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水下混凝土应用什么外加剂?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-03-27

水下混凝土因使用目的和施工方法不同,其配合比及选用的外加剂也不应该一样。对比较难 以按导管法施工,或以浇筑仓号比较大的建筑物修补部位施工的水下混凝土,应以掺水下不分散 剂,配制水下不分散混凝土为宜。对灌注桩、地下连续墙,可以按导管法等一般水下混凝土施工法进行。

一、外加剂选择

(一)水下混凝土应用外加剂的目的

(1)提高混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。施工坍落度宜为16~22cm;坍落度损失小,降至15cm的时间不宜小于1h。这样,混凝土均匀扩散,充填密实,不堵管,不顶管。

(2)缓凝。有利于浇筑进行,整修灌筑要求在初凝前完成。遇到温泉等泥浆水温度较高时,缓凝要求更为突出。

(3)满足混凝土的设计强度。

(4)配制水下不分散混凝土。

(二)外加剂的选择

在地下连续、深孔灌注桩等混凝土中,一般应用木质素磺酸钙减水剂。该产品具有缓凝、改善和易性及价廉的特点;其不足是对水泥的适应性差;在以硬石膏为调凝剂的水泥中会出现速凝 事故;混凝土拌合物的水灰比较大。 为了提高深孔灌注桩的施工质量,可以应用AT缓凝高效减水剂或萘系缓凝高效减水剂。 由于普通的水下混凝土施工多用导管法施工,施工要求难度大,如果浇筑速度与升管速度配 合不当,或混凝土流动性不佳,都易产生水泥浆被冲散,桩截面变小,甚至断桩的事故,为了使 混凝土在水下浇筑能保持整体而不分散,絮凝剂(水溶性纤维素醚或水溶性丙烯酸类的聚合物) 等是不可少的。商品水下不分散混凝土外加剂一般都是絮凝剂与高效减水剂的复合物,应注意根 据水深情况及施工机具(导管或非导管)情况,调整水下不分散外加剂的掺量,必要时可复合高 效减水剂,以提高流动性,减少水下不分散外加剂的用量。有抗冻要求的水下不分散混凝土还可 掺用引气剂或引气减水剂。

二、施工技术

(一)浇筑

在浇灌混凝土之前,应根据施工现场的条件制订合理的运输计划,选择合适的运输工具,保证混凝土在运输过程中不离析,和易性变化小,并在混凝土搅拌后快运、快浇,运输工具可 用混凝土搅拌车、吊罐、输送机、混凝土泵、溜槽、手推车等。浇灌前要做好准备工作,保证按计划连续浇筑,钢筋骨架定位准确,模板尺寸接缝精确,固定牢固。浇灌时可用混凝土导管、混凝土泵等机具,在水深较浅时,也可用吊罐溜槽等直接浇灌。浇筑点应适当布置,防止仓面漏浇或浇筑过量。浇筑过程可用水下摄像机拍摄,水上监控人员通过传送上来的图像检查平仓情况。

使用导管法时,应根据混凝土的用量及混凝土流向的状态确定导管内径,导管内径一般为150~300mm,要超过粗集料最大粒径的8倍,导管应不透水,并排除导管内的水,整个浇灌过程 中导管底端埋入混凝土面以下2~3m,最小埋深不小于1m,也不宜大于6m。导管随浇筑随提升, 利用导管内混凝土柱与导管出口混凝土的压力差,使混凝土不断从导管内挤出,使混凝土面均匀上升,槽内或孔内的泥浆逐渐被混凝土置换而排出槽外。混凝土应连续不断防止逆流水。

在浇灌到规定尺寸,待混凝土表面沉实,停止自流平后,可进行混凝土表面抹平,抹平一般 在浇灌后0.5~1h后用木抹子进行。

(二)养护

水下不分散混凝土在硬化过程中,常受动水、波浪等冲刷而造成水泥流失或混凝土被淘空。 因此,对预计到的波浪要设置模板或用苫布保护混凝土表面。当施工部位由水下变到水上时,对暴露在空气中的混凝土,必须进行与普通混凝土相同的养护,防止干缩和温度急剧变化产生裂缝。

