水下不分散混凝土施工技術(shù)

1、水下不分散混凝土施工技術(shù)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(dāng)其在 水中下落時(shí)，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(zhǎng)期處于懸 浮狀態(tài)。當(dāng)水泥下沉?xí)r，已呈凝固狀態(tài)，失去膠結(jié)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(qiáng)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(guò)去都要求在與環(huán)境水隔離的條件下澆筑， 而且 澆筑過(guò)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(qiáng)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

2、與陸地相同，存在先期工程量大、工程造價(jià)高、工期長(zhǎng)等缺點(diǎn)；另一類是利用專 用施工機(jī)具把混凝土和環(huán)境水隔開(kāi)， 將混凝土拌合物直接送至水下工程部位， 主要有導(dǎo) 管法、預(yù)填骨料灌漿法、模袋法、開(kāi)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(yán)重離析，水泥流失，混凝土質(zhì)量下降，同時(shí)造成環(huán)境污染。按常 規(guī)澆筑水下混凝土的關(guān)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(fù)雜， 工期變長(zhǎng)， 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(kāi)發(fā)及大 量水下結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)， 尤其是在海洋深水區(qū)的開(kāi)發(fā)利用， 對(duì)混凝土水下澆筑、 施工的 質(zhì)量要求越來(lái)越高。 因此，對(duì)傳統(tǒng)混凝土進(jìn)行改

3、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(xiàng)新的水 下混凝土施工技術(shù)。 1980 年日本在引進(jìn)西德專利技術(shù)的基礎(chǔ)上研制成功首例絮凝劑并 開(kāi)始推廣使用，我國(guó)則在 1986 年研制成功首例絮凝劑， 1987 年開(kāi)始推廣應(yīng)用以來(lái)，迄今為止，已經(jīng)開(kāi)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(yīng)用，如三峽右岸重件碼頭工程、 大連港碼頭修復(fù)、湖北黃石長(zhǎng)江大橋、武漢二橋、洛陽(yáng)黃河橋、勝利油田、遼河油田、 錢塘江大堤加固、長(zhǎng)江取水工

4、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(jià)低的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó) 水下不分散混凝土技術(shù)日漸成熟，已在實(shí)驗(yàn)室配制出 90天抗壓強(qiáng)度超過(guò)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(shí)水泥和骨料分散，保證混凝土在水中自由下落時(shí)抗 離析、抗分散。水下不分散混凝土技術(shù)填補(bǔ)了普通混凝土水下施工的不足和缺陷，大大 簡(jiǎn)化了水中混凝土的施工工藝，促進(jìn)了水中混凝土施工技術(shù)的發(fā)展。2水下

5、不分散混凝土有著與傳統(tǒng)水下混凝土完全不同的特點(diǎn)。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(dǎo)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(qiáng)度與陸上（空氣中）強(qiáng)度相比相差小，故可不排水施工。拌和物在40 cm深水中自由落下后的組分篩洗分析結(jié)果見(jiàn)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 cm深水中落下后的配合比普通混凝土水下不分散混凝土精品資料水22.724.224.6水泥13.65.012.3細(xì)骨料26.027.122.9粗骨料37.643.740.2由表1可看出，普通混凝

6、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(shuō)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(shí)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(dòng) 的情況下，也可得到澆筑均勻的混凝土 ，坍落度在20 cm以上，其黏稠性也很好。一般 情況下，1h內(nèi)還可保持流動(dòng)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(zhǎng)鏈在溶脹過(guò)程中能吸收大量的 游離水，以及高分子的網(wǎng)絡(luò)中封閉了一部分自由水，水

7、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(qiáng)度和層間的粘結(jié)強(qiáng)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(yàn)為無(wú)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(xué)性能水下不分散混凝土水中成型抗壓強(qiáng)度與水灰比的相關(guān)關(guān)系（如圖1所示）幾圉/MPa配制條件：列S.55水中成型注：fw,28 水中成型 28 d抗壓強(qiáng)度(MPa) ; W/ C 水灰比水下不分散混凝土的力學(xué)性能對(duì)水下不分散混凝土的性能進(jìn)行檢

8、驗(yàn)，可知水下不分散混凝土有著優(yōu)良的力學(xué)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(xué)性能檢驗(yàn)抗壓強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)度MPa抗?jié)B性能軸心抗壓強(qiáng)度MPa劈裂抗拉強(qiáng)度MPa容重kg m-37d28d7d28d21.428.33.495.73>S823.42.772326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(dǎo)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(jiǎn)介321導(dǎo)管法a）適用范圍：可應(yīng)用

