_水下不分散混凝土施工技術 1.概述 眾所周知，水泥雖然是水硬性材料，但若將混凝土拌合物直接傾倒于水中，當其在水中下落時，由于水的沖洗作用，骨料將與水泥分離，部分被水帶走，部分長期處于懸浮狀態(tài)。當水泥下沉時，已呈凝固狀態(tài)，失去膠結骨料的能力。這樣在水中直接澆筑的混凝土拌合物一般分為一層砂、礫石骨料，一層薄而強度很低的水泥絮凝體或水泥渣，不能滿足工程要求。因此，水下混凝土過去都要求在與環(huán)境水隔離的條件下澆筑，而且澆筑過程不能中斷，以減少水的不利影響，在其硬化后還要清除一定數(shù)量的強度不符合要求的混凝土。傳統(tǒng)的水下混凝土施工方法通常有兩類：一類是先圍堰后排水，混凝土的施工與陸地相同，存在先期工程量大、工程造價高、工期長等缺點；另一類是利用專用施工機具把混凝土和環(huán)境水隔開，將混凝土拌合物直接送至水下工程部位，主要有導管法、預填骨料灌漿法、模袋法、開底容器法等。這些施工方法使混凝土拌合物容易受到水的沖刷造成材料嚴重離析，水泥流失，混凝土質(zhì)量下降，同時造成環(huán)境污染。按常規(guī)澆筑水下混凝土的關鍵是盡量隔斷混凝土與水的接觸，但這將使施工工藝變得復雜，工期變長，工程成本大大增加，況且也難以保證水中混凝土的質(zhì)量。隨著近海開發(fā)及大量水下結構工程的建設，尤其是在海洋深水區(qū)的開發(fā)利用，對混凝土水下澆筑、施工的質(zhì)量要求越來越高。因此，對傳統(tǒng)混凝土進行改性使之能克服上述缺陷，是十分必要的。在這一背景下，出現(xiàn)了水下不分散混凝土。水下不分散混凝土是原西德Sibo公司于1974年研制、1977年推廣的一項新的水下混凝土施工技術。1980年日本在引進西德專利技術的基礎上研制成功首例絮凝劑并開始推廣使用，我國則在1986年研制成功首例絮凝劑，1987年開始推廣應用以來，迄今為止，已經(jīng)開發(fā)出十余種具有一定水平的水下不分散劑產(chǎn)品，并在交通、水利水電、石油、核電站及民用建筑工程中獲得了廣泛的應用，如三峽右岸重件碼頭工程、大連港碼頭修復、湖北黃石長江大橋、武漢二橋、洛陽黃河橋、勝利油田、遼河油田、錢塘江大堤加固、長江取水工程、秦山核電站取水口、以及海軍的某些工程等，這些工程都因水下不分散混凝土的使用創(chuàng)出了質(zhì)量好、速度快、造價低的經(jīng)濟效益。我國水下不分散混凝土技術日漸成熟, 已在實驗室配制出 90 天抗壓強度超過 100M Pa 的水下不分散混凝土。水下不分散混凝土是在普通混凝土中摻入以纖維素系列或丙烯系列水溶性高分子物質(zhì)為主要成分的絮凝劑，該外加劑的作用主要是使混凝土具有粘稠性，提高了新拌混凝土的粘聚力，從而抑制水下施工時水泥和骨料分散，保證混凝土在水中自由下落時抗離析、抗分散。水下不分散混凝土技術填補了普通混凝土水下施工的不足和缺陷，大大簡化了水中混凝土的施工工藝，促進了水中混凝土施工技術的發(fā)展。 2.水下不分散混凝土有著與傳統(tǒng)水下混凝土完全不同的特點。 2.1.新拌混凝土的性能 抗分散性。水下不分散混凝土由于保水性好，具有高抗分散性，即使在水中自由落下，也很少出現(xiàn)由于水洗作用而導致材料分離現(xiàn)象。由于抗分散性好， 水下不分散混凝土水下強度與陸上(空氣中)強度相比相差小，故可不排水施工。 拌和物在40深水中自由落下后的組分篩洗分析結果見表1。