三、质量控制

(一)混凝土强度

混凝土的配制强度是根据水下混凝土结构的设计强度而定,对未掺水下不分散混凝土外加剂 的配制强度,我国《港口工程技术规范》(JTJ221—82)规定,采用导管法施工,所浇灌的水下混凝土设计强度应比普通混凝土提高30%~40%。水中的试块强度应超过设计强度,由于一般水下混凝土的水陆强度比可达80%以上,陆上制作的试块强度应按超过设计强度的1.2倍考虑。确 定水灰比时,必须考虑混凝土的配制强度、耐久性和抗渗性,一般水灰比不超过0.6,水下不分散混凝土的强度一般在C15~C40。除外加剂外,混凝土配合比与施工方法也有关。

(二)配合比设计

对以导管法浇筑的普通水下混凝土,配合比应满足以下要求:

(1)水下混凝土靠自流平、自密实,因此其流动性要大,粘聚性要好。流动性的指标用坍落 度和坍扩度表示。坍落度和坍扩度愈大,混凝土的流动性愈好,但若太大,混凝土容易出现混浊及 粗料下沉的现象;若太小,则混凝土填充又不密实。一般水下混凝土的坍落度取(230±20)mm; 坍扩度取350~450mm。粗集料的最大粒径为20~40mm,中砂为宜。水泥用量一般在380~ 450kg/m,砂率大于40%,水灰比小于0.59。

(2)水下不分散混凝土的配合比设计,除须满足设计所提出的强度外,更为重要的是必须满 足水下抗分散性、填充性及和易性要求。水下不分散混凝土的和易性包括黏稠性与流动性。由于 水下混凝土施工时一般不振捣,因此,和易性是影响水下不分散混凝土施工质量的关键。水下不 分散混凝土的配合比设计需考虑以下几方面:

①流动性。水下不分散混凝土的流动性指标是坍扩度或扩展度。坍扩度的测定是将混凝土拌 合物按坍落度试验方法的规定装入坍落度筒内,并抹平表面,立即将坍落度筒提起、静置,直到 混凝土停止流动,测其坍扩最大值直径及其垂直方向位置,取其平均值作为坍扩度。

扩展度的测定是按规定方法将拌制好的混凝土拌合物装入标准圆锥筒内,抹平表面,然后将圆锥筒轻轻提起,静置2min,然后在15s内15次提起试验台一端4cm高度,使其自由落下。15次后测定试验台两个互相垂直方向混凝土的扩展直径,取两者的平均值作为扩展度。

水下混凝土不易振捣,流动性要大,粘聚性要好。坍扩度或扩展度愈大,混凝土的流动性愈好,愈有利于施工。但若太大,混凝土施工中容易出现混浊及粗集料下沉现象。若坍扩度或扩展 度太小,则混凝土又将出现不密实。一般水下混凝土的坍落度取(230±20)mm;坍扩度取 350~450mm。选择坍扩度或扩展度应根据施工条件及要求,参考有关资料选择,并须经过试验来 确定。应根据现场施工条件和浇灌方法、混凝土的坍落度和坍扩度,可根据表1选取。

表1 施工条件与坍扩度

若高温或远距离运输情况下进行施工,应考虑坍扩度损失,一般在夏季施工及混凝土搅拌出 机后1~2h,坍扩度下降约30~50mm。 ②水灰比。水灰比是影响水下不分散混凝土强度、耐久性、抗渗性等的主要因素。首先应根据掺絮凝剂的混凝土水下试块强度与水灰比的关系曲线来确定混凝土强度所要求的水灰比。而混 凝土耐久性及抗渗性所要求的水灰比,往往与现场气温情况、环境条件与建筑物结构有关。日本的《水下不分散混凝土设计与施工指南》列出了有关混凝土耐久性的水灰比最大值,一般不大于0.55~0.65。表2是在某些条件下的水灰比限值。

