公路水下混凝土水中抗分離劑應(yīng)用技術(shù)

摘　要: 介紹水中抗分離劑的主要成份及其配制成的水下不分離混凝土的主要性能, 以及此種新型水下混凝土的施工要求及其工程應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞: 公路工程; 水泥混凝土; 水中抗分離劑; 水下混凝土; 工程應(yīng)用

　　水下澆筑混凝土可省去為創(chuàng)造干地施工條件所必須的圍堰、基礎(chǔ)防滲和基坑排水工程的工期和費用, 而且無論是寒冷還是炎熱季節(jié), 水環(huán)境對混凝土硬化都具適宜條件, 在無法建成圍堰的情況下, 水下混凝土甚至是形成水中混凝土建筑物的唯一方法。因此, 如何提高水下混凝土的質(zhì)量一直成為人們研究的課題。

　　眾所周知, 水泥雖然是水硬性材料, 但若將水泥混凝土拌和物直接傾倒于水中, 當其穿過水層時, 骨料便與水泥分離, 且很快沉到水底, 被水沖刷下來的水泥顆粒, 部分被水帶走, 部分長期處于懸浮狀態(tài)。當水泥下沉時, 已呈凝固狀態(tài), 失去膠結(jié)骨料能力。澆下去的水泥混凝土拌和物分為一層砂礫石骨料,一層薄而強度很低的水泥絮凝體或水泥渣, 不能滿足工程要求。因此, 水下混凝土過去都要求在與環(huán)境水隔離的條件下澆筑, 而且要求澆筑過程不要中斷,以減少水的不利影響, 在其凝固后還要清除一定數(shù)量的強度不符合要求的水泥混凝土。因此, 以往水下混凝土質(zhì)量好壞, 主要取決于施工的優(yōu)劣, 關(guān)鍵是盡量隔斷水泥混凝土與水的接觸。常用的方法有袋裝迭置法、開底容器法、混凝土泵壓法及導管法和預填骨料壓漿施工法。近年來, 又對澆筑機具進行了各種改進和開發(fā), 出現(xiàn)了KDT 施工法等特殊澆筑形式,但使用最多的還是導管法及在其基礎(chǔ)上的改進。但導管法只適于水深115 m 以上而且導管口埋入水泥混凝土深度必須大于1 m , 導管要隨水泥混凝土面的升高而逐漸向上提升, 不能左右移動。導管法施工與水接觸部分混凝土易受水的沖洗而發(fā)生水泥漿流失, 致使表層水泥混凝土強度降低, 底層與基礎(chǔ)粘結(jié)不牢。據(jù)介紹[ 1 ] , 用導管法施工時, 其表層水泥混凝土強度損失可達50% , 在間歇施工時, 常因此要清除掉15～ 45 cm 厚的表層水下混凝土或?qū)δ承┙Y(jié)構(gòu)至少每邊多出15 cm 厚低質(zhì)量與水直接接觸的混凝土, 造成浪費。

　　20 世紀70 年代以來, 以前聯(lián)邦德國為首, 從研究水泥混凝土本身性能的改善來提高水下混凝土的質(zhì)量, 使其具有在澆筑過程中直接與水接觸也不會使各組分材料分散的能力。1974 年前聯(lián)邦德國率先在工程上使用并定名為水下不分離混凝土(NonD ispersib le Concrete 以下簡稱NDC)。80 年代日本從前聯(lián)邦德國引進這項技術(shù), 并于1981 年開始在工程中應(yīng)用, 迄今已澆筑約100 萬m 3NDC。日本目前有10 個以上的廠家出售配制NDC 的水中抗分離外加劑( Non D ispersib le Concrete A dm ix tu re 或Segregat ion Con t ro lling A dm ix tu re 或A n t i2W ashou t A dm ix tu re, 以下簡稱NDCA ) 并提出NDCA 質(zhì)量標準草案[ 2 ] , 主要是以水下制備試件的強度及其與在大氣中制備試件的強度比作為特征值, 規(guī)定水下試件28 d 抗壓強度和抗彎強度必須達到大氣制備試件的70% 和60% , 同時也規(guī)定了懸濁物質(zhì)及pH 值。除日本以外, 英、美等國也都在開展研究和應(yīng)用。北海油田, 斯堪的納維亞半島的哥本哈根港口等都曾成功地使用過NDC^{[ 3 ]}。