表1 普通混凝土和水下不分散混凝土的篩洗分析組 分拌合物配合比（%）40深水中落下后的配合比普通混凝土水下不分散混凝土水22.724.224.6水泥13.65.012.3細骨料26.027.122.9粗骨料37.643.740.2 由表1可看出，普通混凝土的水泥流失率在60%以上，而水下不分散混凝土水泥流失率僅為10.2%，說明水下不分散混凝土具有良好的抗分散性, 它能使混凝土在水中落下時保持其配合比基本不變, 在水下得到材料均勻的混凝土。 自流平性與填充性.水下不分散混凝土黏稠，富有塑性，即使它在水下水平流動的情況下，也可得到澆筑均勻的混凝土, 坍落度在20以上,，其黏稠性也很好。一般情況下，1h 內(nèi)還可保持流動能力，滿足施工要求。由于具有優(yōu)良的自流平性與填充性，故可在密布的鋼筋之間、骨架及模板的縫隙內(nèi)依靠自重填充。 保水性與整體性。由于水下不分散劑中的高分子長鏈在溶脹過程中能吸收大量的游離水，以及高分子的網(wǎng)絡中封閉了一部分自由水,，水下不分散混凝土很少出現(xiàn)泌水和浮漿現(xiàn)象。由于水下不分散混凝土不易離析，不但可提高施工的可易性和可泵性，還可提高混凝土與鋼筋的握裹強度和層間的粘結強度。安全性。由于水下不分散混凝土具有良好的抗水洗能力，因此水泥很少流失，不污染施工水域, 為環(huán)保型產(chǎn)品,。而且目前所生產(chǎn)出的絮凝劑經(jīng)生物安全檢驗為無毒產(chǎn)品，因此可用于一切水下工程。2. 2水下不分散混凝土的主要物理力學性能 水下不分散混凝土水中成型抗壓強度與水灰比的相關關系（如圖1所示）注：fw，28 水中成型28 d 抗壓強度(MPa) ；W/ C水灰比水下不分散混凝土的力學性能對水下不分散混凝土的性能進行檢驗，可知水下不分散混凝土有著優(yōu)良的力學性能及耐久性能(抗?jié)B性能)，如表2所示。表2 水下不分散混凝土的力學性能檢驗抗壓強度 MPa抗折強度 MPa抗?jié)B性能軸心抗壓強度 MPa劈裂抗拉強度 MPa容重kgm - 37d28d7d28d21.428.33.495.73S823.42.772326 注: W/ C = 0. 40，W = 180 kg/ m3 ，Sp = 40 % ，水中成型。3.水下不分散混凝土的主要施工方法3.1水下不分散混凝土按施工條件的不同，常用的方法有：導管法、泵送法、吊罐法、手推車澆筑法、溜槽澆筑法、自流灌漿法等。3.2水下不分散混凝土的施工方法簡介3.2.1導管法 a)適用范圍：可應用于各種水深的水下不分散混凝土施工，尤其適用于深水位混凝土的施工，為較大規(guī)模工程的首選方法，是最常用的施工方法之一。b)施工機具：由混凝土裝料漏斗及混凝土下流的導管組成，導管內(nèi)徑必須達到粗骨料最大粒徑的8倍，一般為2530。導管的形式常有：底蓋式、滑塞式、活門式。c)技術要點：剛開始澆筑混凝土時，混凝土必須與水分離，即在開始澆筑時，先將導管灌滿混凝土，而后再打開底蓋或讓滑塞滑出導管。避免管內(nèi)充水后，混凝土在水中落差增大，降低混凝土的質(zhì)量。在澆筑過程中，混凝土應連續(xù)不斷地供給裝料漏斗，使導管內(nèi)經(jīng)常充滿混凝土，以防止水流反竄。同時，最好將導管的下端插入已澆筑的混凝土中。在導管內(nèi)經(jīng)常充滿混凝土且能保證混凝土連續(xù)供應的情況下 ,可將導管下端從混凝土中拔出3050cm ,讓混凝土在水中自由落下。3.2.2泵送法泵送法可從陸地或海上采用混凝土泵直接泵送澆筑，與導管法施工基本相同。但由于水下不分散混凝土粘稠、富于塑性，致使泵送阻力增大，管內(nèi)壓力的損失為普通混凝土的24倍，故采用泵送法施工時對混凝土性能的要求較導管法施工時高。