搜索
常州新闸防洪控制工程水下不分散砼护坦浇注施工方案中国石油集团工程技术研究院2001-11-28一、工程概况与水下不分散混凝土特点常州新闸防洪控制工程位于京杭大运河常州段，该段属黄金水运通道，新闸护坦钢筋布置密，底板厚度仅为1m，浇注面积大（20m×30m，不能分仓浇注），需一次性浇注完成，混凝土表面平整度为±7㎝，要求不断航浇注水下护坦混凝土，故水下混凝土浇注必须带水施工，这就要求水下混凝土必须具有良好的抗水洗性、自流平性，整体施工不出现施工逢等。如采用普通混凝土浇注，必须满足水下混凝土的超流平性能要求。而普通混凝土混合物是一种多相粗分散体系，颗粒之间的粘结力小，又因其各组分的密度、粒径不同，因此在水中浇灌时极易分散，水泥、砂石分层离析，改变了混凝土混合物的级配组成，水泥流失，污染水质，混凝土强度下降。浇注到水下的混凝土因其流动度过大容易产生离析或施工逢，很难满足护坦混凝土表面平整度和内部质量要求。如果利用普通混凝土施工，难以解决一次浇注面积大、表面平整度要求高的施工难题。UWB-II絮凝剂是一种水溶性含有长链的高分子聚合物，它在水中具有易溶性或速溶性；具有微观分子应具有的长链结构；对混凝土拌和物的施工性能、硬化混凝土的力学性能及长期性能不产生有害影响；对生物及施工水域环境无毒性。它能将水泥颗粒吸附到分子链上，通过分子链在水泥细颗粒之间纵横交叉的“架桥”联系作用，把许多颗粒连接在一起，形成稳定的网状结构。在普通混凝土中加入抗分散剂—UWB-II絮凝剂后，由于其表面活性作用，改变了混凝土拌和物粗分散体系中颗粒的表面电位，显著降低了粒子间的排斥势能，增大了颗粒间吸引的势能，使多相粗分散体凝聚在一起，起到增稠不分散的作用，从而达到抗水洗的目的。由于上述作用，水中浇注的混凝土拌和物在水中施工时抗分散、不离析，具有良好的自流平性和自密实性，成为一种新型的水中抗分散混凝土。掺加UWB-II絮凝剂的水下不分散混凝土，在保证抗分散性能的前提下，能够最大可能的满足水下混凝土的自流平性能，流动半径可控制在3.0m~6.0m。水下不分散混凝土另有一显著特点——触变性，即混凝土在静止一段时间后，流动性会逐渐丧失，但在外力触动下（如搅拌等），其流动性可马上恢复，拌和物在流动过程中将环境水挤走，与已浇混凝土密实的粘接在一起，形成整体，从而减少水下混凝土施工缝，但要求速度必须快且连续浇注，才能最大限度的降低混凝土表面高差。考虑到运输及浇注操作等时间的延长，控制其塌落度（塌扩度）在1.0小时内基本不损失，水下不分散混凝土凝结时间一般在10~20h，能够保证水下混凝土工程的施工质量。二、材料要求水下不分散混凝土用材料和普通混凝土一样，没有特殊要求；在该工程中，根据搅拌站现有的材料，我们建议所用材料应达到如下指标：1、水泥：425#矿渣硅酸盐水泥。2、粉煤灰：二级以上粉煤灰。3、砂：中砂，细度模数2.4~3.0，含泥量3%。4、石子：粒径5~20，连续级配，含泥量1%。5、外加剂：UWB-II-II泵送型水下不分散混凝土絮凝剂。三、水下不分散混凝土性能1、配合比根据工程表面流平要求和施工时环境、温度影响，考虑水下不分散混凝土流动性和抗分散性要求，我们建议提高单方混凝土胶结料用量，以保证流动性和粘性，使之自流平自密实。通过试验，推荐以下混凝土配合比：（kg/m3）水泥粉煤灰水砂石子UWB-II47550225~24563695412由于絮凝剂增加了混凝土的粘性，与普通混凝土相比，单方混凝土用水量提高，在保证一定塌落度的前提下，为控制水灰比，提高了单方混凝土的胶结料用量，考虑到现场施工条件及水陆强度比，陆上按C25设计，以保证水下C20强度。2、流动性混凝土塌落度控制在22~25cm，塌扩度45~55cm范围，以保证泵送工艺要求；在该范围内混凝土的可泵性好，混凝土的表面平整度可控制在±7cm以内。3、凝结时间根据搅拌站和混凝土泵的输送能力，混凝土的初凝时间初步控制在10~20小时之间，终凝时间小于36小时；在初凝时间内，完成混凝土的整体连续浇注。