长泵送距离水下不分散混凝土的应用技术研究

1、长距离泵送水下不分散混凝土的应用技术研究The Application and Study of Non-dispersible Underwater Concrete with Long Pumping Distance赵飞欧(上海市建筑构件制品有限公司)摘要: 通过混凝土配合比的优化设计，应用复合胶凝材料技术并结合掺用絮凝剂技术配置了长距离泵送水下不分散混凝土，并研究出了适合水下浇筑环境的浇筑方法，混凝土的工作性和力学性能等各项指标满足了工程设计要求，并在金山铁路改建工程黄浦江特大桥主桥工程得以成功应用。关键词:大流动度水下不分散混凝土 絮凝剂 长泵送距离1 工程概况金山铁路改建工程黄浦江

2、特大桥主桥及引桥全长3.5公里,主桥为4孔跨径112米的简支钢桁架双线铁路桥,全长456米, 本项目为金山铁路改建工程二标段黄浦江特大桥，作为金山铁路改建工程的组成部分，主要用于大桥受压，为水工级建筑。要求混凝土抗压强度级别不小于C30。施工采用固定泵泵送，水平泵送距离最长处为400米。2 工程难点（1）本工程项目要求在最大水深8米，水流速度为1m/s至2m/s之间的条件下进行浇筑，由于是水下施工，对混凝土的抗离散性能有很高的要求。必须严格控制混凝土的配合比，坍落度过大时会产生离析现象，使粗骨料相互挤压阻塞导管；坍落度过小或浇注时间过长，使混凝土的初凝时间缩短，加大混凝土下落阻力而阻塞导管，都

3、会导致卡管事故。如何选取合适的絮凝剂和配合比才能最大限度保证混凝土在浇筑过程中的粘结性能是本次工程的重点。（2）水工建筑物由于自身的特点,在施工过程中难免使用长距离泵送混凝土，由于泵送管道过长，混凝土与管道摩擦产生热量，使混凝土温度升高，初凝时间缩短导致堵泵现象。（3）必须保证混凝土良好的流动性和填充性以及优异的混凝土坍落度保持能力，以此来保证混凝土的顺利浇注。当浇注时间过长时，上部混凝土已接近初凝，会加厚积聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土浇注极为困难，容易造成堵管，故尽可能提高混凝土浇注速度1。3 混凝土质量目标的确定 根据本工程对混凝土的质量要求和工程特点，我们确定了所要配制的混凝土的质

4、量指标见表3.1。表3.1 混凝土质量指标序号项目指标要求备注2强度等级C30水下成型方法3坍落度200 mm±30mm4扩展度500 mm±50mm5凝结时间初凝12h水下成型方法终凝26h水下成型方法4 原材料4.1水泥选用安徽铜陵海螺牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥。28d抗折强度为7.8MPa，抗压强度为53.0MPa。4.2细骨料 选用安徽庐江牌，区中砂，细度模数为2.6，含泥量为0.5%，含水率为5.2%，泥块含量为0.2%。4.3粗骨料选用湖州金丰石场人工碎石，粒径为5-25，含泥量为0.5%，针片状含量为5.3%，泥块含量为0.3%。4.4粉煤灰 选用上海家

5、溪建材的级粉煤灰，细度为16.6%，含水量为0.2%。4.5矿粉 选用恒昌牌S95型高炉粒化矿渣粉。4.6外加剂 JS水下抗分散剂，上海交通大学研制的js系列混凝土絮凝剂。5混凝土配合比设计5.1 配合比选择混凝土配合比设计通过计算和试配调整后确定。考虑到水下浇筑环境，为提高混凝土强度富余值，确定混凝土的强度等级为C40，试验采用水下成型的方式。按照上述要求，对以下三种混凝土配合比进行系列试验。配合比见表5.1。表5.1 混凝土试配配合比组号水泥砂石水粉煤灰矿粉絮凝剂A50064697023012.5B4506469702305012.5C4006609902105050105.2混凝土拌合物

6、工作性 表5.2混凝土拌合物工作性 mm编号ABC坍落度200210220扩展度450×480470×500500×530凝结时间初凝h15.816.516终凝h23.224.324 表5.2为混凝土拌合物工作性数据，由表可见：混凝土中由于矿物质掺合料的作用，流动性高。这是由掺合料自身特性决定的：颗粒极细，在混凝土中各组成材料形成连续级配的粒径分布，减水作用，自身微观形貌（滚珠状），有利于增强混凝土流动性。所以选择配比C即满足工程要求又经济。5.3混凝土抗压强度由试验测得的混凝土抗压强度表5.3可见：表5.3 混凝土抗压强度（折合标准试块强度（MPa）编号抗压强度