　　NDC 除具有水下抗分離性好的優(yōu)點外, 還具有優(yōu)良的流動性和填充性, 可進行大面積薄壁水下施工、鋼筋混凝土構(gòu)件等高質(zhì)量水下構(gòu)筑物施工、要求防止水質(zhì)污染的施工、搶險救災緊急工程以及難以應(yīng)用普通水下混凝土進行施工的地方。

　　我國新建和已建土木工程有大量水下作業(yè), 特別是水下補強加固工程要求有高質(zhì)量能與基底有較好粘結(jié)的水下混凝土, 但目前我國水下混凝土的施工質(zhì)量不能盡如人意。據(jù)統(tǒng)計[ 1 ]: 我國一般導管法施工水下混凝土28 d 芯樣強度與機口取樣強度比為0149～0176, 水下新老混凝土粘結(jié)強度僅為干地粘結(jié)強度的40%～ 60%。因此, 開發(fā)研制NDC 迫在眉捷。

　　據(jù)介紹^{[ 4 ]} , 用于配制NDC 的材料可分為下列幾類:

　　(1) 合成或天然水溶性有機聚合物, 它可以增加拌和水的粘度, 例如纖維素酯、淀粉膠、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、羧乙烯基聚合物、聚乙烯醇及菜膠等, 摻量一般為水泥質(zhì)量的012%～ 015%;

　　(2) 有機水溶性絮凝劑, 它能夠被吸附在水泥粒子上并通過加速粒子間的吸引來增加粘度, 例如帶有羧基的苯乙烯共聚物、合成高分子電解質(zhì)和天然膠等, 它們的摻量一般為水泥質(zhì)量的0101%～0110%;

　　(3) 各種有機材料的乳液, 它能增加粒子間的相互吸引并在水泥相中提供超細的粒子, 例如石蠟乳液、丙烯酸乳液和水分散性粘土等, 它的摻量一般為水泥質(zhì)量的011%～ 115%;

　　(4) 具有高表面積的無機材料, 它可以增加拌和物的保水能力, 例如膨脹土、熱解硅酸鹽、硅粉、壓碎的石棉和其他纖維狀的材料, 它的摻量一般為水泥質(zhì)量的1%～ 25%;

　　(5) 能在砂漿相中提供填充細顆粒的無機材料, 例如粉煤灰、熟石灰、高嶺土、硅藻土、原狀或煅燒過的膠凝材料和各種石粉, 它的摻量亦為水泥質(zhì)量的1%～ 25%。

　　我國近年來也開展了水下不分離混凝土的研究工作。原天津石油部施工技術(shù)科學研究所[ 5 ]研制成功的水中不分離混凝土外加劑UWB- 1, 交通部第二航務(wù)工程局科研所研制成功的PN 劑^{[ 6 ]} , 都屬于聚丙烯酰胺類的水中抗分離劑。南京水科院在20 世紀90 年初開發(fā)成功并通過部級專家鑒定的NNDC- 2型水下抗分離劑則屬于纖維素類水中抗分離劑^{[ 7 ]}。中國水科院也曾在20 世紀90 年代開發(fā)研制成功水中抗分離劑^{[ 8 ]}。

1　摻有水中抗分離劑混凝土的主要性能

1.1　新拌混凝土的性能

　　(1) 抗分離性和水中強度。

　　水下混凝土抗分離性遠優(yōu)于普通混凝土, 可用水中懸濁物含量和倒入清水后水的透明度、水泥砂漿流失量等方法測定。由于其抗分散性好, 所以水下成型的強度也比不加抗分離劑的混凝土大得多。表1 是我國研制的水下不分離混凝土的抗分散性試驗結(jié)果。