4、水中分离度通过混凝土的水陆强度比来测定。即相同配比的混凝土在水中30cm的落差下和空气中分别成型，两者之间的龄期强度比值。此工程用絮凝剂控制水陆强度比7天不小于60%，28天不小于70%。5、泌水率、含气量该混凝土因其粘性和保水性，其泌水率一般低于0.5%，含气量一般小于4.0%。6、特别要求以上各指标须在正式施工前确定，通过试验室内的混凝土配合比和外加剂的调整，使混凝土外加剂的性能满足现场施工要求后，方可进行中试试验或直接进行大面积的工程应用。四、施工工艺方案1、由于导管法能最大限度的保证水下混凝土质量，虽然采用水下不分散技术，推荐采用导管法；混凝土导管内径为25厘米，导管作用半径在3~5m之间。2、结合水下不分散混凝土流动性，在浇注过程中，如果混凝土浇注面上升速度能控制在1m/h以上时，混凝土表面高差可控制在7cm以内。根据此工程特点，控制1m/h的上升速度有一定困难，建议采用挠性软管补平浇注法来控制表面高差。即每个浇注点混凝土高度到1m标高时，停止浇注，移导管至第二个浇注点继续浇注；同时，采用悬臂泵车接挠性软管由潜水员移动浇灌位置，将第一个浇注块表面一次性找平，如下图，依次类推，使施工平面整体向前推进。3、找平浇注施工时，建议采用下图示浇注方法：在补平浇注时，必须保证导管内混凝土浇注的连续性，导管内始终填充混凝土，当混凝土输送中断时，最好用麻袋把软管口包住，防止水反窜。4、水下不分散混凝土因为不需振捣器振捣，所以续浇注混凝土时，必须在已浇混凝土尚有流动性的情况下，再浇灌后一道混凝土，使两者成为一体。这样确保混凝土的衔接是密实的，不存在施工缝。水下不分散混凝土有充分流动性的时间，为搅拌后2~5小时。因此，补平混凝土应在导管混凝土浇注时间的5小时以内施工完毕。五、注意问题1、搅拌站混凝土的搅拌时间应不少于3分钟，外加剂由计量设备计量加入，条件不足时，可根据混凝土搅拌量确定出每次所需外加剂量，设计出每次搅拌所需外加剂袋装量（即一次一袋，非标准包装），有专人负责加入。2、本产品加入到混凝土中后，混凝土具有一定的粘性，可能导致混凝土在搅拌站下料时困难，有必要时请现场工人予以协助。3、混凝土的搅拌出料时间、运输时间及现场混凝土的浇注时间三者之间要协调好，步调一致，争取在半小时内完成一次的浇注任务。4、水下不分散混凝土粘性增大，与普通混凝土相比，泵送效率降低1/2~1/3，泵送阻力增加约1倍。搅拌能力也相应降低，施工前应作充分考虑。5、现场宜增加一些混凝土运输车和混凝土悬臂泵，保证泵车输送混凝土的连续性，即使有间隙，最好前后时间控制在5分钟以内。6、根据水下不分散混凝土特点，结合水工混凝土要求，我们建议水温低于5度时，水下不分散混凝土应停止施工。六、施工质量检测1、混凝土入泵前取样检验，检验塌落度、塌扩度值，同时陆地成型试件，终凝后，拆模，将混凝土试件现场水中和标准条件下分别养护至龄期，测定龄期强度。2、连续浇灌的混凝土每100m3取样一次，检测浇注混凝土质量的均匀性。附1：水下不分散混凝土试验（常州中铁一局试验室试验）10月25日，应常州新闸抗洪工程项目部要求，工程院与中铁一局混凝土搅拌站就新闸护坦工程应用水下不分散混凝土事宜达成共识，有新闸项目部、工程院和搅拌站试验室有关技术人员共同对该材料的性能进行测试。一、目的测试搅拌站现有材料能否满足水下不分散混凝土要求，测定不同的胶结料用量对水下成型混凝土强度的影响。二、原材料水泥：海螺牌425#矿渣水泥。砂：芜湖砂，细度模数2.5~2.6，含水率5%。石子：宜兴产，粒径5~20，二级配。外加剂：UWB-II絮凝剂，天津工程技术研究院生产。三、试验步骤1、将砂、石子、水泥、絮凝剂依次加入立式强制搅拌机，干拌15s，加入计量好的水（液体外加剂同时加入），搅拌3分钟。2、测初始、30分钟的塌落度、塌扩度值，以初始塌落度大于20㎝，塌扩度大于35㎝，同时30分钟塌落度大于23㎝，塌扩度大于45㎝为合格。