水下不分散混凝土设计与施工指南（水下不分散混凝土施工技术研究）

水下不分散混凝土设计与施工指南（水下不分散混凝土施工技术研究）3.1 原材料选择3 试验研究 水下不分散混凝土通过优选原材料、优化配合比，适量添加专用的混凝土絮凝剂（一种由水溶性高分子聚合物、表面活性物质等复合而成的粉末状外加剂），使混凝土拌合物保水性增强，粘聚性好，不出现泌水和浮浆，浇筑到水下后具有很强的抗分离性和良好的流动性，实现水下混凝土的自流平、自密实，有效的抑制水下施工时水泥和骨料分离，并且不污染施工水域。科学组织施工，使水下不分散混凝土，在水中落差0.3～0.5m时，其抗压强度可达同样配比时陆地混凝土强度的85％以上。 适用于沉井封底、围堰、沉箱、水下连续墙、水下RC板，以及大口径灌注桩、水库修补、水下承台、海堤护坡、封桩堵漏等各种水下浇筑的混凝土工程和抢修工程。 水下不分散混凝土与常规混凝土水下施工相比较，具有很多优势。大大地简化水下施工工艺步骤，降低了成本，加快施工进度，缩短了工期时间，可使混凝土水下施工陆地化，在很大程度上降低施工的

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1 工程概况

某军工工程底板底面标高-8.80m（如图1、图2所示），设计为C35混凝土，施工时处于地下水位2m以下，地下工程设计刚性防水，由于周围特定原因，施工时不能降水。为了确保工程质量和进度，降低成本，在底板施工前，采用水下不分散混凝土制作水池形封闭式防水围挡结构，成型后再将围挡内水抽干（不影响周边地下水位），表面干燥后再在池内做防水、绑钢筋、浇筑底板混凝土。在整个底板施工过程中，如何做好封闭式围挡，使混凝土在水下浇筑时不分散，无需振捣、自动流平、自动密实，凝固后形成水池形封闭式围挡，将是整个底板混凝土施工成功于否的关键，所以各个技术环节都应该高度重视。

2 基本技术路线

水下不分散混凝土通过优选原材料、优化配合比，适量添加专用的混凝土絮凝剂（一种由水溶性高分子聚合物、表面活性物质等复合而成的粉末状外加剂），使混凝土拌合物保水性增强，粘聚性好，不出现泌水和浮浆，浇筑到水下后具有很强的抗分离性和良好的流动性，实现水下混凝土的自流平、自密实，有效的抑制水下施工时水泥和骨料分离，并且不污染施工水域。科学组织施工，使水下不分散混凝土，在水中落差0.3～0.5m时，其抗压强度可达同样配比时陆地混凝土强度的85％以上。

适用于沉井封底、围堰、沉箱、水下连续墙、水下RC板，以及大口径灌注桩、水库修补、水下承台、海堤护坡、封桩堵漏等各种水下浇筑的混凝土工程和抢修工程。

水下不分散混凝土与常规混凝土水下施工相比较，具有很多优势。大大地简化水下施工工艺步骤，降低了成本，加快施工进度，缩短了工期时间，可使混凝土水下施工陆地化，在很大程度上降低施工的风险性，并且还可以使以往无法施工的水下薄壁、窄小和异型等特殊结构得以顺利完成。

3 试验研究

3.1 原材料选择

水泥：水泥活性是决定混凝土强度的基本条件。选用质量稳定、活性较高、需水量低、流变性能好的P.O42.5中低热水泥，安定性合格，进场强度≥52MPa，标准稠度用水量≤27%，与外加剂、掺合料的适应性好。

砂子：采用洁净、级配良好的低碱活性二区中砂，Mx=2.3～3.0，含泥量≤3%，泥块含量≤1%。

石子：选用粒径5～31.5mm连续级配的非活性机制碎石，质地坚硬、洁净，级配合理，含泥量≤1%，针片状颗粒含量≤10%。

外加剂：高效减水剂是满足混凝土工作性要求和获得最终强度的关键材料，选用聚羧酸类高效减水剂，减水率≥25%，以便有效地减少拌合用水，降低水胶比，大幅度提高混凝土强度。还可以更好地分散掺合料和水泥颗粒，使其不易絮结成块，增加混凝土的流动性。

掺合料：制备高性能混凝土仅仅依靠水泥活性和提高水泥用量是远远不够的，且水泥用量过高对混凝土性能并不完全有利。为此，选用二种矿物掺合料，利用叠加效应获得较高的活性系数。同时，可以改善水泥石的微孔结构，减少空隙，使混凝土更加致密，提高耐久性。