　　(2) 自流平性及填充性。

　　水下不分離混凝土粘稠, 富于塑性, 因此即使它在水下水平流動的情況下, 也可得到澆筑均勻的水泥混凝土。且其流動度損失一般也小于普通水泥混凝土。見圖1～ 圖3。

　　(3) 保水性和整體性。

　　水中抗分離劑一般都摻入保水劑, 很少出現(xiàn)泌水和浮漿現(xiàn)象, 施工和易性和可泵性好, 試驗結(jié)果見表2 和表3。

　　(4) 凝結(jié)特性。

　　水下不分離混凝土的凝結(jié)時間隨所用水中抗分離劑的種類不同而不同。一般凝結(jié)時間有所延長, 但都可用調(diào)凝劑調(diào)整控制, 詳見表4。

1.2　硬化混凝土的性能

　　(1) 水下不分離混凝土的強度特性。

　　水下不分離混凝土的強度符合一般水灰比與強

度關(guān)系規(guī)律, 其抗拉強度、抗彎強度與抗壓強度的關(guān)系與常態(tài)混凝土相同。其強度與水中抗分離劑的摻量密切相關(guān), 隨著水中抗分離劑摻量的增加, 與普通混凝土相比在陸上制作摻有水中不分離劑的試件,抗壓強度相同或略低。而水下制作的試件卻隨水中抗分離劑摻量的增加而增加, 且其強度28 d 以后到180 d 增長緩慢, 長齡期仍繼讀增長。

　　水下不分離水泥混凝土的強度在水泥用量小于

　　360 kg／m 3 的情況下, 由于水灰比較大, 其抗分散性較低, 應(yīng)調(diào)整水中抗分離劑的用量或增加單方水泥用量, 以滿足水下強度要求。

　　水下不分離水泥混凝土與鋼筋的粘結(jié)強度不論陸上或水下都與普通混凝土大致相同或好一些。因為它泌水很小, 不會出現(xiàn)由于鋼筋下側(cè)泌水引起粘結(jié)力下降。

　　水下不分離水泥混凝土的彈性模量與澆筑環(huán)境有關(guān), 陸上澆筑彈性模量偏低, 水下澆筑比普通混凝土略高。

　　表5 為作者與同事們研制的水下不分離水泥混凝土的各項性能。

　　(2) 水下不分離混凝土的耐久性。

　　混凝土的耐久性與其抗?jié)B透性密切相關(guān), 根據(jù)作者與同事們研究的結(jié)果, 水中成型的普通混凝土在1．2M Pa 恒壓下, 不到5 m in 全透, 而摻有水中抗分離劑水泥混凝土恒壓24 h 平均滲水深度為12．7 cm。楊國嫦等研究的摻水中抗分離劑水下成型混凝土在最大水壓1．9M Pa 情況下平均滲水深度為14．5 cm。

　　Kam al H1 Khayat 按照AA SHTO T 227- 83測量抗氯離子滲透性表明[ 11 ] , 在水灰比為014 時, 沒有摻水中抗分離劑的為6 610 C, 而摻的只有3 980 C。說明抗氯離子滲透性也提高將近一倍。

2　水下不分離混凝土的配合比設(shè)計

2．1　配制強度

　　我國水運工程混凝土施工規(guī)范規(guī)定, 采用導管法等澆筑的水下混凝土陸上配制強度要比設(shè)計強度標準值提高40%～ 50%。對水下不分離混凝土配制強度要求的提高系數(shù)P , 我國尚末規(guī)定。日本有關(guān)資料規(guī)定如下：

　　當離差系數(shù)　C r≥10% 時P =

　　當離差系數(shù)　C r< 10%時P =

　　水下不分離混凝土在澆筑中, 一般落差為30～50 cm , 故強度較陸地施工低, 也可按水下混凝土試塊制作方法做成型試件進行強度試驗, 以實測強度再乘以大于1 的系數(shù)來考慮混凝土的配制強度。在考慮配制強度提高系數(shù)時, 關(guān)于混凝土質(zhì)量不均的提高率與普通混凝土相同。

