水下浇筑混凝土的配合比设计

水下浇筑混凝土的配合比设计

【摘要】：水下浇筑混凝土因浇筑环境、浇筑方法的特殊性，其配合比设计也具有不同于普通混凝土配合比设计的一些方面。通过了解水下浇筑混凝土的特性，介绍水下浇筑混凝土配合比设计的方法，探讨配合比设计过程中需要注意的几个问题。

【关键词】：水下；混凝土；配合比

引言

在陆地拌制而在水中浇筑和硬化的混凝土，叫做水下浇筑混凝土，简称水下混凝土。它广泛应用于钻孔灌注桩浇筑、沉井封底、地下连续墙浇筑、水中浇筑基础结构等。用这种方法施工，可以省去因造成陆地施工条件所必须进行的一系列工作，如基坑排水、基础防渗和施工围堰等，在某些情况下，甚至可能是能够采用的唯一施工方法。在水下浇筑混凝土，施工条件比较复杂，会受到环境水的浸渍、扰动和稀释，需要克服水环境带来的水压、流速、黑暗，缺氧、涌浪等一系列困难。为了减少和避免这些不利因素，不仅要求采用特殊的施工方法，对水下浇筑的混凝土拌合物也有特殊要求，用普通混凝土配合比设计的方法是不能完全满足要求的。本文拟在简要介绍水下浇筑混凝土配合比设计方法的同时，就其中的一些问题进行探讨。

1 水下浇筑混凝土拌合物的要求

由于浇筑环境的特殊性，水下混凝土易产生下列问题：

（1）混凝土拌合物在水中浇筑时易离析，使水泥和骨料分离，造成混凝土不匀质，并使砂浆沫成层。

（2）浇筑工程不能直接观察，控制和调整混凝土质量有难度，不稳定因素较多。

（3）钢筋混凝土中，钢筋与混凝土粘结力降低。

针对上述问题，在配合比设计时，应注意解决未凝结混凝土中水泥颗粒被水带走的问题。这就要求水下浇筑的混凝土拌合物具有以下特性：

①具有较好的和易性。在水下浇筑混凝土，多通过各种管道进

行输送和浇筑，依靠自重（或压力）和流动性进行摊平和密实。若流动性差，会造成堵管，混凝土也容易形成蜂窝和空洞。但若流动性过大，不仅浪费水泥和增加砂浆量，且易造成开浇阶段下注过快而形成管口脱空和返水事故。

根据水下混凝土浇筑方法的不同，对混凝土拌合物的流动性要求见表1

水下混凝土浇筑方法对混凝土拌合物流动性的要求表1

在钢筋密集部位，其坍落度应比上表增加20～30mm，在泥浆中浇筑宜增加10～20mm。

②具有良好的流动性保持能力。在混凝土拌合物的运输和浇筑

过程中，应保持一定的流动性和均匀性，不产生分层离析，才能适用于水下浇筑。用导管法浇筑时，要求流动性保持能力不小于1h，当操作熟练、运距较近时，可不小于0.7h-0.8 h。

③具有较小的泌水率。试验表明，泌水率1.2％-1.8％的混凝

土拌合物，具有较好的粘聚性。施工中，要求2h内析出的水份不大于混凝土体积的1.5％。

④具有较大的表观密度。要求表观密度不小于2100kg/m3，松

散密度小于1100kg/m3的轻骨料不能用于拌制水下混凝土。

2水下浇筑混凝土配合比设计的原则

由于水下混凝土施工和质量检查困难，又存在水环境的不利影响，设计高等级混凝土是不适宜的，设计强度等级宜在C25以内。混凝土配合比设计时，应符合节约水泥的原则。在施工条件许可范围内，尽可能降低用水量。

3水下浇筑混凝土配合比设计的方法

水下浇筑混凝土的配合比设计，可以采用按流动性设计或按强度设计的方法。

3.1按流动性设计法

按水下浇筑所必须的流动性要求，选择用水量；根据混凝土的试配强度，确定若干个水灰比。通过计算或试验资料绘制水灰比——强度相关曲线。选择同时满足强度和水下施工要求的混凝土配合比。

采用这种方法可以一次选择出适于水下浇筑混凝土的配合比。但由于满足水下浇筑要求的坍落度较大，引起试验的不便和需耗费较多试验水泥，所以主要用

于计算法或重要工程试验。

3.2按强度设计法

按照设计要求的强度等级，根据不同水下浇筑方法确定试配强度。根据试配强度选择若干个水灰比，可按满足陆地塑性混凝土施工要求的用水量，通过计算或试验资料绘制水灰比——强度相关曲线。选择水灰比和骨料级配。在维持确定的水灰比前提下，调整用水量和水泥用量，以满足水下浇筑对混凝土流动性的要求，消除水下浇筑对混凝土的不利影响。

采用这种方法，试验时混凝土拌合物的坍落度适中，试验操作简易，可引用一般混凝土试验室都具有的陆地浇筑混凝土的试验资料，可以简化试验项目。

4水下混凝土配合比设计需要注意的几个问题

4.1试配强度

混凝土具有非匀质性，水下混凝土的质量较普通混凝土更加不均匀，且不易控制。为了保证工程质量，强度保证率要求较高，同时还要考虑耐久性要求和水下浇筑方法的影响。在不利条件下生产质量可靠的混凝土，其水灰比应不小于0.50。不同浇筑方法的试配强度见表2：

设计强度提高百分数表2

4.2水泥等级和用量

用于浇筑水下混凝土的水泥强度等级不宜低干32.5级，不宜使用泌水大的矿渣水泥。由于水下施工要求采用的混凝土拌合物坍落度比较大，水泥用量也相应增加，在满足强度要求的情况下，水泥等级不应过高，宜为混凝土设计强度的2～2.5倍。

在水下混凝土中可有部分水泥析出，为保证强度和耐久性，一方面采用富配合比，同时尽可能降低水灰比，一般在50％以下。当精心施工时，有过这样的实例：即使单位水泥用量在300kg以下，混凝土强度能够达到20～6OMPa，但粘着性降低，容易产生材料离析。因此一般用到370kg/m3以上，应根据实际情况进行增减。

4.3砂率

砂率大小对和易性影响很大，同时，混凝土的粘聚性也随细集料而变化，如用量过少显得粗糙，过大时流动性减小，所需单位用水量增加，混凝土容易离析。砂率可通过计算或按表3选择。

水下混凝土砂率选择表3

4.4外加剂的使用

在水下浇筑混凝土中，常掺入减水剂、加气剂、膨胀剂、早强剂等外加剂。特别是掺减水剂能显著降低用水量，提高混凝土密实性和强度，或者节约水泥，同时不增加或少增加含气量。掺加气剂能改善拌合物的保水性和粘滞性，降低泌水率，提高流动性。

5结语

任何一种混凝土的配合比，均应通过试验来确定，水下浇筑混凝土更是如此。要通过反复多次的试验，积累经验，并运用数理统计方法进行分析研究，保证混凝土的强度，提高匀质性。施工过程中，应经常分析抽样检验所得出的各项数据，对材料质量、配合比、拌和、运输、水下浇筑及试块成型、试压等各个环节都要进行细致检查，发现问题，及时调整，把强度均方差或离差系数降低到最低限度，确保水下混凝土质量。

参考文献：

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[3]王华生，赵慧如混凝土技术禁忌手册. 北京：机械工业出版社，2004 第240-247页

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工程师，主要从事建设工程质量监督、检测工作。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。