水下不分散混凝土的發(fā)展與應(yīng)用

李林濤 仲偉秋 程超杰 張文軒

西安工程大學(xué)城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院（710600）

0 前言

人類社會(huì)不斷進(jìn)步，與之帶來(lái)的是人類對(duì)資源的不斷渴求，陸地上的資源基本上可以被我們利用，但對(duì)于深水和海洋領(lǐng)域資源，我們還不是很了解。

21世紀(jì)是人類開(kāi)始逐漸探尋海洋資源的時(shí)代，因此，混凝土水下施工的發(fā)展將是非常重要的，尤其是在海上絲綢之路提出后，對(duì)深水和海洋區(qū)域的探索，采取必要的專項(xiàng)方案、技術(shù)、材料等就顯得尤為重要。水下環(huán)境非常復(fù)雜，需要一種新型的材料，便于適應(yīng)結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的水下環(huán)境中施工。

一種滿足于水下施工工程需求的材料——水下不分散混凝土，將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。水下不分散混凝土的性能優(yōu)于普通水下混凝土，具有良好的流動(dòng)性、黏聚性和填充性，可進(jìn)行無(wú)振搗薄層、大面積水下施工。水下不分散混凝土被應(yīng)用于明確規(guī)定防止水下污染的混凝土構(gòu)筑物及傳統(tǒng)的水下混凝土難以施工的部分，還應(yīng)用于水利、跨江、跨海等水下工程的環(huán)境。

1 傳統(tǒng)水下混凝土的發(fā)展與改進(jìn)

1.1 傳統(tǒng)水下混凝土

傳統(tǒng)水下混凝土是指進(jìn)行水下澆筑施工的普通混凝土。因?yàn)槠胀ɑ炷涟韬臀镌谑艿剿鳑_刷或與水接觸的情況下，易發(fā)生集料與漿體的分散、水泥漿體的流失，從而使混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得不到保證。

為了有效地保證傳統(tǒng)水下澆筑混凝土的性能和質(zhì)量，應(yīng)采取必要的隔水澆筑措施，盡可能避免混凝土在澆筑過(guò)程中與水的接觸。

1.2 傳統(tǒng)水下混凝土的不足

傳統(tǒng)的水下混凝土施工存在主要問(wèn)題有：水下結(jié)構(gòu)并非全部都適用于立模隔水澆筑，對(duì)于結(jié)構(gòu)造型難或施工面積大于實(shí)施隔水澆筑的水下工程，為保證水下混凝土性能，僅能采取圍堰后干法施工，施工難度大，工程工期長(zhǎng)，成本浪費(fèi)嚴(yán)重。普通混凝土自密實(shí)能力和流動(dòng)性差，必須借助水下振搗工序才能密實(shí)、填充，此工藝在陸地易于施工，在水下澆筑卻難以做到。為了達(dá)到需求的強(qiáng)度和整體性，只能在配制時(shí)加大混凝土的流動(dòng)性，但這樣不僅不經(jīng)濟(jì)，而且不能保證混凝土結(jié)構(gòu)整體的均勻性。

1.3 傳統(tǒng)水下混凝土的改進(jìn)

隨著人類對(duì)深水、近海區(qū)域資源的開(kāi)發(fā)與利用，人們發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)工程施工時(shí)，傳統(tǒng)水下混凝土存在著直接影響建筑質(zhì)量且不能被克服的性能缺陷。這些缺陷致使在深水、近海等水下區(qū)域環(huán)境中建設(shè)的工程達(dá)不到人類對(duì)水下建筑的要求。

20世紀(jì)70年代由原西德和日本先后研制出摻加了抗分散劑后具有水下不分散性的混凝土[1]。由此，水下不分散混凝土發(fā)展和應(yīng)用隨之成為適應(yīng)現(xiàn)代水下混凝土建筑的關(guān)鍵。

2 水下不分散混凝土的研究

2.1 概述

水下不分散混凝土是一種新型混凝土，具有水下抗分散性。將其直接傾倒于水中，當(dāng)穿過(guò)水層時(shí)，幾乎很少出現(xiàn)由于水洗作用而產(chǎn)生的材料分離狀況。且在水下施工時(shí)，水泥砂漿流失率低，水泥顆粒等不易在水中懸浮或被帶走，混凝土配合比變化很小，在水中能正常凝結(jié)硬化。

摻入的抗分散劑是由水溶性高分子聚合物、表面活性物質(zhì)等復(fù)合而成，有較強(qiáng)吸附能力，可將集料、水泥顆粒等吸附在一起，使混凝土擁有適于特殊環(huán)境的良好工作性能。生產(chǎn)水下不分散混凝土必須合理控制絮凝劑摻量，同時(shí)要采取有效的施工措施，防止水下不分散混凝土受到水的沖刷而導(dǎo)致性能受到損失。

水下不分散混凝土的成功研制，較好解決了新拌混凝土遇水即無(wú)法保持原有性能的問(wèn)題。新型水下不分散劑混凝土材料的研制對(duì)于水下建筑的發(fā)展有著非常重大的意義[2]。

2.2 水下不分散混凝土的研究方向

盡管水下不分散混凝土在我國(guó)大量應(yīng)用，工程上也為其提供了施工的機(jī)會(huì)，但仍很難將水下不分散混凝土的易施工、易澆筑等優(yōu)良性能具體應(yīng)用在我國(guó)跨江、跨海等工程。

因此國(guó)內(nèi)有大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)展開(kāi)了對(duì)水下混凝土的性能研究和應(yīng)用,但其絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的研究方向是關(guān)注水下不分散劑的開(kāi)發(fā)及對(duì)傳統(tǒng)水下不分散混凝土在配合比上的研究[3]。與之相反，國(guó)外對(duì)于水下不分散混凝土的研究方向主要著重于水下不分散混凝土的應(yīng)用技術(shù)、抗分散劑本身的改進(jìn)、實(shí)際施工工藝等[4]，而對(duì)水下混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能影響、澆筑施工措施及質(zhì)量檢驗(yàn)方法、控制結(jié)構(gòu)缺陷技術(shù)、混凝土的耐久性等方面研究卻不多。

水下施工具有一次澆筑成型的特點(diǎn)及水溶性聚合物抗分散劑的作用，使得新拌水下不分散混凝土表現(xiàn)出一些適于水下復(fù)雜環(huán)境的性能。

2.3 水下不分散混凝土施工注意事項(xiàng)

在運(yùn)輸和澆筑水下不分散混凝土?xí)r，必須選擇材料損失少的方法，快速運(yùn)輸，立即澆筑[5]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有明顯離析時(shí)，須重新攪拌混凝土，使其質(zhì)量均勻、黏結(jié)穩(wěn)定。在水中澆筑很難進(jìn)行振搗，所以混凝土流動(dòng)性應(yīng)適合水中環(huán)境，也就是保證混凝土能自流密實(shí)成型。

3 水下不分散混凝土的未來(lái)展望

水下不分散混凝土應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，適用于深水和海洋工程環(huán)境，這些復(fù)雜環(huán)境決定了水下不分散混凝土的應(yīng)用前景。

與傳統(tǒng)水下混凝土相比，水下不分散混凝土不需要圍堰進(jìn)行防水，可以直接在水下凝固硬化，可以較快地在水下施工[2]，縮短工期時(shí)間。

隨經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)的發(fā)展,水下不分散混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，水下不分散混凝土的快速發(fā)展也將帶給水下施工工藝新的突破。屆時(shí)，水下結(jié)構(gòu)及建筑的設(shè)計(jì)將迅速發(fā)展，新型水下不分散混凝土的需求量將會(huì)快速增加。