2．2　水灰比

　　水灰比是關(guān)系水下不分離水泥混凝土強度、抗?jié)B性、耐久性等的主要因素, 水灰比確定應(yīng)根據(jù)水下不分離水泥混凝土水下試塊強度與水灰比的關(guān)系曲線確定。混凝土耐久性要求的水灰比與當?shù)貧鉁?、環(huán)境、建筑物結(jié)構(gòu)有關(guān)。表6 和表7 列出日本水下不分離水泥混凝土設(shè)計與施工指南[12 ], 可供參考。

　　注: (1) 水渠、水池、橋臺、橋墩、擋土墻、涵洞襯砌等, 接近水面而且水飽和部位, 以及除此之外的梁、橋面板等雖離開水面, 但由于融雪、流水及飛濺水導致水飽和的部位;

　　(2) 截面厚度小于20 cm 的構(gòu)筑部位。

　　注: 對于已被施工和研究確認的按耐久性確定的最大水灰比, 可在表7 的數(shù)值上再增加0105～ 011 左右。

2．3　單位用水量及水泥用量

　　水下不分離水泥混凝土由于水中抗分離劑的摻入, 拌和時內(nèi)部水的粘性提高, 故較普通混凝土的用水量大, 一般坍擴度為45 cm 左右, 水下不分離混凝土骨料最大粒徑為20 mm 時, 單位用水量約220～230 kgöm 3, 骨料最大粒徑為40 mm 時, 單位用水量約為215～ 225 kgöm 3。最后必須通過試驗調(diào)整砂率及減水劑摻量, 取得最低用水量。

　　單位水泥用量是根據(jù)單位用水量和水灰比計算的。因水下不分離水泥混凝土的單位用水量較普通混凝土大, 故單位水泥用量也大。據(jù)實踐經(jīng)驗, 如果單位水泥用量小于350 kgöm 3, 混凝土的耐久性可能降低, 故一般水泥用量在350 kgöm 3 以上。

2．4　骨料的最大粒徑與砂率

　　水下不分離混凝土的粗骨料若太大, 則易產(chǎn)生沉淀, 影響混凝土的整體性和均勻性。故本指南對粗骨料的粒徑限制為3115 mm。

　　砂率與混凝土和易性密切相關(guān), 應(yīng)根據(jù)混凝土和易性進行選擇, 即在混凝土坍落度及水灰比固定情況下, 變化砂率大小, 以單位用水量最小者的砂率為最佳砂率。由于水下不分離水泥混凝土中保水劑具有粘稠效果, 即使砂率稍低, 混凝土仍具有不分離的特征, 所以與一般混凝土相比, 其砂率可略小, 一般在35%～ 40% 范圍內(nèi)。

2．5　外加劑摻量

　　水下不分離混凝土的主要外加劑是保水劑, 它的作用是增加混凝土的保水性和粘聚性, 使混凝土在水下能保持整體性而不分離。保水劑的摻量要根據(jù)保水劑的種類、水下不分離混凝土的施工方法及要求(如澆筑時允許混濁度)、混凝土的水中自由落差、澆筑場所周圍的水流情況等, 通過試驗來確定。至于其他外加劑, 如為提高水下混凝土和易性而摻入的減水劑, 必須選擇與保水劑并用而不影響水下不分離水泥混凝土性質(zhì)的品種, 最好采用液體或粉末狀的高效減水劑。此外還可摻用引氣劑及引氣減水劑, 但均需通過試驗確定其他外加劑的品種及摻量。如要求早凝則要增加早強劑等。

2．6　工程使用配合比舉例

　　日本工程使用配合比舉例見表8。

3　水下不分離混凝土的施工

3．1　材料儲存及計量

　　水中抗分離劑多數(shù)為粉劑, 易于吸濕受潮。要特別注意儲存在室內(nèi)干燥處, 并在使用中對其劑量按本指南嚴格控制。

3．2　攪拌

　　由于水中抗分離劑配制的混凝土比較粘稠, 故必須用強制式攪拌機攪拌。如果用自落式攪拌機攪拌效果差, 就要適當提高配制強度。表9 中可看出為同一配比2 種攪拌機拌和后的強度差異。

