水下不分散混凝土

水下不分散混凝土
水下不分散混凝土技术是借助于混凝土外加剂—絮凝剂的应用，即在普通混凝土中加入絮凝剂后，使混凝土在水中浇筑不离析、不分散，水泥不流失，能自流平、自密实，使浇筑的混凝土优质均匀，凝结硬化后其物理力学性能和耐久性与普通混凝土类同。

水下不分散混凝土专用外加剂—絮凝剂
用于配制水下不分散混凝土的絮凝剂主要有以下几种：
1．合成或天然水溶性有机聚合物，如纤维脂、淀粉胶、聚氛乙烯、聚丙烯酰胺、羧乙烯基聚合物、聚乙烯醇等，这些材料可以增加新拌混凝土的粘度。

2．微细无机材料，如硅灰、硅酸铝（海泡石）、膨润土、硅藻土等，这些材料能增加新拌混凝土的保水能力，增加密实性。

3．有机水溶性絮凝剂，如带有轻基的苯乙烯共聚合物、天然胶、水溶性多糖聚合物、威兰树脂（Welan Gum）等，这些材料也能增加新拌混凝土的粘度。

4．有机材料乳液，如丙烯酸乳液、石蜡乳液等，可提高水泥颗粒之间的吸引力。

目前，德国、日本、美国等以纤维素类絮凝剂为主，西欧以水溶性多糖聚合物絮凝剂为主，我国以水溶性有机聚合物为主。

市场上供应的主要为UWB絮凝剂。

UWB絮凝剂是由水溶性高分子聚合物和表面活性物质所组成，呈固体粉末，一般为浅棕色，掺量为水泥重量的2.0％~2.5％。

根据UWB型水下不分散混凝土絮凝剂技术条件，掺UWB絮凝剂的混凝土质量必须符合表10-130的规定，其混凝土配合比为：水泥：砂：石：水＝1：1.45：2.0：0.52，单位水泥用量为450kg/m3，絮凝剂用量为水泥重量的2.5％，中砂、石子最大粒径为20mm。

掺UWB絮凝剂的水下不分散混凝土质量指标表10-130
该絮凝剂与其他外加剂相容性好，可根据工程对水下混凝土的要求，复配其他外加剂，如各种减水剂、引气剂、调凝剂、早强剂等，从而配制成系统的水下不分散混凝土絮凝剂。

当前主要有五种不同的品种，见表10-131。

UWB絮凝剂主要品种表10-131
絮凝剂无毒无害，产品需密封包装，要防止在运输和储存时受潮，以避免引起性能变化，储存期一般为一年，不受潮可继续使用。

水下不分散混凝土的性能
1．新拌混凝土的性能
新拌水下不分散混凝土性能与普通混凝土性能相比较具有以下特性：
（1）高抗分散性。

可不排水施工，即使受到水的冲刷作用，也能使在水下浇筑的水下不分散混凝土不分散、不离析、水泥不流失。

（2）优良的施工性。

水下不分散混凝土虽然粘性大，但富于塑性，有良好的流动性，浇筑到指定位置能自流平、自密实。

（3）适应性强。

新拌水下不分散混凝土可用不同的施工方法进行浇筑，并可通过各种外加剂的复配，满足不同施工性能的要求。

（4）不泌水、不产生浮浆，凝结时间略延长。

（5）安全环保性好。

掺加的絮凝剂经卫生检疫部门检测，对人体无毒无害，可用于饮用水工程，新拌水下不分散混凝土在浇筑施工时，对施工水域无污染。

2．硬化后混凝土性能
（1）抗压强度。

掺絮凝剂的水下不分散混凝土与普通混凝土一样，遵守水灰比定则，强度受水灰比、水泥品种、胶结料用量、絮凝剂掺量、龄期等因素的影响。

水下不分散混凝土的水中成型试件的抗压强度与陆上成型试件抗压强度比称为水陆强度比，一般28d水陆强度比为70％以上。

（2）静弹性模量。

静弹性模量与普通混凝土静弹性模量相近或略低一些。

（3）干缩。

水下不分散混凝土比普通混凝土干缩值略大。

（4）抗冻性。

水下不分散混凝土的抗冻性比普通混凝土略差，在抗冻性要求高的水工混凝土要掺适量引气剂。

（5）其他。

如耐蚀性、抗渗性等与普通混凝土类同。

水下不分散混凝土的配合比设计配制
1．原材料
水下不分散混凝土所采用的原材料除絮凝剂外，一般的施工可以使用与普通混凝土所用的水泥、水、粗骨料、细骨料等相同的原材料。