粉煤灰：F类II级粉煤灰，烧失量≤8%，需水量比≤100%。

矿渣粉：95级粒化高炉矿渣，经干燥、粉磨，达到相当细度，其细度为（400±20）m²/kg。

早强型混凝土絮凝剂：市场采购专业生产厂家新一代产品。

拌合水：采用自来水。

3.2 混凝土拌合物主要设计参数

塌落度（240±30）mm；扩展度≥450mm；排空时间15～45S；凝结时间：初凝4～6h，终凝6～8h；压力泌水≤5L；含气量2%～4%。

3.3 C35混凝土配合比设计

在统一配合比的基础上，在保证混凝土工作性能基本一致的条件下，根据絮凝剂掺量的变化，相应的调整用水量，测定各个龄期混凝土强度；分析絮凝剂的不同掺量、对混凝土单位用水量、工作性和各个龄期强度的影响，得出规律性的结论。混凝土配合比及试配情况见表1，C35混凝土抗压强度试验结果见表2。

4 结果分析

（1）试配时用倒置的混凝土塌落度筒测试，排空时间在15～35s之间，扩展度均大于400mm，不泌水，说明混凝土具有良好的可泵性。

（2）未掺絮凝剂的混凝土拌合物如图3所示，掺絮凝剂1.0%的混凝土拌合物如图4所示。从图3和图4可以看出，掺絮凝剂的混凝土保水性和粘聚性明显好于基准混凝土，而且随着掺量的增加而效果更加显著。

（3）絮凝剂掺量与混凝土单位用水量的关系如图5所示，絮凝剂掺量与混凝土强度的关系如图6所示。从图5、图6可以看出，随着絮凝剂掺量的提高，混凝土单位用水量呈直线型急剧增加，从而导致混凝土强度也随之大幅度降低。

（4）不同掺量絮凝剂在各龄期与混凝土强度的关系如图7所示。从图7可以看出，掺不同量絮凝剂的混凝土，各个龄期的强度发展规律与基准混凝土基本一致。

通过以上分析，在保证混凝土强度（考虑水陆强度比）、工作性（保水性、粘聚性、流动性）的前提下，选择适宜的絮凝剂和合理的掺量，是保证水下不分散混凝土施工质量的技术关键。

由于絮凝剂的掺量低了，混凝土保水性和抗分离性不满足要求，水中强度低；掺量高了，虽然保水性好，但用水量增大或者工作性变差，强度降低，同时也不经济，所以絮凝剂的合理掺量应该通过试验确定。

5 配合比确定

通过以上试验研究，综合考虑原材料和现场施工工艺情况，最终确定原材料如下，C35水下不分散混凝土配合比见表3。

水泥：涞水冀东水泥有限责任公司产P.O 42.5水泥；

砂子：张家口万全区富发矿业有限公司产二区中砂；

石子：张家口万全区富发矿业有限公司产5～31.5mm连续级配碎石；

外加剂：北京瑞斯建材有限公司产聚羧酸类高效减水剂；

粉煤灰：大唐同舟科技有限公司张家口分公司产F类II级粉煤灰；

矿渣粉：河北宣化环城建筑料业有限公司产95级粒化高炉矿渣粉；

絮凝剂：中国石油研究院生产的II型水下混凝土絮凝剂；

拌合水：自来水。

6 施工组织和工艺要求

（1）侧墙模板需要悬挂支护，侧压力、稳定性都必须满足要求。

（2）围挡结构底板和侧墙应适当配置构造钢筋，具体数量和间距由施工单位与设计商定。

（3）混凝土应连续浇筑，中间间断时间不能大于30min。整体结构浇筑混凝土应在12h内完成。

（4）泵管要深入水中，出料口距离混凝土浇筑面不能超过50cm，底板接近顶面高度时泵管随即向浇筑方向移动，以此类推。顶面成型时可辅助使用振动棒轻轻的平拖或用小刮杠找平，底板浇筑顶面控制标高允许偏差： 0～50mm。

（5）先浇筑底板混凝土，之后停顿2～3h，待底板凝土基本失去流动性（相对稳定）以后，再浇筑侧墙混凝土，侧墙分两层浇筑，每层50～60cm，应避免新浇筑的底板混凝土因受到侧墙混凝土压力而向上起拱。

（6）围挡结构侧墙模板应在混凝土强度达到50%以上时再拆除。

根据以上要求，施工单位于2018年4月25日浇筑了水下不分散混凝土，沿一端浇筑混凝土至水面以上设定高度，再逐步向前推移，挤压排水至最后首尾闭合，整个施工顺利，效果良好，28天强度达到了44.4MPa，拆模排净水后观察，混凝土表面光洁、密实，没有渗漏（图8～图11为工程施工现场）。

结语

综上所述，通过优选原材料、优化配合比，选择适宜的絮凝剂、确定合理掺量，可以配置出保水性和抗分离性好的水下不分散混凝土。可以根据设计要求，配置成不同强度等级的混凝土，不用振捣，不用养护，可以实现水下浇筑施工。不采用特殊的原材料和特殊的施工工艺，组织施工方便。可以节省人工，有利于加快施工进度，降低工程造价。（来源：《混凝土世界》2018.10）

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