3．3　運輸及澆筑

　　必須選擇材料離析少及損失少的方法, 快速運輸, 立即澆筑。當發(fā)現(xiàn)有顯著離析時, 必須重新攪拌。現(xiàn)場運輸按工程條件、工序、混凝土量、經(jīng)濟效益及和易性選定?？刹捎没炷帘?、吊罐、帶式輸送機、混凝土溜槽及手推車等。

　　水下不分離水泥混凝土的澆筑, 原則上使用導管, 開底容器或混凝土泵。如果使用混凝土攪拌車、攪拌船的輸送帶或手推車等其他方法進行澆筑。此時一般要適當增加水中抗分離劑的摻量。使用導管法時, 可參照《水運工程混凝土施工規(guī)范》(JTJ 268- 96) 中“911 水下混凝土施工”進行。

　　當用泵壓法施工時, 必須不透水且在澆筑中經(jīng)常充滿混凝土。為此必須注意, 當泵送開始時, 如輸送管內(nèi)有水, 要采用下列方法:

　　(1) 在泵送前先輸送水中不分離砂漿;

　　(2) 在泵管內(nèi)先投入海綿球;

　　(3) 在泵管外裝活門, 在輸送管投入水中之前,先在水上將管內(nèi)充滿混凝土, 關(guān)上活門再沉放到預定位置打開活門澆筑。

　　當澆筑面積較大時, 可采用撓性軟管, 由潛水員移動澆筑位置。施工中, 當轉(zhuǎn)移工點及超過高程等需移動水下泵管時, 需在輸送管的出口端安裝特殊的活門或擋板, 必要時可用麻袋將管口包起來。

　　當采用開底容器法時, 必須裝有澆筑混凝土時易于開啟的底。澆筑時, 將該容器輕輕放入水中, 混凝土排出后, 再將容器緩緩地提離混凝土表面相當距離。開底容器在不妨礙施工范圍內(nèi), 應(yīng)盡量采用大容量的。底的形狀以水下不分離水泥混凝土能順利流出為佳, 一般多采用錐形的、方形或圓形料罐。此法適合斜面施工的低流動性的水下不分離水泥混凝土的澆筑。

　　水下不分離水泥混凝土的澆筑以靜水澆筑為原則。澆筑在水中的自由落差, 原則上為30～ 50 cm 以下, 澆筑必須注意盡可能不擾動混凝土。在采用一般導管及混凝土泵施工時, 當流速在013～ 015 min時, 混凝土的流失量較少。

　　水下不分離水泥混凝土自流平的終止時間, 一般在澆筑后30m in 到1 h。待混凝土表面沉實和自流平終止后, 即要進行用木抹子從上往下壓的抹平作業(yè), 由于水下不分離水泥混凝土水泥難于被水沖掉,一般不會因抹平而質(zhì)量下降。當進行連續(xù)澆筑作業(yè)時, 必須在水下不分離水泥混凝土還有流動性的情況下, 澆筑后續(xù)的混凝土。

　　當迫不得已必須在水下設(shè)置施工縫時, 必須注意以下幾點, 以防止對構(gòu)筑物強度產(chǎn)生影響:

　　(1) 施工縫應(yīng)盡可能設(shè)在剪切力及彎矩小的位置;

　　(2) 必須在剪切力大的位置設(shè)施工縫時, 需做榫或槽, 或者埋設(shè)適當?shù)穆窦M行補強;

　　(3) 對施工縫混凝土表面要嚴格清理, 清除浮漿, 表面疏松混凝土層、松動的骨料等。

　　由于水下不分離水泥混凝土浮漿少, 只要在澆筑中注意, 即使不進行施工縫表面處理, 也可以得到一定的結(jié)合強度。因此, 如基礎(chǔ)加固混凝土、沉箱等填充混凝土以及沉箱基礎(chǔ)等混凝土重力構(gòu)筑物, 對其施工縫亦可不必予以特殊考慮。

3．4　養(yǎng)護及模板

　　為防止水下不分離水泥混凝土在硬化過程中受動水、波浪等沖刷造成的水泥漿流失及混凝土被淘空, 必須進行養(yǎng)護。為此, 要對預計到的波浪, 設(shè)置安全可靠的模板或用苫布把混凝土表面保護起來。當施工部位從水下到達水上時, 對于暴露在空氣中的混凝土, 必須進行與普通混凝土相同的養(yǎng)護。

