水下混凝土配比设计及要点

９５￣１００
８５￣１００
０￣１５
０
单粒粒级
２０￣４０
９５￣１００
８０￣１００
０￣１０
０
４０～８０
９５￣１００
７０￣１００
３０￣６５
０￣１０
０
３．３ 细集料 宜采用级配良好的中砂。由于砂的来源不同， 混
凝土用砂分为河砂、海砂、山砂（ 风化砂） 及人工砂 ４
种， 其中河砂（ 特别是石英砂） 最适用于作为水下混 凝土的细集料。
水量增加， 则混凝土容易分离。
４．４ 配制强度
为了保证工程质量， 水下混凝土应满足强度的
保证率为 ８５％￣９０％， 因此配制强度须大于设计强
度。其配制强度应按下式计算：
ｆｃｕ， ０≥ｆｃｕ， ｋ＋１．６４５σ
（ ５）
式中： ｆｃｕ， ０ 为混凝土配制强度（ ＭＰａ） ； ｆｃｕ， ｋ 为混凝土设
计强度（ ＭＰａ） ； σ为混凝土强 度 标 准 差 （ ＭＰａ） ， 应 根
既满足强度要求又保持高流动性， 往往需要提 高混凝土单位用水量。但是， 这又会增加拌和物离析 性， 为此需采取增加砂率、引进外掺剂（ 如减水剂等） 措施。 ２．２ 有较小的泌水率
水下浇筑混凝土拌和物， 不但要求有较好的流 动性， 还要求有较好的粘聚性和保水性。其中， 粘聚 性是指混凝土拌和物的抗离析性能， 保水性是指混 凝土保持水分不易析出的能力。试验表明， 泌水率为 １．２％￣１．８％的 混 凝 土 拌 和 物 具 有 较 好 的 粘 聚 性 ， 且 实际施工时要求 ２￣３ ｈ 内析出水分不大于混凝土体 积的 １．５％。
３ 水下混凝土配合比设计对原材料的技术要求
水下混凝土跟普通混凝土基本成分一样， 也是
水泥、集料和水三者胶结为一体的混合物。其中， 集
料分粗集料（ 如卵石、碎石和块石） 及细集料（ 如砂） ，
一般不与水泥浆发生化学反应， 而是构成水下混凝
土的骨架， 从而减少水泥硬化引起的收缩。当然， 为
了节省水泥和改善水下混凝土的技术性能， 常掺加
Ｍｃ＝Ｍｗ／（ Ｗ ／Ｃ） 。 （ ３） 确定集料总用量。集料总用量采用绝对体积
法的计算方程为：
ＭＣ ／ρｃ＋Ｍｓ ／ρｓ＋Ｍｇ ／ρｇ＋Ｍｗ／ρｗρｇ＋１０ａ＝１ ０００
βｓ＝Ｍｓ ／（ Ｍｓ＋Ｍｇ） ×１００％
（ ３）
式中： βｓ 为砂率（ ％） ； Ｍｃ， Ｍｓ， Ｍｇ， Ｍｗ 分别为每 ｍ３ 混
（ ＭＰａ） ； ｆｃｅ＝ｒｃ ｆｃｕ， ｇ， ｆｃｕ， ｇ 为 水 泥 ２８ ｄ 抗 压 强 度 等 级 值
（ ＭＰａ） ， ｒｃ 为水泥标号富余系数（ １．０￣１．１３） 。
表 ２ 集料回归系数
系数
碎石
卵石
ａ
０．４６
０．４８
ｂ
０．０７
０．３３
基于式（ ２） ， 便可计算出水泥单位用量（ ｋｇ） ， 即
据表明， 即使单位水泥用量在 ３００ ｋｇ 以下， 混 凝 土
强度也能达到 ２５ ＭＰａ 以上； 但是， 为了减少混凝土
的粘着性， 又易产生材料离析， 单位水泥用量一般在
３７０ ｋｇ 以上。
４．３ 砂率
砂率的大小对稠度影响很大， 同时混凝土粘着
性也因细集料变化而变化， 如用量过少时混凝土显
得粗糙， 过大时则混凝土流动性降低。若所需单位用