表2 水灰比限值

根据强度要求的水灰比与耐久性和抗渗性所要求的水灰比应统一综合考虑,采用其较小者作 为所选用的设计水灰比。

③单位用水量及水泥用量。水下不分散混凝土中由于絮凝剂的掺入,水的黏性提高,因此,其单位用水量比普通混凝土大。当坍扩度为45cm左右、粗集料最大粒径为20mm时,单位用水量约为220~230kg/m;而粗集料最大粒径为40mm时,单位用水量约为215~225kg/m。试配时,需通过试验调整砂率及絮凝剂掺量,取得最低用水量,以减少水泥用量。因水下不分散混凝土的单位用水量比普通混凝土大,因此,水泥用量也比普通混凝土大。根据实践经验,如果水泥用量少于350kg/m3,水下不分散混凝土的耐久性可能降低。因此,水泥用 量应在350kg/m以上。配制水下不分散混凝土宜用42.5等级的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。适当掺加优质粉煤灰等掺合料替代水泥,可以起到节约水泥,降低成本的作用。其胶凝材料用量宜不低于400kg/m

④粗集料粒径。水下不分散混凝土的粗集料粒径若太大,则易产生沉淀,流动性变差,影响 混凝土的整体性和均匀性。因此,水下不分散混凝土的粗集料最大粒径不宜超过40mm,同时也 不得超过构件最小尺寸的1/5和钢筋间距的3/4,一般为20~40mm。

⑤砂率。砂率对混凝土和易性有密切的关系。由于水下不分散混凝土中絮凝剂具有黏稠效果,即使砂率较低,混凝土仍具有不分散的特征。所以其砂率可比一般混凝土略低,可在35%~ 40%的范围内。砂以中砂为宜。

⑥外加剂掺量。水下不分散混凝土的主要外加剂是絮凝剂,其作用是增加混凝土的保水性、 粘聚性,使混凝土在水下浇筑能保持整体而不分散。絮凝剂的掺量是根据絮凝剂的种类、水下不 分散混凝土的施工方法及要求、混凝土的水中自由落差、浇筑现场的水流情况等通过试验来确 定。施工方法可以用吊罐法、导管法、泵送法等。

高效减水剂和引气剂等其他外加剂,需通过试验来确定品种及掺量。复合型的水下不分散混凝土外加剂的掺量一般为1%~3%。

⑦确定含气量。水下不分散混凝土如普通混凝土,其强度随着含气量的增加而降低。为此,水下不分散混凝土的含气量,一般控制在6%以下。

(三)水下混凝土的质量控制

除严格按水下混凝土的要求选择原材料、坍落度、坍扩度、水灰比、混凝土配比应严格控制外,水下不分散混凝土施工质量控制以下几方面:

(1)在材料贮存及计量方面,絮凝剂需置于室内干燥处,以防受潮变质。对于计量允许误差,水下不分散剂的粉剂为3%,水剂为1%。

(2)搅拌要求用强制式搅拌机,不可使用自落式搅拌机。投料量一般为搅拌机额定容量的80%。搅拌时投料顺序宜采用先将粗集料、水泥、絮凝剂、细集料干拌后再加水搅拌。用强制式 搅拌机,干拌约30s,加水搅拌时间须2~3min,不宜太短。每次投料前应将搅拌机内的料清除干净。水下不分散混凝土外加剂可用干粉同掺法或浸液同掺法。水下不分散混凝土自流平的终止时 间,一般在浇灌后30~60min。混凝土应控制坍落度或扩展度在合适范围内。

(3)抗分散性试验是评定水下不分散混凝土抗水流冲刷能力的一种检验方法。它是把取自混 凝土拌合物的100g砂浆投入一个装满水的1000mL量筒中,观察砂浆在量筒中自由落下时的离散 程度,以砂浆落到量筒中1/2处不分散和水不浑浊为合格。

(4)水中自由落差就是混凝土从料罐底口排出后到达浇灌处的水中落下距离。在确保混凝土 能顺畅流出的情况下,水中自由落差越小越好,宜控制在50cm左右,以尽量减少水流对混凝土 的水洗作用,从而减少水泥的流失量和混凝土拌合物的离散。

(5)水下不分散混凝土强度一般采用水中成型的试块强度来评定。水中成型是指水下不分散 混凝土在40cm静水深条件下自由落入试模成型,这种方法较接近于工程施工实际情况。水下不分散混凝土试块抽样频率一般按每工作班或每浇筑100m混凝土抽样一组。

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