長距離泵送水下不分散混凝土的應用技術研究

趙飛歐

(上海市建筑構件制品有限公司，上海200090)

1 工程概況

金山鐵路改建工程黃浦江特大橋主橋及引橋全長3.5公里,主橋為4孔跨徑112米的簡支鋼桁架雙線鐵路橋,全長456米, 本項目為金山鐵路改建工程二標段黃浦江特大橋，作為金山鐵路改建工程的組成部分，主要用于大橋受壓，為水工Ⅰ級建筑。要求混凝土抗壓強度級別不小于C30。施工采用固定泵泵送，水平泵送距離最長處為400米。

2 工程難點

（1）本工程項目要求在最大水深8米，水流速度為1～2m/s之間的條件下進行澆筑，由于是水下施工，對混凝土的抗離散性能有很高的要求。必須嚴格控制混凝土的配合比，坍落度過大時會產生離析現象，使粗骨料相互擠壓阻塞導管；坍落度過小或澆筑時間過長，使混凝土的初凝時間縮短，加大混凝土下落阻力而阻塞導管，都會導致卡管事故。如何選取合適的絮凝劑和配合比，最大限度保證混凝土在水下澆筑過程中的粘聚性能是本次工程的重點。

（2）水工建筑物由于自身的特點,在施工過程中難免使用長距離泵送混凝土，由于泵送管道過長，混凝土與管道摩擦產生熱量，使混凝土溫度升高，初凝時間縮短導致堵泵現象。

（3）必須保證混凝土良好的流動性和填充性以及優異的混凝土坍落度保持能力，以此來保證混凝土的順利澆筑。當澆筑時間過長時，上部混凝土已接近初凝，混凝土的流動性大大減小，造成混凝土澆筑極為困難，容易造成堵管，故需要盡可能提高混凝土澆筑速度[1]。

3 混凝土質量目標的確定

根據本工程對混凝土的質量要求和工程特點，我們確定了所要配制的混凝土的質量指標見表1。

4 原材料

4.1 水泥

選用安徽銅陵海螺牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。28d抗折強度為7.8MPa，抗壓強度為53.0MPa。

4.2 細骨料

表1 混凝土質量指標

選用安徽廬江牌，Ⅱ區中砂，細度模數為2.6，含泥量為0.5%，含水率為5.2%，泥塊含量為0.2%。

4.3 粗骨料

選用湖州金豐石場人工碎石，粒徑為5～25mm，含泥量為0.5%，針片狀含量為5.3%，泥塊含量為0.3%。

4.4 粉煤灰

選用上海家溪建材的Ⅱ級粉煤灰，細度為16.6%，含水量為0.2%。

4.5 礦粉

選用恒昌牌S95型高爐粒化礦渣粉。

4.6 外加劑

JS水下抗分散劑，上海交通大學研制的JS系列混凝土絮凝劑。

5 混凝土試驗和配合比優化

5.1 混凝土試驗

初步確定以下三個混凝土配合比進行系列試驗，主要考慮水膠比(0.46和0.42)和粉煤灰和礦粉摻合料的差異。配合比見表2。

表2 混凝土試配配合比 kg/m3

5.2 混凝土拌合物工作性

表3為混凝土拌合物工作性數據，由表可見：混凝土中由于礦物質摻合料的作用，流動性高。這是由摻合料自身特性決定的：顆粒極細，在混凝土中各組成材料形成連續級配的粒徑分布，減水作用，自身微觀形貌（滾珠狀），有利于增強混凝土流動性。所以選擇配比C既滿足工程要求又經濟。

表3 混凝土拌合物工作性

5.3 混凝土抗壓強度

由試驗測得的混凝土抗壓強度表4可見。

表4 混凝土抗壓強度

由試驗表4可見，礦物摻合料有助于混凝土后期強度的增長，純水泥混凝土的一個主要特點就是早期強度增長較快，后期強度增長緩慢。從泵送性能和經濟性考慮選用配比C。

5.4 不同成型條件下混凝土的強度指標

為確定本工程的最佳澆筑環境，采用配合比C試配的混凝土在三種不同成型條件下進行比對試驗。試驗結果見表5。

為了進一步探究其他儲存方式下脂肪酸種類和脂肪酸含量變化，對每種樣品進行了GC-MS分析。通過分析比較，5種儲存方式的脂肪酸種類變化不大，主要區別為C18∶3、C18∶2、C18∶1含量，詳見表2和表3。