7、（MPa）3d7d28d56dA22.039.049.653.5B20.737.952.356.9C20.237.053.658.2由试验表5.3可见，矿物掺合料有助于混凝土后期强度的增长，纯水泥混凝土的一个主要特点就是早期强度增长较快，后期强度增长缓慢。从泵送性能和经济性考虑选用配比C。5.4不同成型条件下混凝土的强度指标为确定本工程的最佳浇注环境，采用配合比C试配的混凝土在三种不同成型条件下进行比对试验。试验结果见表5.4。表5.4 不同的浇筑条件浇筑方法7天强度（折合标准试块强度(Mpa)）达到强度设计值%28d强度折合标准试块强度(Mpa)达到强度设计值%空气中38.596%52.31

8、31%水中无导管28.872%45.0112%水中有导管32.481%48.1120% 可以看出，在水下环境浇注中，混凝土的强度比在空气中略低，但硬化后混凝土的强度仍能满足设计要求。在水中有导管条件下浇注比水中无导管条件能够更好的防止混凝土的离散。综合上述试验，确定水胶比为0.46，坍落度为（200±30）mm,砂率控制在38%42%之间，矿物掺合料采用复掺法，粉煤灰掺为10%，粒化高炉矿渣粉掺量为10%。选用最终配合比C。6水下不分散混凝土的工程应用61 运输水下不分散混凝土在运输过程中，应始终保持混凝土搅拌车搅拌筒低速旋转，以保持混凝土的工作性。由于是长泵送距离混凝土，对混凝土泵

9、送性能有较高要求，运输时间应严格控制在1小时以内。6.2泵送和浇筑6.2.1 浇筑方法水下不分散混凝土的浇注方法一般采用导管法、泵送法和开底容器法。依据施工现场特点，本次施工最终采用了导管法进行施工。长距离泵送中为防止混凝土堵泵，采用的导管按标准须达到粗骨料最大直径的8倍，依据本次施工选用了200mm直径的导管。6.2.2 浇筑水下不分散混凝土的浇筑必须采取连续浇筑，在开始浇筑时，先将导管灌满混凝土，而后再打开底盖或让滑塞滑出导管。避免管内充水后，混凝土在水中落差增大，降低混凝土的强度。在浇筑过程中混凝土应连续不断的供给装料斗，使导管内经常充满混凝土，以防止水流反窜。若施工过程中不得不停顿时，

10、续浇的时间不得超过水下不分散混凝土的初凝时间。6.3 质量控制和管理（1）混凝土生产中，絮凝剂必须采用先与粉状材料干拌再整体混合的顺序投料，混凝土搅拌时间控制为3min。（2）在浇筑前先进行护坦面清淤作业，对江泥采用抓斗挖除，以保证护坦面干净无杂物，无浮泥和碎渣，确保新浇筑的混凝土与护坦面粘结良好。清淤后由现场进行隐蔽性工程验收2。（3）混凝土供应应采用现场派人协调和GPS实时监控相结合的控制方式，确保混凝土在1小时泵送完毕。（4）混凝土在浇筑后，由于混凝土的表面平整度浇筑点的分布和密度有很大关系，在施工过程中，根据混凝土的流动度来确定浇筑的分布，混凝土的浇筑原则是宁高勿低，待混凝土表面沉实后

11、和自流平停止后，有专人进行水下检测，看是否有漏浇现象。6.4实际工程质量按上述措施，2010年6月15日开始浇筑该工程水下不分散混凝土，共浇筑三次，总计894m3。对浇筑中的混凝土进行取样检测，检测结果见表6.1。表6.1 实际生产混凝土检测结果 浇筑日期抗压强度（MPa）(水下成型)塌落度（mm）扩展度（mm）3d7d28d56d6月15日19.428.540.345.1210490×51020.529.141.844.9215500×51519.128.439.746.1220500×5207月19日20.829.941.745.3215500×52

12、020.129.440.645.3220505×52520.930.740.946.7225505×52519.829.839.745.6215495×5108月13日20.130.242.848.2220520×53018.929.741.647.9215500×51519.429.440.848.6225510×525按统计方法GB/T50107-2010规定对56天强度进行评定，强度平均值为46.4MPa，强度最小值为44.9MPa，强度标准差为1.39N/mm2。按C30强度要求时mfcu-1Sfcu=43.5fcu,k=30

13、.0；fcu,min=44.92fcu,k=27.0符合C30强度要求。按C40强度要求评定时mfcu-1Sfcu=43.5fcu,k=40.0；fcu,min=44.92fcu,k=36.0符合C40强度要求。根据检测结果，三次浇筑的混凝土各项指标均能达到设计要求。 整个浇筑过程中供料顺畅，凝结时间符合设计要求,未发生堵泵现象。7、结论（1）混凝土中掺加絮凝剂后，能够明显提高混凝土在水中的抗离散性。（2）与传统的水下普通混凝土施工技术相比，水下不分散混凝土施工新技术可简化施工工艺、缩短工期、降低工程成本、确保工程质量。（3）通过采取上述施工步骤后，30天后观察采样所得结果：混凝土密实、骨料分布均匀、且混凝土抗压强度