3、成型陆上及水下试块，测凝结时间。4、测定7天和28天龄期试件强度。四、结果与讨论混凝土配合比共分四组，每组陆地、水下分别成型试件（10×10×10）。1、水泥粉煤灰水砂石子UWB-II1m340050225670100511.2515升6.00.753.37510.0515.0750.17实际用水量：3.15（未含砂中含水量）塌落度：21.5塌扩度：38×4130分钟后塌落度：23.5塌扩度：56×562、水泥粉煤灰水砂石子UWB-II1m34505025064096012.515升6.750.753.759.614.40.19实际用水量：2.97（未含砂中含水量）塌落度：21.5塌扩度：40×453、水泥粉煤灰水砂石子UWB-II1m35005025062093013.7515升7.50.753.759.30.140.21实际用水量：2.90（未含砂中含水量）塌落度：24.5塌扩度：56×564、水泥粉煤灰水砂石子UWB-IIJK4031m34505025064096012.57.5415升6.750.753.759.614.40.190.075实际用水量：2.70（未含砂中含水量）10分钟后塌落度：24.5塌扩度：56×56强度试验结果如下组别7天抗压强度Mpa28天抗压强度Mpa陆地标养水下标养R水/R陆陆地标养水下标养R水/R陆1-----11.335.021.30.61231.119.20.6248.330.80.64337.324.50.6653.240.80.77439.724.50.6259.039.00.66从混凝土绝对强度来看，4组数据均能满足C20的设计要求；但从水陆强度比数据看，只有第三组7天大于60%，28天大于70%。考虑水下混凝土离散差异系数及自流平性，从保守角度出发，故推荐优先采用第三组配合比。附2：水下不分散混凝土低温强度试验根据常州试验结果，综合考虑施工环境温度、浇注工艺、流平要求等诸多因素，我们调整了絮凝剂和混凝土配合比；通过试验筛选，优化组合，最后确定了本试验的水下不分散混凝土的配合比组成，进行进一步的低温试验研究。一、目的针对常州新闸工程，测定水下不分散混凝土低温时凝结时间、强度发展、水陆强度比等情况。二、原材料水泥：冀东42.5R普通硅酸盐水泥。砂：河砂，细度模数2.5~2.7，含水率5%。石子：碎石，粒径5~25，连续级配。外加剂：UWB-II絮凝剂，天津工程技术研究院生产。三、试验步骤1、将砂、石子、水泥、絮凝剂依次加入立式强制搅拌机，干拌15s，加入计量好的水（液体外加剂同时加入），搅拌3分钟。2、测初始、30分钟的塌落度、塌扩度值，以初始塌落度大于20㎝，塌扩度大于35㎝，同时30分钟塌落度大于23㎝，塌扩度大于45㎝为合格。3、陆上及水下试块，测凝结时间、泌水率、含气量。4、测定7天和28天龄期试件强度。四、结果讨论同一种混凝土配比成型六组，分别在标养条件、4℃和9℃成型陆地、水下试件（10×10×10）。1水泥粉煤灰水砂石子UWB-II11m34805025062894211.2515升6.00.753.759.4214.130.17初始塌落度21.0㎝，塌扩度35㎝×38㎝，30分钟塌落度23.5㎝，塌扩度48㎝×45㎝。2水泥粉煤灰水砂石子UWB-II2JK4031m34805025062894211.2510.615升6.00.753.759.4214.130.170.16初始塌落度23.0㎝，塌扩度42㎝×47㎝，30分钟塌落度25㎝，塌扩度56㎝×57㎝。低温试验结果如下组别养护条件R7MpaR水/R陆（%）R28MpaR水/R陆（%）凝结时间，h泌水率（%）含气量（%）陆上水下陆上水下初凝终凝14℃16.79.55727.417.363354202.99℃22.914.26233.522.8682028标养32.821.36544.030.870152024℃19.511.55928.119.469