凝土中水泥， 砂， 石， 水的用量（ ｋｇ ／ｍ３） ； ρｃ， ρｓ， ρｇ， ρｗ 分 别为水泥、水的密度， 砂、石的视密度， ρｃ 取 ２．９￣３．１， ρｗ＝１．０。
所谓绝对质量法， 就是假设混凝土的湿表观密
度值为已知， 求出单位体积混凝土的集料总用量（ 质
量） 。其计算方程为：
Ｍｃ＋Ｍｇ＋Ｍｓ＋Ｍｗ＝Ｍｐ
钢筋最小间距的 １ ／４， 同时不应大于 ４０ ｍｍ 。
（ １） 有害杂质允许含量。粗集料中常含有有害杂
质， 如粘土及淤泥、有机杂质、硫酸盐及硫化物等活
性材料。粗集料有害杂质的允许含量， 见表 ３。
表 ３ 粗集料有害杂质允许含量
项目
指标
备注
含泥量（ 按质量计） ／％
≤１．０
不应含有 粘土团块
小 于 ２．５ ｍｍ 的 颗 粒 含 量（ 按质量计） ／％
总时间超过初凝时间的首批混凝土中。
４ 水下混凝土配合比设计的重要参数
４．１ 坍落度
为了保证工程质量， 宜选取合适的坍落度（ １８０￣
２２０ ｍｍ） 。
４．２ 水泥标号和用水量
标号不宜低于 ４２．５ 级。为保证水下混凝土的强
度和耐久性 （ 在水下混凝土中有部分水泥流出） ， 一
方面采用富配合比， 同时尽可能降低水灰比。施工数
·５４·
海河水利
２００６年 ６ 月
水下混凝土配比设计及要点
孙高云， 黄华
（ 信阳市公路工程三元监理咨询有限公司， 河南 信阳 ４６４０００）
摘要： 简要介绍了混凝土配合比设计的基本原则和原理， 重点分析了水下混凝土配合比设计对拌和物和原材料的技 术要求， 并确定了其重要参数。 关键词： 水下混凝土； 配合比设计； 基本原理； 技术要点； 重要参数 中图分类号： ＴＶ４３１ 文献标识码： Ｃ 文章编号： １００４－ ７３２８（ ２００６） ０３－ ００５４－ ０４
子的颗粒级配通过筛分试验鉴定。其较好的级配， 见
表 ４。
表 ４ 粗集料颗粒级配
级配
粒级
按质量计累计筛余 ／％
／ｍｍ
２．５
５
１０
２０
４０
６０
８０
１００
５￣１０
９５￣１００
８５￣１００
０￣１５
０
连续粒级
５￣２０
９５￣１００
９０￣１００
４０￣７０
０￣１０
０
５￣４０
９５￣１００
７５￣９０
３０￣６５
０￣５
０
５￣２０
≤５．０
硫化物及硫酸盐含量 （ 按质量计） （ 以 ＳＯ３） ／％
≤１．０
有机质含量 （ 用比色法试验）
颜色不应深于标准色， 如深 于标准色， 则应配制混凝土 进行强度试验， 抗压强度应 不低于 ９５％
（ ２） 颗粒级配。在水下浇筑混凝土中， 应使集料
颗粒之间的空隙率尽可能小， 以节省水泥为原则。石
（ ４）
式中： Ｍｐ 为每 ｍ３ 混凝土的假定质量（ ｋｇ） ， 其值可取
２ ３５０￣２ ４５０ ｋｇ。
（ ４） 确定粗细集料比例。以颗粒级配法确定粗细
集料比例， 即 βｓ＝Ｍｓ ／（ Ｍｓ＋Ｍｇ） ×１００％。
基于以上所述的混凝土配合比设计一般原则和
２００６． Ｎｏ．３
孙高云， 黄华： 水下混凝土配比设计及要点