　　水下不分離水泥混凝土模板設(shè)計和施工均與普通混凝土相同。但要注意模板的強度及拆模時間受水下不分離水泥混凝土的流動性和凝結(jié)時間的影響?？梢圆鹉５幕炷恋目箟簭姸? 一般可與空氣中施工的普通混凝土等同對待?？蓞⒄毡?0 的數(shù)值。

4　水下不分離水泥混凝土的工程應(yīng)用

4．1　UWB 絮凝劑配制的NDC[ 5 ]

　　UWB 絮凝劑為國內(nèi)最早開發(fā)成功的聚丙烯酰胺類水下不分離水泥混凝土外加劑。用之配制的NDC 曾進行2 m 水中落差的施工試驗, 澆筑了013 m ×013 m ×2 m 水下梁、0125 m ×0125 m ×2 m 水下柱等構(gòu)件。環(huán)境水溫4～ 6 ℃, 澆筑后28 d 檢查: 外觀密實、光滑, 末發(fā)現(xiàn)跑漿、夾砂、蜂窩, 芯樣強度21M Pa。

　　曾進行了海堤護坡灌漿、灌注樁、水下梁、沉井水下封底等工程應(yīng)用, 質(zhì)量良好。其中沉井封底是在6～ 8 m 水中落差情況下施工的。

　　近年來還在秦山核電站取水口工程中成功應(yīng)用^{[ 13 ]}。

4．2　PN 配制的NDC[ 6 ]

　　PN 也是一種聚丙烯酰胺類的水中抗分離劑,其應(yīng)用工程有以下幾項。

　　(1) 南京空軍后勤部水運大隊修理所船臺滑道水下節(jié)點施工。

　　該滑道陸上部分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土軌道梁, 干砌塊石護坡。水下部分為樁基和預制鋼筋混凝土井字梁結(jié)構(gòu)。樁梁結(jié)構(gòu)處水下節(jié)點48 個, 節(jié)點高1 m ,下部為60 cm ×70 cm , 上部為50 cm ×50 cm , 水深1～ 6 m。設(shè)計要求井字梁安裝就位后需在節(jié)點孔內(nèi)澆注抗壓強度為2510M Pa 以上的混凝土, 確保樁與井字梁的整體性。由于用常規(guī)水下混凝土澆筑無法施工, 故施工單位決定采用NDC。施工時間1990 年12 月～ 1991 年1 月。施工氣溫- 3～ 5 ℃, 施工區(qū)水流速2～ 3 m ös, 水溫1～ 3 ℃。使用江南水泥廠42. 5(R ) 硅酸鹽及礦渣硅酸鹽水泥, 水泥用量550 kgöm 3,

　　用水量25815 kgöm 3, PN 為312% 的水泥質(zhì)量。水泥、砂、石、PN 干拌20 s 后加水濕拌3m in。出料至吊斗(溜槽) , 潛水員將導管就位后通知放料。澆注后6 d在節(jié)點孔鉆取2 根<100 mm、h= 240 mm 的混凝土芯樣, 外觀檢查混凝土澆注質(zhì)量均勻, 無斷層、裂縫、夾砂、孔洞等, 水下試件28 d 抗壓強度試驗結(jié)果為3615M Pa, 完全滿足設(shè)計要求。

　　(2) 九江糧食碼頭鉆孔澆筑樁施工。

　　該樁直徑1 m , 樁長815 m , 孔內(nèi)水深310 m , 水泥混凝土設(shè)計強度為30M Pa。使用廬山牌硅酸鹽4215 (R ) 水泥, 水泥用量560 kgöm 3, 用水量280 kgöm 3, PN 用量為水泥質(zhì)量的217% , 混凝土攪拌后由手推車推上引橋送入<300 mm 溜管和溜槽<300 mm 下料管下至樁孔。澆注過程在孔口取樣制作試模, 測得28 d 抗壓強度水下為3318M Pa, 陸上為3816M Pa, 滿足設(shè)計要求。