2．配合比
水下不分散混凝土的配合比设计，一般指决定水泥、水、粗骨料、细骨料、絮凝剂及其他外加剂的组成比例。

其配合比除满足设计所提出的强度要求外，由于水下不分散混凝土的施工质量在很大程度上取决于其粘稠性和流动性，所以在配合比设计时更为重要的是满足水下施工的抗分散性和流动性的要求。

（1）施工流动性的确定
水下不分散混凝土在水下浇筑施工不可能进行捣固作业，靠其本身良好的流动性达到自流平、自密实。

为此，水下不分散混凝土的流动性在很大程度上决定了水下混凝土浇筑质量。

（2）混凝土强度的配制
对水下不分散混凝土的配置强度与陆上混凝土的配置强度的规律相近。

一般水下不分散混凝土的强度设计要求为20~40MPa。

其强度设计基本上遵循水灰比定则。

（3）水灰比
水灰比主要根据水下不分散混凝土的强度来确定的，同时考虑混凝土耐久性的要求。

其水灰比大小应统一综合考虑，并应采用其较小者作为设计水灰比。

这
与普通混凝土水灰比设计相近。

（4）单位用水量
由于絮凝剂的掺入，水下不分散混凝土粘性大大提高，要使水下不分散混凝土达到自流平、自密实，得到流动性好的水下不分散混凝土，其单位用水量比普通混凝土要大得多。

一般坍落扩展度要达到45cm左右，水下不分散混凝土的单位用水量约为230kg/m3。

试配时还可加入减水剂、引气剂等并辅以调整砂率、选择粗骨料的最大粒径等方法，尽可能降低单位用水量。

（5）单位水泥用量
单位水泥用量是根据单位用水量和水灰比确定的。

水下不分散混凝土单位用水量大，因此单位水泥用量也大。

一般水下不分散混凝土强度≥20MPa时，单位水泥用量≥400kg/m3。

（6）砂率
与水下不分散混凝土的流动性有一定关系，其砂率大小应使水下不分散混凝土有适宜的流动性，以单位用水量最小来确定。

砂的细度模数越小，其砂率也应减少，一般控制在35％~45％为宜。

（7）粗骨料最大粒径
粗骨料的最大粒径与水下不分散混凝土抗分散有一定关系。

粗骨料粒径过大，混凝土在水下浇筑容易分离，且容易使混凝土过渡区产生缺陷，影响水下不分散混凝土的质量。

最大粒径的选择一定要和混凝土的质量、混凝土的经济性综合考虑，一般情况下最大粒径在40mm以下。

同时要求不得超过构件最小尺寸的1/4及钢筋间距的3/4。

（8）絮凝剂和其他外加剂的掺量
絮凝剂赋予水下不分散混凝土一定的粘稠性，使水下不分散混凝土在水下浇筑时不分散、不离析。

一般絮凝剂的掺量与混凝土的粘稠性大小有关，为此，絮凝剂的掺量可根据施工方法、施工条件等通过试验来确定，一般絮凝剂掺量占水泥重量的1％~2.5％。

对于其他外加剂需进行与使用目的相适应的试验，一般絮凝剂与各种减水剂、引气剂等相容性都比较好。

（9）含气量
对于水下不分散混凝土含气量与一般混凝土要求相同，但在处于潮差段的水下不分散混凝土要求含气量达到5％。

3．试配和校准
试配是水下不分散混凝土配合比设计中的一个重要阶段，混凝土试配量一般为15~30L，试配时，主要测定水下不分散混凝土的流动性、抗分散性、抗压强度等主要性能。