從表5可以看出，在水下環境澆筑中，混凝土的強度比在空氣中略低，但硬化后混凝土的強度仍能滿足設計要求。在水中有導管條件下澆筑比水中無導管條件能夠更好的防止混凝土的離散。

綜合上述試驗，最終配合比確定水膠比為表2確定的配合比C，坍落度為200±30mm,砂率控制在38%～42%之間，礦物摻合料采用復摻法，粉煤灰摻為10%，粒化高爐礦渣粉摻量為10%。

6 水下不分散混凝土的工程應用

表5 不同的澆筑條件

6.1 運輸

水下不分散混凝土在運輸過程中，應始終保持混凝土攪拌車攪拌筒低速旋轉，以保持混凝土的工作性。由于是長泵送距離混凝土，對混凝土泵送性能有較高要求，運輸時間應嚴格控制在1小時以內。

6.2 泵送和澆筑

6.2.1 澆筑方法

水下不分散混凝土的澆筑方法一般采用導管法、泵送法和開底容器法。依據施工現場特點，本次施工最終采用了導管法進行施工。長距離泵送中為防止混凝土堵泵，采用的導管按標準須達到粗骨料最大直徑的8倍，依據本次施工選用了200mm直徑的導管。

6.2.2 澆筑

水下不分散混凝土的澆筑必須采取連續澆筑，在開始澆筑時，先將導管灌滿混凝土，而后再打開底蓋或讓滑塞滑出導管。避免管內充水后，混凝土在水中落差增大，降低混凝土的強度。在澆筑過程中混凝土應連續不斷的供給裝料斗，使導管內經常充滿混凝土，以防止水流反竄。若施工過程中不得不停頓時，續澆的時間不得超過水下不分散混凝土的初凝時間。

6.3 質量控制和管理

（1）混凝土生產中，絮凝劑必須采用先與粉狀材料干拌再整體混合的順序投料，混凝土攪拌時間控制為3min。

表6 實際生產混凝土檢測結果

（2） 在澆筑前先進行護坦面清淤作業，對江泥采用抓斗挖除，以保證護坦面干凈無雜物，無浮泥和碎渣，確保新澆筑的混凝土與護坦面粘結良好。清淤后由現場進行隱蔽性工程驗收[2]。

（3）混凝土供應應采用現場派人協調和GPS實時監控相結合的控制方式，確保混凝土在1h泵送完畢。

（4）混凝土在澆筑后，由于混凝土的表面平整度與澆筑點的分布和密度有很大關系，在施工過程中，根據混凝土的流動度來確定澆筑的分布，混凝土的澆筑原則是寧高勿低，待混凝土表面沉實后和自流平停止后，有專人進行水下檢測，看是否有漏澆現象。

6.4 實際工程質量

按上述措施，2010年6月15日開始澆筑該工程水下不分散混凝土，共澆筑三次，總計894m3。對澆筑中的混凝土進行取樣檢測，檢測結果見表6。

按統計方法GB/T50107-2010規定對56d強度進行評定，強度平均值為46.4MPa，強度最小值為44.9MPa，強度標準差為1.39N/mm2。按C30強度要求時mfcu-λ 1Sfcu=43.5＞fcu,k=30.0；fcu,min=44.9＞λ2fcu,k=27.0符合C30強度要求。按C40強度要求評定時mfcu-λ 1Sfcu=43.5＞fcu,k=40.0；fcu,min=44.9＞λ2fcu,k=36.0符合C40強度要求。根據檢測結果，三次澆筑的混凝土各項指標均能達到設計要求。整個澆筑過程中供料順暢，凝結時間符合設計要求,未發生堵泵現象。

7 結論

（1）混凝土中摻加絮凝劑后，能夠明顯提高混凝土在水中的抗離散性。

（2）與傳統的水下普通混凝土施工技術相比，水下不分散混凝土施工新技術可簡化施工工藝、縮短工期、降低工程成本、確保工程質量。

（3）通過采取上述施工步驟后，30天后觀察采樣所得結果：混凝土密實、骨料分布均勻、且混凝土抗壓強度均達到或超過了預設值，相關指標均符合設計要求，可以為類似工程提供借鑒和經驗。

[1]張長民,周偉,丁新龍,馮士明,許海彬.水下不分散混凝土的性能特點及其在水利工程中的應用[J].水利水電技術,2000（31）：26-28

[2]陳立明,馮微,鐘少全,陳秋聲.水下不分散混凝土施工技術應用[J].廣東水利水電,2001（5）：74-77