　　(3) 九江客運碼頭修補斷樁。

　　九江客運碼頭5 號、6 號引橋各有一根55 cm ×55 cm 的斜樁在1990 年洪水期被民船碰斷。經(jīng)研究決定, 用外加< 1 000 mm 的鋼套內(nèi)澆注2510M Pa 水下混凝土方案。所用水泥亦為廬山牌42. 5 (R ) 硅酸鹽水泥。水泥用量500 kgöm 3, 用水量300 kgöm 3, PN用量為水泥質(zhì)量的約312%。施工中沒有條件取樣。

　　(4)NNDC- 2 配制的水下不分離水泥混凝土。

　?、傩掳步姀S大橋中墩加固工程^{[ 7 ]}。

　　新安江水電大橋建于1990 年10 月。竣工驗收鉆孔取樣, 潛水及水下錄像檢查發(fā)現(xiàn), 大橋中墩混凝土與基巖的接觸比較薄弱, 墩底部還有一條長約30 cm、寬5 cm 的沖溝。為提高中墩結(jié)構(gòu)的可靠度與耐久性, 決定沿中墩基礎(chǔ)周圍澆筑一道高1 m、寬018 m 的加固圈, 加固圈外圍先筑水下麻包混凝土圍堰, 然后用水下導管法施工。由于高度僅1 m , 導管埋深太淺, 而且當時現(xiàn)場只有2 根導管, 在施工過程中需移動導管2～ 3 次, 不可能做到整個加固圈混凝土澆筑面平行上升, 且水下混凝土之間接縫較多,在此情況下如采用普通水下混凝土難以保證質(zhì)量,故決定采用NNDC- 2 混凝土作為澆筑材料, 以確保加固圈周圍混凝土與基巖、水下混凝土施工結(jié)合面間的粘結(jié)及其他澆筑性能。

　　NNDC- 2 是國內(nèi)首先開發(fā)成功的纖維類水中抗分離劑, 配制的NDC 具有良好的流動性保持能力和水下澆筑性能。施工過程NDC 在混凝土拌和樓攪拌(每罐攪拌1125 m 3) , 后經(jīng)汽車運輸(運距1 000 m ) ,再卸至混凝土臥罐, 然后再卸至導管儲料斗, 再下至導管。整個施工過程基本順利。

　　現(xiàn)場測試, 出機坍落度為2218 cm , 運到現(xiàn)場后為2210 cm , 坍落度基本沒有損失。質(zhì)量控制良好的NDC 不離析、不泌水、易于施工。據(jù)配合施工的潛水員水下檢查反映, 水下不分離混凝土澆筑至水下后具有良好的水下自流平能力, 且水泥漿散失很少, 混凝土具有橡膠狀韌性, 即使稍有擾動也不會分離。

　　采用江山水泥廠的4215 (R ) 普通硅酸鹽水泥,水泥用量479 kgöm 3, 用水量249 kgöm 3,NNDC- 2粉劑用量為水泥質(zhì)量的5180% , 水劑用量為3152%。為反映NDC 現(xiàn)場施工質(zhì)量, 除在拌和樓機口取樣外, 施工前專門制作3108 m ×1 m ×1 m 的試驗槽,吊放在中墩同樣水深位置(水深5～ 6 m ) , 采用與中墩加固完全相同的施工方法進行澆筑。施工第二天將試驗槽吊出水面, 養(yǎng)護到期鉆孔取樣。為測得新老混凝土的粘結(jié)強度和鋼筋握裹強度, 在試驗槽內(nèi)預先布設(shè)混凝土被粘體和鋼筋, 各項現(xiàn)場取樣結(jié)果示見表11。

　　由表11 可見, 現(xiàn)場二次機口陸上取樣28 d 抗壓強度平均值為3913M Pa, 水下試驗槽取樣28 d 抗壓強度為3319M Pa, 水陸比達0186。表明混凝土具有良好的水下抗分離性。新老粘結(jié)強度共取樣9 塊, 最大為2143M Pa, 最小為019M Pa, 平均為116M Pa。顯示了NDC 與基底具有較好的水下粘結(jié)性能。