试配与原配合比设计有不符合之处，应通过用水量、水灰比、絮凝剂及外加剂用量、混凝土级配等加以调整。

当对施工的混凝土还有其他性能要求时，也要对其他项目进行试验。

4．搅拌
水下不分散混凝土的搅拌与普通混凝土大致相同。

搅拌时将水泥、骨料与絮凝剂和其他外加剂同时加入进行搅拌约20~30s，然后加水搅拌，根据施工需要，若絮凝剂与流化剂同时使用，可根据运输时间、流化剂的流动性损失和施工条件等，可将流化剂采用后掺法，待运输后在现场附近掺入并进行搅拌30~40s。

由于水下不分散混凝土粘性大，要想制备匀质混凝土，最好采用强制式搅拌机，搅拌时间一般是2~3min，并应通过试验加以确定。

若施工现场不具备强制搅拌条件，也可采用正反转可倾式搅拌机进行搅拌，但搅拌时间需延长到3~6min。

若在搅拌车中加入絮凝剂进行搅拌时，根据搅拌车的搅拌能力，最短需搅拌5min 以上。

当搅拌机内的水下不分散混凝土未全部排出时，不得投入下批材料进行搅拌，搅拌停止后，必须对搅拌机进行彻底清洗。

5．运输与浇筑
（1）运输
水下不分散混凝土工程量大，必须在混凝土搅拌站集中搅拌再运往现场时，一般陆上运输有搅拌车或车载吊罐、料斗等，水上运输用吊罐、料斗等装在驳船上运往现场。

若在现场搅拌，现场运输必须考虑工程条件、施工环境、混凝土量、混凝土工作性能及经济性等。

一般现场运输方法有混凝土泵、吊罐或料斗、溜槽及手推车运输等。

棍凝土泵适用于现场较长距离运输，运距（水平压送）可达200m，运输量一般为9~30m3/h，一般大中型水下工程比较适宜。

吊罐或料斗运输对中小型水下工程比较适用，运输距离一般不超过50m，每次运输量为0.5~2.0m3/次。

溜槽适用于混凝土流动性较好、水深不超过2m的水下直接浇筑工程，运输量一般为30m3/h左右。

手推车适用水深不超过2m的小型水下工程，运输量为0.05~0.2m3/次，施工比较灵活，但由于水下不分散混凝土粘性大，卸车较困难，在混凝土运输结束时，应清选运输设备。

（2）浇筑
水下不分散混凝土的浇筑主要有导管法、泵送法、容器（吊罐、料斗）开底法、溜槽法、袋装法、模袋法、自流灌浆法等。

水下不分散混凝土导管法施工与普通混凝土导管法施工要求基本相同。

由于水下不分散混凝土的自流平性和抗分散性，很少出现水下流动带来的混凝土质量下降，其流动直径可达4~6m，所以在导管配置时，应考虑到水下不分散混凝土的特性。

浇筑时除要求能连续将混凝土供给料斗外，并应尽可能将料斗的容积加大，以保证混凝土连续浇筑。

在保证混凝土能连续浇筑的条件下，也可将尽管下端从混凝土中拔出0.5m以内，使混凝土在水中自由下落，也能保证混凝土的质量。

导管法施工一般水流速度要求小于3m/s。

泵送法施工与普通混凝土基本相同。

但由于泵送水下不分散混凝土的管内压力损失一般为普通混凝土的2~3倍，有时会达到4倍，因此，在泵送较长距离时，必须扩大管径，降低输送速度，减少弯头，加大输送泵压等。

水下不分散混凝土泵送施工时，其水流速度要求小于3m/s。

容器开底法。

装有水下不分散混凝土的开底容器如料罐或料斗放入水下浇筑处后，浇筑时容器底必须易于开启，在不妨碍施工的情况下，宜尽量采用大容量的容器，底的形状以水下不分散混凝土能顺利流出为佳。

