水下不分散混凝土施工技术

1水下不分散混凝土施工技术1.概述众所周知，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、砾石骨料，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方法通常有两类：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。这些施工方法使混凝土拌合物容易受到水的冲刷造成材料严重离析，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、石油、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、大连港码头修复、湖北黄石长江大桥、武汉二桥、洛阳黄河桥、胜利油田、辽河油田、钱塘江大堤加固、长江取水工程、秦山核电站取水口、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100MPa的水下不分散混凝土。2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组分拌合物配合比（%）40㎝深水中落下后的配合比普通混凝土水下不分散混凝土水22.724.224.6水泥13.65.012.3细骨料26.027.122.9粗骨料37.643.740.2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内还可保持流动能力，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、骨架及模板的缝隙内依靠自重填充。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3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：fw，28——水中成型28d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抗压强度MPa抗折强度MPa抗渗性能轴心抗压强度MPa劈裂抗拉强度MPa容重kg·m-37d28d7d28d21.428.33.495.73S823.42.772326注:W/C=0.40，W=180kg/m3，Sp=40%，水中成型。3.水下不分散混凝土的主要施工方法3.1水下不分散混凝土按施工条件的不同，常用的方法有：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。43.2水下不分散混凝土的施工方法简介3.2.1导管法a)适用范围：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方法，是最常用的施工方法之一。b)施工机具：由混凝土装料漏斗及混凝土下流的导管组成，导管内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。避免管内充水后，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，使导管内经常充满混凝土，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。在导管内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，管内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)适用范围：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，先在输送管内塞入海绵球，而后泵送水下不分散砂浆，以使混凝土与输送管内的水隔开；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)适用范围：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。b)施工机具：吊罐。吊罐宜采用圆锥形，也可采用方形。罐底开口宜用弧形门，以确保混凝土能顺利流出。5c)技术要点：浇筑混凝土时，利用吊机将吊罐轻轻沉放于水中，当吊罐底离浇筑仓面一定距离后，打开底门，待混凝土排出后，将吊罐缓缓提离混凝土面。3.2.4其它浇筑方法a)用溜槽直接浇筑：适用于流动性大的混凝土，如果太干则难以浇筑。b)用手推车直接浇筑:适用于小规模工程，需要平稳的手推车道，但由于水下不分散混凝土的粘性较大，卸车困难。c)利用混凝土搅拌船的输送带进行直接浇筑：常与手推车、吊罐法联合使用,适用于干硬性混凝土的施工。4.水下不分散混凝土质量控制4.1严格控制水下不分散混凝土配合比。水下不分散混凝土最小水泥用量应为360㎏/m³，一般单位水泥用量宜大于400㎏/m³。粗骨料应采用连续级配，最大粒径宜控制在40㎜以下，如需泵送，粗骨料的最大粒径应不超过25㎜。砂率宜在36%～46%范围内。絮凝剂应按施工方法和施工条件通过试验确定其掺量，一般絮凝剂掺量占混凝土中水泥和胶结料质量的1.5%～3.0%水下不分散混凝土的流动性，在满足施工要求的范围内，应尽量小一些，表3给出了几种施工方法坍扩度推荐范围：表3水下不分散混凝土坍扩度推荐范围施工条件坍扩度范围（㎜）水下滑道施工300～400利用混凝土导管施工360～450利用混凝土泵施工450～550需极好流动性时550以上4.2模板模板应选择不易损坏、不易变形及腐蚀性小的材料，同时还要有必要的刚度、强度和耐久性，水下混凝土多采用钢质模板材料，模板应组装严密，不得使水泥浆从接缝处漏失。4.3水下不分散混凝土浇筑前，应对基底浮泥进行挖除，最后用高压水枪冲洗，务必在清淤后，使护基底干净无杂物，无浮泥。64.4水下不分散混凝土在浇筑时，浇筑水域动水速度应小于3m/s。水中自由落差应不大于500㎜。4.5混凝土表面平整度的控制由于混凝土的表面平整度浇筑点的分布和密度有很大关系，在施工过程中，根据混凝土的流动性来确定浇筑点的分布。混凝土的浇筑原则是宁高勿低，待混凝土表面沉实和自流平停止后，由潜水员利用钢制压板压平。在浇筑完成后，用水下摄像机对仓面进行拍摄，水上监控人员通过传送上来的图像检查平仓的情况和是否出现漏浇现象。5.结束语5.1絮凝剂从根本上改变了混凝土的性质，使水下不分散混凝土具有优良的水下抗分散性、良好的自流平性及自密实性。5.2与传统水下普通混凝土施工技术相比，水下不分散混凝土施工新技术可简化施工工艺、缩短工期、降低工程成本、确保工程质量。5.3水下不分散混凝土施工方法种类繁多，对施工机具的要求较低、施工简单、应用范围广泛。可进行大面积薄壁水下混凝土施工、钢筋混凝土构件等高质量水下构筑物的施工、防止水质污染的施工、抢险救灾等紧急工程，以及难以应用普通水下混凝土进行施工的地方。5.4水下不分散混凝土很大一部分工作是由潜水员完成的，故在施工前应对潜水员进行技术培训，提高其素质，保证工程质量。5.5水下不分散混凝土的施工需要严格的施工组织设计、施工管理及质量检测手段。