流动性系指混凝土在自重作用下自行流动的性 能。作为水下混凝土， 通常不会采用振捣法密实， 而 是靠拌和物的自重和流动性摊平与密实。若流动性 差就会自然而然形成蜂窝和空洞， 严重影响混凝土 的质量。而且， 若通过导管输送还会造成堵管现象， 因此水下混凝土应有较大的流动性。但是， 水下混凝 土坍落度过大则会浪费水泥。一般来说， 当导管直径 为 ２００￣２５０ ｍｍ 时， 其坍落度取值为 １８０￣２００ ｍｍ； 导管直径为 ３００ ｍｍ 时， 其坍落度取值为 １５０￣１８０ ｍｍ。混凝土坍落度随时间的变化而变化， 在运输过 程中只有使其保持一定流动性和均匀性， 才不会产 生分层离析， 才能适应水下浇筑。混凝土运输到工 地， 其坍落度不应小于 １８０ ｍｍ， 否则须退回供应站 处理后方可使用。
程为：
Ｍｗ＝１０（ Ｔ＋Ｋ） ／３
（ １）
式中： Ｍｗ 为每 ｍ３ 混凝土用水量（ｋｇ） ； Ｔ 为坍落度（ｃｍ） ； Ｋ
为集料常数， 其取值查表 １。
表 １ 集料常数
粗集料最大粒径 ／ｍｍ １０
２０
４０
８０
碎石
５７．５
５３．０
４８．５
４４．０
Ｋ
卵石
５４．５
５０．０
４５．５
４１．０
（ ２） 确定水灰比和水泥用量。其中， 水灰比的计
约水泥和满足水下施工的和易性要求出发， 宜采用
空隙率、总表面积较小的砂子， 也就是颗粒级配好、
粗细程度适中的砂子。砂组细度模数， 见表 ６。
表 ６ 砂组细度模数
砂组
粗砂
中砂
细砂
细度模数
３．７￣３．１
３．０￣２．３
２．２￣１．６
（ ３） 拌和用水及环境水。拌和水直接影响水下混凝 土的质量， 环境水则影响其浇筑方法、硬化条件和耐久 性。由于用于拌和水下混凝土的水不应含有影响水泥 正常凝结、硬化的有害杂质如油脂、糖类及含铅的盐 类， 故一般选用饮用水和天然清水， 勿需经过试验。
选择混凝土的适宜组分（ 水泥、集料、水及外加剂） ；
求出它们的相应数量配合比， 使之尽可能经济地配
制出其工作性、强度和耐久性合适的混凝土。
１．１ 基本原则
按所采用的材料定出既能滿足工作性、强度及
耐久性和其他要求且又经济合理的混凝土各组成部
分的用量比例。
１．２ 基本原理
（ １） 确定用水量。每 ｍ３ 混凝土用水量， 其计算方
混凝土配合比设计主要有普通混凝土配合比设
计、特种材料混凝土配合比设计、特种性能混凝土配
合比设计、特种施工方法混凝土配合比设计以及外
掺剂混凝土配合比设计几种类型， 这里着重分析一
下特种施工方法混凝土配合比设计中水下浇筑混凝
土配合比设计的基本原理及技术要求。
１ 混凝土配合比设计的基本原则和原理
混凝土配合比设计过程包括两个相关的步骤：
轻物质含量 ／％
＜１．０
硫化物及硫酸盐
折算为 ＳＯ３ ／％
＜１．０
有机质含量 （ 用比色法试验）
颜色不应深于标准色， 如深 于标准色， 应以水泥砂浆进 行抗压强度对比试验， 加以 复核
（ ２） 砂的粗细程度及颗粒级配。为了保证施工质
量， 拌制时必须用足够的水泥浆将砂粒包裹（ 起润滑
和胶结作用） ， 砂粒间的空隙须用水泥浆填满。从节
性、粘滞性， 降低泌水率， 提高流动性； 为了减少水泥
砂浆硬结时的收缩性， 增大水泥砂浆与集料的胶结
力， 膨胀剂可掺入铝粉、铁粉、氧化镁等； 早强剂在水
下混凝土工程中， 仅用于抢险、堵漏混凝土， 对钢筋
混凝土不宜采用氯盐的早强剂， 其掺量为水泥质量