a)適用范圍：較適用于深、淺水域較大規(guī)模工程 ,尤其適用于較長運輸距離的工程。b)施工機具: 混凝土泵及輸送管c)技術要點: 由于水下不分散混凝土的泵送阻力較大，故在布管時應擴大管徑、減少彎頭、管路盡量平直，并采用摻混凝土泵送劑等措施降低混凝土泵送阻力；混凝土泵送開始前，先在輸送管內(nèi)塞入海綿球，而后泵送水下不分散砂漿，以使混凝土與輸送管內(nèi)的水隔開；混凝土的輸送管必須不透水且在澆筑過程中經(jīng)常充滿混凝土；當混凝土輸送中斷時，為防止水向輸送管反竄，應將輸送管的出口插入已澆筑的混凝土中；當澆筑面積較大時，可采用撓性軟管，由潛水員移動澆筑位置；泵送結束后，須立即清洗混凝土泵及攪拌機，清洗出來的混凝土注意不要污染水域。3.2.3吊罐法a)適用范圍：適用于一般小規(guī)模工程，可適用于所有配合比的混凝土，離析少，但運輸量必須滿足要求。b)施工機具：吊罐。吊罐宜采用圓錐形，也可采用方形。罐底開口宜用弧形門，以確?；炷聊茼樌鞒?。c)技術要點：澆筑混凝土時，利用吊機將吊罐輕輕沉放于水中，當?shù)豕薜纂x澆筑倉面一定距離后，打開底門，待混凝土排出后，將吊罐緩緩提離混凝土面。3.2.4其它澆筑方法a)用溜槽直接澆筑：適用于流動性大的混凝土，如果太干則難以澆筑。 b)用手推車直接澆筑: 適用于小規(guī)模工程，需要平穩(wěn)的手推車道，但由于水下不分散混凝土的粘性較大，卸車困難。c)利用混凝土攪拌船的輸送帶進行直接澆筑：常與手推車、吊罐法聯(lián)合使用,適用于干硬性混凝土的施工。 4.水下不分散混凝土質(zhì)量控制4.1嚴格控制水下不分散混凝土配合比。水下不分散混凝土最小水泥用量應為360/m，一般單位水泥用量宜大于400/m。粗骨料應采用連續(xù)級配，最大粒徑宜控制在40以下，如需泵送，粗骨料的最大粒徑應不超過25。砂率宜在36%46%范圍內(nèi)。絮凝劑應按施工方法和施工條件通過試驗確定其摻量，一般絮凝劑摻量占混凝土中水泥和膠結料質(zhì)量的1.5%3.0%水下不分散混凝土的流動性，在滿足施工要求的范圍內(nèi)，應盡量小一些，表3給出了幾種施工方法坍擴度推薦范圍：表3 水下不分散混凝土坍擴度推薦范圍施工條件坍擴度范圍（）水下滑道施工300400利用混凝土導管施工360450利用混凝土泵施工450550需極好流動性時550以上 4.2模板模板應選擇不易損壞、不易變形及腐蝕性小的材料，同時還要有必要的剛度、強度和耐久性，水下混凝土多采用鋼質(zhì)模板材料，模板應組裝嚴密，不得使水泥漿從接縫處漏失。4.3水下不分散混凝土澆筑前，應對基底浮泥進行挖除，最后用高壓水槍沖洗，務必在清淤后，使護基底干凈無雜物，無浮泥。4.4水下不分散混凝土在澆筑時，澆筑水域動水速度應小于3m/s。水中自由落差應不大于500。 4.5混凝土表面平整度的控制 由于混凝土的表面平整度澆筑點的分布和密度有很大關系，在施工過程中，根據(jù)混凝土的流動性來確定澆筑點的分布?；炷恋臐仓瓌t是寧高勿低，待混凝土表面沉實和自流平停止后，由潛水員利用鋼制壓板壓平。在澆筑完成后，用水下攝像機對倉面進行拍攝，水上監(jiān)控人員通過傳送上來的圖像檢查平倉的情況和是否出現(xiàn)漏澆現(xiàn)象。 5.結束語 5.1絮凝劑從根本上改變了混凝土的性質(zhì)，使水下不分散混凝土具有優(yōu)良的水下抗分散性、良好的自流平性及自密實性。 5.2與傳統(tǒng)水下普通混凝土施工技術相比，水下不分散混凝土施工新技術可簡化施工工藝、縮短工期、降低工程成本、確保工程質(zhì)量。 5.3水下不分散混凝土施工方法種類繁多，對施工機具的要求較低、施