带来系列隐患。为解决此问题,本文首先利用正交实验方法,通过系列实验合成了一种低吸附抗泥型聚羧酸减水剂,并分析了酸醚比、温度、链转移剂用量、引发剂用量、磷酸酯类抗泥单体用量等因素对合成减水剂的影响规律。并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)技术研究了合成减水剂的结构表征和抗粘土机理。在此基础上为进一步弥补砂石含泥量高缺陷选用硫铝酸盐水泥,根据其特点,重点开发一种有效的缓凝剂,在不降低其强度的基础上调控硫铝酸盐水泥的快凝,并解决缓凝剂、絮凝剂和减水剂的相容性问题,并通过分析其对水泥净浆流动性和经时损失、凝结时间、抗压强度和水泥砂浆p H值、悬浊物含量、浊度、水陆强度比,确定缓凝剂、絮凝剂、减水剂的种类及最佳掺量。并基于因子设计法优化和预测水下不分散混凝土的抗分散性能,确保水下不分散混凝土具有较高的和易性和工作性。得到主要结论如下:(1)以丙烯酸、异戊烯醇聚氧乙烯醚为主要反应原料,合成一种低吸附抗泥型聚羧酸减水剂(KN-PC)。最佳合成条件为酸醚比为4.2,温度为43℃,链转移剂、引发剂、丙烯酰胺、磷酸酯类抗泥单体的用量分别为0.45%、1.6%、0.7 mol、1 mol,A溶液的滴加时间为2 h。利用FTIR、XRD、有机碳吸附仪(TOC)研究了KN-PC的结构表征和抗粘土机理,与普通聚羧酸减水剂相比,合成的低吸附抗泥型聚羧酸减水剂对蒙脱土敏感性较低,与蒙脱土作用后的层间未出现低吸附抗泥型减水剂的特征官能团,层间距为1.50 nm,低吸附抗泥型减水剂在蒙脱土上的吸附量远小于普通减水剂(PC)的吸附量。(2)在水泥净浆试验中,KN-PC和PC的临界掺量分别为1.4%和1.6%,减水剂掺量小于临界掺量,随着减水剂掺量的增加,硫铝酸盐水泥净浆流动度增大,减水剂掺量大于临界掺量,硫铝酸盐水泥净浆流动度基本保持不变。掺加KN-PC硫铝酸盐水泥的流动度的经时损失小于PC。由对硫铝酸盐水泥的凝结时间和抗压强度分析得,与葡萄糖酸钠(PT)相比,ZC(自主合成)缓凝剂对硫铝酸盐水泥有较好的缓凝效果,增大初凝时间和终凝时间,ZC缓凝剂与KN-PC复掺对硫铝酸盐水泥的抗压强度的影响较小。絮凝剂的加入增强硫铝酸盐水泥的抗分散性,实验结果分析可得,当减水剂为KN-PC,掺量为1.4%,絮凝剂为羟丙基甲基纤维素(AWA),掺量为0.8%,ZC缓凝剂掺量为0.07%,硫铝酸盐水泥的抗分散性能最优。在现有絮凝剂作用机理研究基础上,并根据实验,提出抗分散剂的两种作用机理,可分为吸附-桥键-分散作用和表面活性-桥架-分散作用。(3)采用因子设计方法对水下不分散混凝土的流动性、抗冲刷性和水陆抗压强度比进行建模和计算,可减少试验组数。并对模型进行误差分析,结果表明建立的模型误差在可接受范围内,可以有效地预测在试验因素范围内设计的新型混合物的性能随混合成分变化的变化,该模型可作为优化水下不分散混凝土的测试的有效方法。水下不分散混凝土具有较好性能的最佳条件为KN-PC用量为1.468%,AWA用量为0.858%,W/B为0.388时。在此条件下水下不分散混凝土对应的流动度为183.994 mm,抗分散性测试中悬浮物含量为113.185 mg/L,水陆强度比为77.442%。