的 ３％￣４％， 可提高强度 ２０％以上； 缓凝剂宜用浇筑
４０Fra Baidu bibliotek
６０
３～４
１９０
１８５
１７５
１６５
１６０
２０５
２００
１８５
１７５
５～８
２００
１９５
１８５
１７５
１７０
２１５
２１０
１９５
１８５
９～１２
２１０
２０５
１９５
１８５
１８０
２２５
２２０
２０５
１９５
１２～１５
２１５
２０５
２００
１９５
２３０
２１５
２１０
１５～１８
２２５
２２５
２１５
２１０
２４０
外掺剂。
３．１ 水泥品种
大量试验资料表明， 宜选取火山灰水泥、粉煤灰
水泥、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。使用矿渣水泥
时， 应采取防离析措施， 水泥初凝时间不宜早于 ２．５
ｈ 且强度等级不宜低于 ４２．５。
３．２ 粗集料
宜先选用卵石， 如采用碎石应适当增大配合比的
砂率， 石子最大粒径不应大于导管内径的 １ ／６￣１ ／８ 和
（ １） 有害杂质允许含量。砂中常含有一些有害杂
·５６·
海河水利
２００６年 ６ 月
质， 如云母、硫化物及硫酸盐类、有机质含量、含泥量
等。为了保证水下灌注混凝土的质量， 细集料有害杂
质允许含量见表 ５。
表 ５ 细集料有害杂质允许含量
项目
指标
备注
含泥量 ／％
≤３．０
不应含有细粒土
云母含量 ／％
＜２．０
（ ４） 外加剂。为了减少水下灌注拌和物的水量和 水泥用量、改善混凝土拌和物的稠度以及提高水下 混凝土的抗渗、抗冻、抗浸蚀性能， 需加入少量活性 外加剂。在水下混凝土中， 应用的外加剂主要有减水 剂、引气剂、膨胀剂、早强剂和缓凝剂。
加 入 减 水 剂 ， 可 降 低 混 凝 土 用 水 量 的 １５％以 上， 却基本上不增加混凝土的含气量， 是水下单纯混 凝土中应用得最多的一种外加剂； 引气剂使混凝土 中产生大量不连续的细气泡， 可改善拌和物的保水
收稿日期： ２００６－ ０３－ ０１ 作者简介： 孙高云（ １９７１－ ） ， 男， 助理工程师， 主要从事工程建设监理
工作。
算方程为：
Ｗ ／Ｃ＝ａｆｃｅ ／ （ ｆｃｕ， ０＋ａｂｆｃｅ）
（ ２）
式中： Ｗ ／Ｃ 为水灰比； ｆｃｕ， ０ 为配制强度（ ＭＰａ） ； ａ， ｂ 为
回 归 系 数 ， 其 取 值 查 表 ２； ｆｃｕ 为 水 泥 的 实 测 强 度
·５５·
基本原理， 下面对水下混凝土的配合比设计进行分 析研究。所谓水下混凝土， 就是在干地拌制而在水环 境中（ 淡水、海水、泥浆水） 灌注和硬化的混凝土。 ２ 水下混凝土配合比设计对拌和物的基本要求
水下混凝土配合比设计对拌和物的基本要求， 主要表现为流动性、粘聚性和保水性三方面。 ２．１ 有良好的流动性
据同类混凝土统计资料计算确定， 当无统计资料应
取 ２．５￣５．０ ＭＰａ。
４．５ 用水量
用水量的计算， 一般通过试验确定。初估时， 可
根据不同的浇筑方法及环境情况参照表 ７ 确定。
表 ７ 粗集料塑性混凝土用水量
卵石
碎
石
坍落度 ／ｍｍ
集料最大粒径 ／ｍｍ
集料最大粒径 ／ｍｍ
１０
２０
４０
６０
８０
１０
２０