在建筑施工中, 水下混凝土的应用范围越来越广, 规模越来越大, 不但能浇注一般的水泥混凝土, 还能浇注纤维、沥青、树脂混凝土, 如钻孔灌注桩, 水中浇注基础结构, 水下、海工结构的施工等。施工中为了避免混凝土与水接触, 在进入浇注地点后, 混凝土浇筑过程宜连续进行, 直至达到一次浇注所需高度或高出水面为止, 并尽可能使与水接触的混凝土始终为同一部分, 以减少环境水的不利影响, 减少清除凝固后强度不符合要求的混凝土数量。
1 水下工程施工中原材料的选择
1.1 胶凝材料
为了保证混凝土质量和水下压浆的顺利施工, 宜选用细度大、泌水小和收缩率较小的水泥。如硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥可用于一般要求的水下混凝土工程; 火山灰水泥和粉煤灰硅酸盐水泥可用于具有一般要求及有侵蚀性海水、工业废水中的水下混凝土工程。水泥标号一般选用42.5, 且掺入活性掺和料矿物质超细粉, 以降低水泥石孔隙率、改善孔结构以及增加混凝土拌和物的流动度和黏度, 使混凝土具有很高的耐久性。
1.2 骨料
细骨料: 细度模数为2.1～2.8 之间的中砂, 表面要平滑, 颗粒浑圆。为满足流动性要求, 其含砂率较大, 一般为40%～50%。若用碎石, 砂率必须再增加3%～5%。对水下压浆混凝土, 以采用颗粒浑圆的细砂为宜, 砂的最大粒径应满足: dmax≤Dh /( 15～20) ≤2.5 mm dmax≤Dhmin/( 8～10) 。式中: Dh 为预填骨料的最大粒径, mm; Dhmin 为预填骨料的最小粒径mm。如果采用颗粒较粗的砂, 易破坏砂浆的黏性, 引起离析, 还阻碍水泥砂浆在预填骨料空间的流动。
粗骨料: 粗骨料的最大粒径与填注方法和浇注设备的尺寸有关。
外加剂: 为了增加混凝土的黏性, 使混凝土受水冲洗时不产生分离,在水下浇注混凝土时应掺入水下不分散性外加剂; 但为了保证混凝土的流动性, 水下不分散剂应与三聚氰胺系高效减水剂配合使用。这样一来,既提高了混凝土的黏性, 又提高了混凝土的流动性。
2 水下浇注混凝土的性能
2.1 新拌混凝土性能
与普通混凝土相比, 水下浇注混凝土具有抗水的冲洗作用、流动性大、填充性好、缓凝、无离析等特点, 用导管浇注水下混凝土时, 其流动形态有分层流动和隆起流动两种。分层流动形式的浇注, 对混凝土而言, 仅是面层有水膜层, 接触不紧密影响混凝土的质量。
2.2 硬化混凝土性能
水下浇注混凝土的强度受两方面因素影响: 一是水下不分散剂; 二是水下浇注的密实程度。水下浇注混凝土在水中制作的试件, 其抗压强度与采用的水下不分散剂的添加量有关, 大约为空气中制作试件的90%; 且弹性模量与相同强度的普通混凝土相比也稍低些。
3 水下浇注混凝土配合比设计
( 1) 水灰比。为了保证混凝土的强度, 同时也满足耐久性的要求, 若按强度确定的水灰比不能满足耐久性要求时, 则按耐久性确定水灰比,其水灰比应小于0.50。
( 2) 用水量。应选用适宜的水量。
( 3) 水泥用量。确定水泥用量时, 既要满足耐久性要求, 同时也应考虑施工方法的特殊性。第一, 考虑耐久性要求: 有抗渗性要求时, 混凝土水泥用量不少于300 kg/m3; 有抗冻性要求时, 混凝土水泥用量不少于330 kg/m3。第二, 考虑施工方法要求: 用混凝土泵输入时, 混凝土水泥用量不少于300 kg/m3; 用泵压法和导管法施工时, 混凝土水泥用量不少于370 kg/m3。
( 4) 砂率。在掺入水下不分散剂的混凝土中, 混凝土具有黏性、保水性, 即使砂率偏低, 混凝土仍具有不分散特性, 砂率一般为35%～40%。
( 5) 砂、石用量。砂、石用量用绝对体积法计量。
4 水下混凝土常见事故之因与处理措施
4.1 剪球时卡管
原因: 塞球直径与导管直径差别太小, 剪球前由于砂浆或细石料渗入导管与球壁之间造成堵塞。处理方法: 用一定长度( 一般比漏斗长2 m 左右) 直径约为20 mm～25 mm 的钢筋捅塞球, 使混凝土下落; 或利用机械振动使混凝土下落, 以保证混凝土下落时导管回落到正常的埋管的位置。
4.2 混凝土不合格
原因: 混凝土坍落度过小或拌和不均匀, 使漏斗口处粗骨料相互挤压密实而堵塞漏斗口, 导致剪球后混凝土难以下落。处理方法: 第一斗混凝土坍落度一般以控制在水下混凝土坍落度规范要求的高限为宜, 为确保剪球顺利, 可适当控制石料用量, 待剪球完成后再按正常配合比进行拌和。
4.3 灌注中途卡管
原因: 因机械故障( 如断电) 使混凝土在导管内停留时间过长, 或者灌注时间过长, 部分混凝土已初凝使下落阻力增大而堵在导管内。处理方法: 已灌注混凝土厚度3 m 以内出现卡管又无法补救到继续灌注时,停止浇注, 拔出导管, 采用吸泥机吸出混凝土。
4.4 埋管
原因: 导管埋深过大, 混凝土初凝使导管内外摩擦力增大。处理方法: 埋管深度不大于6 m, 且不小于1 m。为防止混凝土初凝, 除适当加缓凝剂外还应振动导管。