水下不分散混凝土施工技术

水下不分散混凝土施工技术

1.概述

众所知，水泥虽然是水硬性材料，但若将混凝土拌合物直接倾倒于水中，当其在水中下落时，由于水的冲洗作用，骨料将与水泥分离，部分被水带走，部分长期处于悬浮状态。当水泥下沉时，已呈凝固状态，失去胶结骨料的能力。这样在水中直接浇筑的混凝土拌合物一般分为一层砂、砾骨料，一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣，不能满足工程要求。因此，水下混凝土过去都要求在与环境水隔离的条件下浇筑，而且浇筑过程不能中断，以减少水的不利影响，在其硬化后还要清除一定数量的强度不符合要求的混凝土。传统的水下混凝土施工法通常有两类：一类是先围堰后排水，混凝土的施工与陆地相同，存在先期工程量大、工程造价高、工期长等缺点；另一类是利用专用施工机具把混凝土和环境水隔开，将混凝土拌合物直接送至水下工程部位，主要有导管法、预填骨料灌浆法、模袋法、开底容器法等。这些施工法使混凝土拌合物容易受到水的冲刷造成材料重离析，水泥流失，混凝土质量下降，同时造成环境污染。按常规浇筑水下混凝土的关键是尽量隔断混凝土与水的接触，但这将使施工工艺变得复杂，工期变长，工程成本大大增加，况且也难以保证水中混凝土的质量。随着近海开发及大量水下结构工程的建设，尤其是在海洋深水区的开发利用，对混凝土水下浇筑、施工的质量要求越来越高。因此，对传统混凝土进行改性使之能克服上述缺陷，是十分必要的。在这一背景下，出现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年推广的一项新的水下混凝土施工技术。1980年日本在引进西德专利技术的基础上研制成功首例絮凝剂并开始推广使用，我国则在1986年研制成功首例絮凝剂，1987年开始推广应用以来，迄今为止，已经开发出十余种具有一定水平的水下不分散剂产品，并在交通、水利水

电、油、核电站及民用建筑工程中获得了广泛的应用，如三峡右岸重件码头工程、港码头修复、长江大桥、二桥、黄河桥、胜利油田、辽河油田、塘江大堤加固、长江取水工程、山核电站取水口、以及海军的某些工程等，这些工程都因水下不分散混凝土的使用创出了质量好、速度快、造价低的经济效益。我国水下不分散混凝土技术日渐成熟, 已在实验室配制出90 天抗压强度超过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掺入以纤维素系列或丙烯系列水溶性高分子物质为主要成分的絮凝剂，该外加剂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，从而抑制水下施工时水泥和骨料分散，保证混凝土在水中自由下落时抗离析、抗分散。水下不分散混凝土技术填补了普通混凝土水下施工的不足和缺陷，大大简化了水中混凝土的施工工艺，促进了水中混凝土施工技术的发展。

2.水下不分散混凝土有着与传统水下混凝土完全不同的特点。

2.1.新拌混凝土的性能

⑴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，也很少出现由于水洗作用而导致材料分离现象。由于抗分散性好，水下不分散混凝土水下强度与陆上(空气中)强度相比相差小，故可不排水施工。

拌和物在40㎝深水中自由落下后的组分筛洗分析结果见表1。

表1 普通混凝土和水下不分散混凝土的筛洗分析

细骨料26.0 27.1 22.9

粗骨料37.6 43.7 40.2

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仅为10.2%，说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时保持其配合比基本不变, 在水下得到材料均匀的混凝土。

⑵自流平性与填充性.水下不分散混凝土黏稠，富有塑性，即使它在水下水平流动的情况下，也可得到浇筑均匀的混凝土, 坍落度在20㎝以上,，其黏稠性也很好。一般情况下，1h 还可保持流动能力，满足施工要求。由于具有优良的自流平性与填充性，故可在密布的钢筋之间、骨架及模板的缝隙依靠自重填充。

⑶保水性与整体性。由于水下不分散剂中的高分子长链在溶胀过程中能吸收大量的游离水，以及高分子的网络中封闭了一部分自由水,，水下不分散混凝土很少出现泌水和浮浆现象。由于水下不分散混凝土不易离析，不但可提高施工的可易性和可泵性，还可提高混凝土与钢筋的握裹强度和层间的粘结强度。

⑷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, 为环保型产品,。而且目前所生产出的絮凝剂经生物安全检验为无毒产品，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学性能

⑴水下不分散混凝土水中成型抗压强度与水灰比的相关关系（如图1所示）

注：f w，28——水中成型28 d 抗压强度(MPa) ；W/ C——水灰比

⑵水下不分散混凝土的力学性能

对水下不分散混凝土的性能进行检验，可知水下不分散混凝土有着优良的力学性能及耐久性能(抗渗性能)，如表2所示。

表2 水下不分散混凝土的力学性能检验

注: W/ C = 0. 40，W = kg/ m3，S p = 40 % ，水中成型。

3.水下不分散混凝土的主要施工法

3.1水下不分散混凝土按施工条件的不同，常用的法有：导管法、泵送法、吊罐法、手推车浇筑法、溜槽浇筑法、自流灌浆法等。

3.2水下不分散混凝土的施工法简介

3.2.1导管法

a)适用围：可应用于各种水深的水下不分散混凝土施工，尤其适用于深水位混凝土的施工，为较大规模工程的首选法，是最常用的施工法之一。

b)施工机具：由混凝土装料漏斗及混凝土下流的导管组成，导管径必须达到粗骨料最大粒径的8倍，一般为25～30㎝。导管的形式常有：底盖式、滑塞式、活门式。

c)技术要点：刚开始浇筑混凝土时，混凝土必须与水分离，即在开始浇筑时，先将导管灌满混凝土，而后再打开底盖或让滑塞滑出导管。避免管充水后，混凝土在水中落差增大，降低混凝土的质量。在浇筑过程中，混凝土应连续不断地供给装料漏斗，使导管经常充满混凝土，以防止水流反窜。同时，最好将导管的下端插入已浇筑的混凝土中。在导管经常充满混凝土且能保证混凝土连续供应的情况下,可将导管下端从混凝土中拔出30～50cm ,让混凝土在水中自由落下。

3.2.2泵送法

泵送法可从陆地或海上采用混凝土泵直接泵送浇筑，与导管法施工基本相同。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，管压力的损失为普通混凝土的2～4倍，故采用泵送法施工时对混凝土性能的要求较导管法施工时高。

a)适用围：较适用于深、浅水域较大规模工程,尤其适用于较长运输距离的工程。

b)施工机具: 混凝土泵及输送管

c)技术要点: ①由于水下不分散混凝土的泵送阻力较大，故在布管时应扩大管径、减少弯头、管路尽量平直，并采用掺混凝土泵送剂等措施降低混凝土泵送阻力；②混凝土泵送开始前，先在输送管塞入海绵球，而后泵送水下不分散砂浆，以使混凝土与输送管的水隔开；③混凝土的输送管必须不透水且在浇筑过程中经常充满混凝土；④当混凝土输送中断时，为防止水向输送管反窜，应将输送管的出口插入已浇筑的混凝土中；⑤当浇筑面积较大时，可采用挠性软管，由潜水员移动浇筑位置；⑥泵送结束后，须立即清洗混凝土泵及搅拌机，清洗出来的混凝土注意不要污染水域。

3.2.3吊罐法

a)适用围：适用于一般小规模工程，可适用于所有配合比的混凝土，离析少，但运输量必须满足要求。