　　②湖南馬跡塘水電廠淺孔護坦補強工程。馬跡塘水電廠建成于1983 年。1984 年～ 1985年進水下檢查發(fā)現(xiàn)消力池與護坦沖刷淘空現(xiàn)象已嚴重威脅主體工程的穩(wěn)定性。由于護坦下游水深4～5 m , 不可能澆筑水上混凝土, 故采用導管法澆筑水下混凝土。為提高水下澆筑混凝土的強度和抗沖磨性, 電廠決定采用NNDC- 2 混凝土開展現(xiàn)場應(yīng)用試驗, 以取得選擇水下補強材料與施工工藝的經(jīng)驗。

　　試驗性施工選擇在17 號～ 18 號閘孔下游淺孔護坦與基巖交界處的沖坑。沖坑深度約2m 左右。在施工中曾采用普通水下混凝土、摻減水劑普通水下混凝土、摻低分散性NNDC- 1 水下混凝土和NNDC- 2 水下混凝土4 種材料進行比較。

　　施工采用湘鄉(xiāng)4215 (R ) 普通硅酸鹽水泥, 水泥用量450 kgöm 3, 用水量234 kgöm 3。NNDC 用量粉劑為水泥質(zhì)量的5180% , 水劑為3152%。施工主要機具有018 m 3 自落式攪拌機1 臺, 地勘吊機1 臺,011 m 3手推車10 輛, 導管1 根和潛水船。施工流程為: 通過下料管從閘橋下將水泥、砂石料下至攪拌機儲料斗; 在攪拌機平臺(設(shè)置在導水墻上) 加入水和外摻劑; 攪拌好的混凝土卸至手推車, 推至工作面直接送入導管。頭倉混凝土采用軟塞排水, 施工過程中由葫蘆吊提升導管。

為檢測各配比混凝土水下施工質(zhì)量, 用地勘鉆機在有關(guān)補強區(qū)鉆取了13 個混凝土芯樣。切割成高徑比為1∶1 的圓柱體試壓, 并用有關(guān)公式計算為標準試塊(15 cm ×15 cm ×15 cm ) 的強度。試驗結(jié)果見表12。

從水下鉆孔取芯看到, 2 種普通混凝土在表面1 m 范圍內(nèi)無法取得芯樣(強度太低)。因此, 在馬跡塘這種導管埋深很淺的條件下(< 2 m ) , 以普通混凝土作為表面薄層修補材料很難取得較好效果, 至少有1m 混凝土不起保護作用。相反, 2 種水下不分離混凝土表層012～ 110 m 的范圍內(nèi)都有較好的強度, 達到30～ 40M Pa。

　　另外, 從修補后測驗的地形圖看, 在澆筑NNDC- 2 水下不分離水泥混凝土的6 號導管附近4 m 范圍內(nèi), 混凝土標高比較接近, 最大相差60 cm。而在澆筑普通混凝土的1 號導管附近同樣范圍內(nèi), 標高相差較大, 最大達113 m。進一步說明水下不分離水泥混凝土具有較好的自流平和填充性能。

　　在現(xiàn)場試驗基礎(chǔ)上, 1994 年進行大規(guī)模施工,1 500 m 3 混凝土摻用了NNDC - 2, 施工使用10～15 m 長的導管, 實踐表明, 混凝土自流平范圍為3 m ,表面高差僅20 cm , 取樣結(jié)果表明, 水下芯樣強度平均達32M Pa。

　　近年來,NNDC- 2 還在水口水電站船閘的修補加固、鹽城黃砂港的底扳加高和義烏市市民廣場等工程中成功應(yīng)用。

　　(5) SCR 配制的NDC^{[ 13 ]}。

　　①青島集裝箱碼頭水下混凝土結(jié)構(gòu)加固工程:水深13 m , 配制20M Pa 的SCR 砂漿, 泵送法施工,效果良好。

　?、谀详栍吞飻U建排水工程: 施工部位為水下地坪和水下側(cè)壁拋石部位等, 人工澆筑15M Pa SCR砂漿。水深015 m。

　　③南陽油田沉井封底工程: 水深8m。導管澆筑20M Pa SCR 混凝土。

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