水下不分散混凝土的設計與施工方案

付曉麗，趙 晉，孫義俊

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南250013）

1 前言

隨著社會的發展和人類生活的需要，越來越多的工程要在水下施工，需要混凝土在水下能快速硬化并達到設計強度。要求混凝土有好的流動性和水下不分散性，還要有不低于P8的抗滲性，并且還要做好大體積混凝土的溫度裂縫控制及新老混凝土的良好結合，這就需要在混凝土的技術配比和施工方案上做好工作，通過試驗得出數據，為今后的水下混凝土施工提供參考。

2 水下不分散混凝土的性能要求

1）混凝土強度等級不低于C30。通過調整單方混凝土用水量、控制合理的水膠比來實現水下不分散混凝土的強度。

2）新拌混凝土的流動性。新拌混凝土運送到施工現場，坍落度不低于230 mm，擴展度不低于550 mm，不出現泌水、離析現象，能夠達到自密實效果。通過采用高性能聚羧酸外加劑、摻加合適比例的礦物摻合料和尾礦砂來提高混凝土的流動性，并保持良好的工作性能。

3）新拌混凝土水下不分散性能。混凝土澆筑后，能夠在水下實現良好的硬化并達到設計強度，不會因浸泡而分散或是強度大幅度降低。通過摻加合適品種的混凝土絮凝劑來實現混凝土的水下不分散性。

4）混凝土的抗滲性等級不低于P8?；炷翝仓螅軌驅崿F良好的抗滲性能，在一定水壓（9 m）條件下具有剛性自防水能力。通過摻加合適品種的混凝土膨脹劑來實現混凝土的抗滲性能。

5）大體積混凝土的溫度裂縫控制。由于此池底混凝土結構為1.3 m×7 m×9 m，屬于大體積混凝土結構，須重點控制水泥水化熱導致的溫度裂縫的產生。通過摻加合適比例的礦物摻合料、適當降低水泥用量、優化骨料顆粒級配、采用高性能聚羧酸減水劑等技術措施來減少水化熱釋放量，進而降低溫度應力來實現溫度裂縫的控制。

6）新老混凝土的良好結合。為保證混凝土結構具有良好的使用性能，要求新澆筑的池底混凝土與先前的池壁混凝土具有良好的結合效果。通過對池壁老混凝土進行分表面清理、鑿毛處理等措施，提高新老混凝土的結合強度和結合密實度來實現混凝土良好的結合。

7）混凝土的早期強度。為減少塑性混凝土浸泡在水中的時間，保證池底混凝土的早期性能，須在混凝土澆筑后盡快完成凝結，并在水壓條件下達到一定強度。主要控制指標：標養條件下混凝土終凝時間≤10 h，3 d強度不低于設計強度的60%，7 d強度不低于設計強度的90%；施工條件下終凝時間≤18 h，3 d強度不低于設計強度的20%，7 d強度不低于設計強度的50%（此項技術指標還需在測量水溫后進一步調整）；通過摻加一定比例的早強型減水劑來實現混凝土的早強效果。

8）混凝土的其他性能。要求混凝土無毒無害，對水質無不良影響。所有生產混凝土的原材料均采用無毒無害材料，特別是混凝土減水劑、早強劑和絮凝劑。

3 試驗方案

3.1 原材料性能要求

依據DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗規程》、GB175—2007《普通硅酸鹽水泥》，原材料性能要求，具體控制技術指標及混凝土配合比試驗見表1～表9。

表1 水泥技術指標（山水P.S.A42.5）

表2 粉煤灰技術指標（肥城石橫電廠Ⅰ級） %

表3 早強減水劑技術指標（建科院NC-J聚羧酸系高性能減水劑）

表4 膨脹劑技術指標（建科院NC-P1）

表5 碎石技術指標（濟南）

表6 黃砂技術指標（泰安）

表7 尾礦砂技術指標（泰安）

表8 絮凝劑技術指標（天津UWB-Ⅱ早強型水下不分散混凝土絮凝劑）

表9 混凝土配合比試驗 kg

調整水泥用量、摻合料摻量，早強減水劑、絮凝劑和膨脹劑的摻量，控制合適的水膠比，使之達到所要求的工作性能和強度。

3.2 混凝土性能測試

混凝土的工作性能包括坍落度、擴展度、凝結時間。強度：標準養護條件3 d、7 d、28 d；水中同條件3 d、7 d、28 d；水上同條件3 d、7 d、28 d。

試配1：混凝土出機坍落度為230 mm，擴展度為530 mm，初凝時間為8 h，終凝時間為14 h。標準養護條件下R3為19.2 MPa；R7為29.2 MPa；R28為45.7 MPa。水中同條件下R3為16.4 MPa；R7為27.8 MPa；R28為43.8 MPa。水上同條件下R3為16.9 MPa；R7為26.9 MPa；R28為43.1 MPa。

試配2：混凝土出機坍落度為240 mm，擴展度為580 mm，初凝時間為9.3 h，終凝時間為17 h。標準養護條件下R3為18.8 MPa；R7為28.0 MPa；R28為44.6 MPa。水中同條件下R3為16.1 MPa；R7為26.9 MPa；R28為43.5 MPa。水上同條件下R3為16.3 MPa；R7為26.2 MPa；R28為42.7 MPa。

試配3：混凝土出機坍落度為250 mm，擴展度為600 mm，初凝時間為10 h，終凝時間為17.6 h。標準養護條件下R3為16.8 MPa；R7為26.8 MPa；R28為40.1 MPa。水中同條件下R3為14.3 MPa；R7為25.2 MPa；R28為38.5 MPa。水上同條件下R3為14.0 MPa；R7為24.8 MPa；R28為38.2 MPa。

3.3 水化熱計算

計算絕熱溫升，根據大體積混凝土水化熱計算公式及模擬試驗3個配比混凝土的內部溫升，確定混凝土配合比為試配2。

3.4 混凝土配合比的優選確定

根據試驗結果，綜合考慮混凝土的各項性能，確定混凝土配合比為試配2。

4 水下不分散混凝土的施工及注意事項

1）澆搗水下不分散混凝土前，先吹洗下料管路，防止水倒灌入出料軟管內，導致竄水；施工過程中，料管出口控制在離澆搗面300～500 mm左右，使混凝土在水中自由落下，自流平；間歇澆筑時，為防海水倒灌入管內，導致竄水，可將導管下端插入已澆灌好的混凝土中。

2）水下不分散混凝土施工過程中難免有少量的水泥流失，從強度、耐久性、抗滲性等方面的要求考慮，水下不分散混凝土的單位水泥用量需要比普通混凝土的水泥用量大。

3）施工過程中，混凝土按順序澆筑，保持澆筑密實。

4）水下不分散混凝土的粘性強，其中的水泥難于被水沖洗掉，當混凝土澆筑到既定高度，待混凝土表面沉實和自流平終止后，即可進行表面抹平。自流平的終止時間一般為澆筑后1～2 h。如水下澆筑，不具備抹平條件者，僅自流平亦可。

5）配制水下不分散混凝土要求對環境水域無污染，對水產養殖、工業和民用水源無害，可適用于食品類的工程。