水下不分散混凝土的设计与施工方案

付晓丽，赵 晋，孙义俊

（山东省水利勘测设计院，山东 济南250013）

1 前言

随着社会的发展和人类生活的需要，越来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达到设计强度。要求混凝土有好的流动性和水下不分散性，还要有不低于P8的抗渗性，并且还要做好大体积混凝土的温度裂缝控制及新老混凝土的良好结合，这就需要在混凝土的技术配比和施工方案上做好工作，通过试验得出数据，为今后的水下混凝土施工提供参考。

2 水下不分散混凝土的性能要求

1）混凝土强度等级不低于C30。通过调整单方混凝土用水量、控制合理的水胶比来实现水下不分散混凝土的强度。

2）新拌混凝土的流动性。新拌混凝土运送到施工现场，坍落度不低于230 mm，扩展度不低于550 mm，不出现泌水、离析现象，能够达到自密实效果。通过采用高性能聚羧酸外加剂、掺加合适比例的矿物掺合料和尾矿砂来提高混凝土的流动性，并保持良好的工作性能。

3）新拌混凝土水下不分散性能。混凝土浇筑后，能够在水下实现良好的硬化并达到设计强度，不会因浸泡而分散或是强度大幅度降低。通过掺加合适品种的混凝土絮凝剂来实现混凝土的水下不分散性。

4）混凝土的抗渗性等级不低于P8。混凝土浇筑后，能够实现良好的抗渗性能，在一定水压（9 m）条件下具有刚性自防水能力。通过掺加合适品种的混凝土膨胀剂来实现混凝土的抗渗性能。

5）大体积混凝土的温度裂缝控制。由于此池底混凝土结构为1.3 m×7 m×9 m，属于大体积混凝土结构，须重点控制水泥水化热导致的温度裂缝的产生。通过掺加合适比例的矿物掺合料、适当降低水泥用量、优化骨料颗粒级配、采用高性能聚羧酸减水剂等技术措施来减少水化热释放量，进而降低温度应力来实现温度裂缝的控制。

6）新老混凝土的良好结合。为保证混凝土结构具有良好的使用性能，要求新浇筑的池底混凝土与先前的池壁混凝土具有良好的结合效果。通过对池壁老混凝土进行分表面清理、凿毛处理等措施，提高新老混凝土的结合强度和结合密实度来实现混凝土良好的结合。

7）混凝土的早期强度。为减少塑性混凝土浸泡在水中的时间，保证池底混凝土的早期性能，须在混凝土浇筑后尽快完成凝结，并在水压条件下达到一定强度。主要控制指标：标养条件下混凝土终凝时间≤10 h，3 d强度不低于设计强度的60%，7 d强度不低于设计强度的90%；施工条件下终凝时间≤18 h，3 d强度不低于设计强度的20%，7 d强度不低于设计强度的50%（此项技术指标还需在测量水温后进一步调整）；通过掺加一定比例的早强型减水剂来实现混凝土的早强效果。

8）混凝土的其他性能。要求混凝土无毒无害，对水质无不良影响。所有生产混凝土的原材料均采用无毒无害材料，特别是混凝土减水剂、早强剂和絮凝剂。

3 试验方案

3.1 原材料性能要求

依据DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土试验规程》、GB175—2007《普通硅酸盐水泥》，原材料性能要求，具体控制技术指标及混凝土配合比试验见表1～表9。

表1 水泥技术指标（山水P.S.A42.5）

表2 粉煤灰技术指标（肥城石横电厂Ⅰ级） %

表3 早强减水剂技术指标（建科院NC-J聚羧酸系高性能减水剂）

表4 膨胀剂技术指标（建科院NC-P1）

表5 碎石技术指标（济南）

表6 黄砂技术指标（泰安）

表7 尾矿砂技术指标（泰安）

表8 絮凝剂技术指标（天津UWB-Ⅱ早强型水下不分散混凝土絮凝剂）

表9 混凝土配合比试验 kg

调整水泥用量、掺合料掺量，早强减水剂、絮凝剂和膨胀剂的掺量，控制合适的水胶比，使之达到所要求的工作性能和强度。

3.2 混凝土性能测试

混凝土的工作性能包括坍落度、扩展度、凝结时间。强度：标准养护条件3 d、7 d、28 d；水中同条件3 d、7 d、28 d；水上同条件3 d、7 d、28 d。

试配1：混凝土出机坍落度为230 mm，扩展度为530 mm，初凝时间为8 h，终凝时间为14 h。标准养护条件下R3为19.2 MPa；R7为29.2 MPa；R28为45.7 MPa。水中同条件下R3为16.4 MPa；R7为27.8 MPa；R28为43.8 MPa。水上同条件下R3为16.9 MPa；R7为26.9 MPa；R28为43.1 MPa。

试配2：混凝土出机坍落度为240 mm，扩展度为580 mm，初凝时间为9.3 h，终凝时间为17 h。标准养护条件下R3为18.8 MPa；R7为28.0 MPa；R28为44.6 MPa。水中同条件下R3为16.1 MPa；R7为26.9 MPa；R28为43.5 MPa。水上同条件下R3为16.3 MPa；R7为26.2 MPa；R28为42.7 MPa。

试配3：混凝土出机坍落度为250 mm，扩展度为600 mm，初凝时间为10 h，终凝时间为17.6 h。标准养护条件下R3为16.8 MPa；R7为26.8 MPa；R28为40.1 MPa。水中同条件下R3为14.3 MPa；R7为25.2 MPa；R28为38.5 MPa。水上同条件下R3为14.0 MPa；R7为24.8 MPa；R28为38.2 MPa。

3.3 水化热计算

计算绝热温升，根据大体积混凝土水化热计算公式及模拟试验3个配比混凝土的内部温升，确定混凝土配合比为试配2。

3.4 混凝土配合比的优选确定

根据试验结果，综合考虑混凝土的各项性能，确定混凝土配合比为试配2。

4 水下不分散混凝土的施工及注意事项

1）浇捣水下不分散混凝土前，先吹洗下料管路，防止水倒灌入出料软管内，导致窜水；施工过程中，料管出口控制在离浇捣面300～500 mm左右，使混凝土在水中自由落下，自流平；间歇浇筑时，为防海水倒灌入管内，导致窜水，可将导管下端插入已浇灌好的混凝土中。

2）水下不分散混凝土施工过程中难免有少量的水泥流失，从强度、耐久性、抗渗性等方面的要求考虑，水下不分散混凝土的单位水泥用量需要比普通混凝土的水泥用量大。

3）施工过程中，混凝土按顺序浇筑，保持浇筑密实。

4）水下不分散混凝土的粘性强，其中的水泥难于被水冲洗掉，当混凝土浇筑到既定高度，待混凝土表面沉实和自流平终止后，即可进行表面抹平。自流平的终止时间一般为浇筑后1～2 h。如水下浇筑，不具备抹平条件者，仅自流平亦可。

5）配制水下不分散混凝土要求对环境水域无污染，对水产养殖、工业和民用水源无害，可适用于食品类的工程。