9、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(jī)具：由混凝土裝料漏斗及混凝土下流的導(dǎo)管組成，導(dǎo)管內(nèi)徑必須達(dá)到粗骨 料最大粒徑的8倍，一般為2530 cm。導(dǎo)管的形式常有：底蓋式、滑塞式、活門式。c）技術(shù)要點(diǎn)：剛開(kāi)始澆筑混凝土?xí)r，混凝土必須與水分離，即在開(kāi)始澆筑時(shí)，先將導(dǎo)管灌滿混凝土，而后再打開(kāi)底蓋或讓滑塞滑出導(dǎo)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(guò)程中，混凝土應(yīng)連續(xù)不斷地供給裝料漏斗，使 導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)常充滿混凝土，以防止水流反竄。同時(shí)，最好將導(dǎo)管的下端插入已澆筑的混凝 土中。在導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)常充

10、滿混凝土且能保證混凝土連續(xù)供應(yīng)的情況下，可將導(dǎo)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(dǎo)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(shí)對(duì)混凝土性能的要求較導(dǎo)管法施工時(shí)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(zhǎng)運(yùn)輸距離的工程。b）施工機(jī)具：混凝土泵及輸送管c）技術(shù)要點(diǎn)：由于水下不分散混凝土的泵送阻力較大，故在布管時(shí)應(yīng)擴(kuò)大管徑、 減少?gòu)濐^、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

11、送開(kāi)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(kāi)；混凝土的輸送管必須不透水且在澆筑過(guò)程中經(jīng)常充滿混凝土；當(dāng) 混凝土輸送中斷時(shí)，為防止水向輸送管反竄，應(yīng)將輸送管的出口插入已澆筑的混凝土中；當(dāng)澆筑面積較大時(shí)，可采用撓性軟管，由潛水員移動(dòng)澆筑位置；泵送結(jié)束后，須立 即清洗混凝土泵及攪拌機(jī)，清洗出來(lái)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(yùn)輸量必須滿足要求。b）施工機(jī)具：吊罐。吊罐宜采用圓錐形，也可采用方形。罐底開(kāi)口宜用弧形門，以 確保混凝土能順利流出。c）技術(shù)要點(diǎn)：澆筑混凝土?xí)r，利

12、用吊機(jī)將吊罐輕輕沉放于水中，當(dāng)?shù)豕薜纂x澆筑倉(cāng) 面一定距離后，打開(kāi)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(dòng)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?yán)щy。c）利用混凝土攪拌船的輸送帶進(jìn)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(yán)格控制水下不分散混凝土配合比。1.5% 3.0%水下不分散混凝土最小水泥用量應(yīng)為 360 kg/m3，般單位水泥用量宜大于400 kg /m3。粗骨料應(yīng)采用連

13、續(xù)級(jí)配，最大粒徑宜控制在 40伽以下，如需泵送，粗骨料的最大 粒徑應(yīng)不超過(guò)25伽。砂率宜在36%46%范圍內(nèi)。絮凝劑應(yīng)按施工方法和施工條件通 過(guò)試驗(yàn)確定其摻量，一般絮凝劑摻量占混凝土中水泥和膠結(jié)料質(zhì)量的水下不分散混凝土的流動(dòng)性，在滿足施工要求的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量小一些，表3給出 了幾種施工方法坍?dāng)U度推薦范圍:表3水下不分散混凝土坍?dāng)U度推薦范圍施工條件坍?dāng)U度范圍（m）水下滑道施工300 400利用混凝土導(dǎo)管施工360 450利用混凝土泵施工450 550需極好流動(dòng)性時(shí)550以上4.2模板模板應(yīng)選擇不易損壞、不易變形及腐蝕性小的材料，同時(shí)還要有必要的剛度、強(qiáng)度 和耐久性，水下混凝土多采用鋼質(zhì)模板材料，

14、模板應(yīng)組裝嚴(yán)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(yīng)對(duì)基底浮泥進(jìn)行挖除，最后用高壓水槍沖洗，務(wù) 必在清淤后，使護(hù)基底干凈無(wú)雜物，無(wú)浮泥。4.4水下不分散混凝土在澆筑時(shí)，澆筑水域動(dòng)水速度應(yīng)小于3m/s。水中自由落差應(yīng) 不大于500 mm。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(diǎn)的分布和密度有很大關(guān)系，在施工過(guò)程中，根據(jù)混 凝土的流動(dòng)性來(lái)確定澆筑點(diǎn)的分布?；炷恋臐仓瓌t是寧高勿低，待混凝土表面沉實(shí) 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(jī)對(duì)倉(cāng)面進(jìn) 行拍攝，水上監(jiān)控人員通過(guò)傳送上來(lái)的圖像檢查平倉(cāng)的情況和是否出現(xiàn)漏澆現(xiàn)象。5.結(jié)束語(yǔ)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(shí)性。5.2 與傳統(tǒng)水下普通混凝土施工技術(shù)相比，水下不分散混凝土施工新技術(shù)可簡(jiǎn)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(duì)施工機(jī)具的要求較低、施