由于容器用吊车运输，可在垂直、水平部位灵活浇筑，施工技术相对导管法和泵送法要求较低，操作比较简便。

溜槽法。

一些小型工程可将水下不分散混凝土沿溜槽直接滑入浇筑的水下构筑物中，其溜槽长度一般为5~30m。

溜槽法要求水下不分散混凝土易于流动，溜槽与水平夹角一般应不小于60°。

无论哪种浇筑方法，在浇筑前应充分考虑运输与浇筑机具的配套与衔接，应对其机具进行认真检查，以防止出现故障。

6．模板与养护
（1）模板
水下不分散混凝土的模板由于有垂直荷载、水平荷载作用及侧压力较大，所以模板必须能准确无误地确保所施工的构筑物的位置、形状和尺寸。

模板组装要求严密，大型模板应尽量在水上安装，模板组装和拆卸作业应力求操作简单、易行，注意安全。

（2）养护
水下不分散混凝土浇筑到水下后，在养护中不必对干燥、冻融等加以考虑。

虽然水下不分散混凝土有较大的粘性，对动水和波浪抵抗力较强，但还应采取相应的养护措施，在混凝土表面最好有所遮盖，以避免动水、波浪的冲刷和掏空。

混凝土浇筑后，要养护到混凝土达到必要的拆模强度，才能拆除模板。

水下不分散混凝土施工要点
1．絮凝剂是水下不分散混凝土的专用外加剂，其掺量对水下不分散混凝土性能有很大影响。

一般采用导管法、泵送法、模袋法等施工，其掺量建议为胶结料重量的1.0％~2.50％。

吊罐法、溜槽法、灌浆法等施工，其掺量建议为胶结料重量的2.0％~3.0％。

2．絮凝剂可使水下不分散混凝土的凝结时间延长，粘度加大，抗冻融有所降低。

可根据设计要求，与调凝剂、流化剂、引气剂等外加剂复配使用。

一般情况下，絮凝剂与其他外加剂有良好的相容性。

3．水下不分散混凝土搅拌时，絮凝剂可采用同掺法，与胶结料、骨料同时加入。

先干拌30s左右，然后加水搅拌，搅拌宜采用强制式搅拌机，加水后一般搅拌2~3min。

若采用正反转可倾斜式搅拌机，搅拌时间可适当延长。

4．水下不分散混凝土在水中浇筑很难进行振捣，需自流平、自密实，所以在施工时，要控制好流动性，一般坍落度应控制在35cm以上。

对于泵送法、灌浆法等要求流动性较大，一般坍落度控制在45cm以上。

5．水下不分散混凝土原材料中的胶结料一般大于400kg/m3，细骨料宜采用中砂，粗骨料石子最大粒为20~40mm，砂率一般为35％~45％，以保证混凝土有良好的自流平性和自密实性。

6．水下不分散混凝土掺加适量掺合料（如磨细矿渣、优质粉煤灰等），可以适当改善其施工性、物理力学性能和耐久性，并降低大体积混凝土水化热。

7．目前，配制水下不分散混凝土的专用外加剂VWB絮凝剂已形成系列产品，可根据设计要求选择不同品种的絮凝剂，以保证工程质量。

8．水下不分散混凝土在浇筑前要认真检查模板支护，浇筑的水下部位要清除浮泥、冲刷基底。

9．水下不分散混凝土在浇筑时，动水速度应小于3m/s。

水中落差一般应控制在0.5m以内，必要时，水中落差要进行严格管理，以防混凝土质量下降及水质污染。

在混凝土硬化前若受动水、波浪等冲刷，要注意设置模板或苫布保护混凝土。

10．导管法施工时，浇筑范围应与混凝土流动半径、导管数量和位置相匹配。

11．水下不分散混凝土的施工组织应尽量紧凑，从供料、搅拌、运输到浇筑要做到秩序井然，不得混乱。

12．浇筑后，对浇筑的水下不分散混凝土流动面、扩展状态及填充状态要进行认真检查，以保证混凝土工程的质量。

一般由潜水员直接观察或利用测深锤进行测定。