CN103556639B - 一种水下不分散的水泥基自密实材料施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，步骤1：确定水下浇筑部位；步骤2：分别设置水泥基自密实材料浇筑点和水溶性高分子聚合物溶液灌注点，水泥基自密实材料浇筑点与水溶性高分子聚合物溶液灌注点都必须与水下浇筑部位连通；步骤3：将水溶性高分子聚合物溶解于水中形成水溶性高分子聚合物溶液，通过水溶性高分子聚合物溶液灌注点向水下浇筑部位注入，水溶性高分子聚合物在水中溶解从而改变水的物理性质，使水泥基自密实材料进入水溶性高分子聚合物溶液中不分散；步骤4：通过水泥基自密实材料浇筑点向水中浇筑水泥基自密实材料，依靠水泥基自密实材料自重将水下浇筑部位充填密实并最终形成水下不分散混凝土。

Description

一种水下不分散的水泥基自密实材料施工方法

技术领域

本发明涉及一种水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，特别涉及一种在不同尺寸、形态和流速条件下的水下环境下的施工方法。

背景技术

水下不分散混凝土(Underwater Non-Dispersible Concrete，简称NDC)技术从80年代传入我国以来，其应用技术不断发展和提高。水下不分散混凝土也称为水下浇筑混凝土，是一种可以在水下浇筑，不会像普通混凝土那样，在水的作用下集料与水泥浆发生分离的专用混凝土。目前主要应用在水利、海洋、石化、煤炭等工程领域的水下大体积混凝土的施工，应用范围遍布全国许多省市。如：秦山核电站三期取水口工程(泵送)，上海600吨龙门吊承重平台(泵送)，丰淮线黄河特大桥围堰工程，涩宁兰长输管线湟中县上辛庄B327～B328标段，南京长江取水工程，大连、青岛码头修补、鸭绿江护岸工程，钱塘江大堤加固工程等。

水下不分散混凝土是将以絮凝剂为主的水下不分散剂加入到新拌混凝土中，可通过絮凝剂的高分子长链的“桥架”作用，使拌合物形成稳定的空间柔性网络结构，提高新拌混凝土的黏聚力，限制新拌混凝土的分散、离析及避免水泥流失，并能在水下均匀成型的混凝土。现有的水泥基材料包括混凝土、砂浆、净浆等在水下实现不分散的主要解决方案是配制各种基于絮凝剂和增粘剂的水下不分散剂将其加入到水泥基材料中，根据我国水下不分散混凝土的相关试验规范，水下不分散混凝土的坍落度不小于210mm-250mm，扩展度为430mm-470mm左右，这就使得所配制的水泥基材料存在成本高、粘性大、流动性能不足等缺点，无法实现水下高流动自密实性能。

自密实混凝土技术是日本东京大学混凝土实验室于1988年开发的新型混凝土技术，虽然在空气中具有高流动和高抗离析性能，但是遇水后即发生严重的分离，无法适应水下混凝土施工条件。如果在自密实混凝土中加入水下不分散剂，混凝土粘度急剧增大，导致混凝土流动性能和自密实性能显著降低，其流动性能的保持时间亦会收到严重的影响，因此无法通过加入水下不分散剂的方式配制出与空气中性能接近的水下自密实混凝土。

发明内容

本发明设计了一种水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其解决的技术问题是：(1)现有的水下不分散混凝土、水下灌浆材料通过将絮凝剂或增粘剂加入混凝土和灌浆材料来提高其水下抗分散能力，所形成的水下水泥基材料造价高、粘性大、流动性不好，同时施工工艺较为复杂。(2)水下化学灌浆可通过不同的化学材料解决遇水分散的问题，但是相比水泥基的水下材料成本高、污染大。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，包括以下步骤：步骤1：确定水下浇筑部位(4)；步骤2：分别设置一个或多个水泥基自密实材料浇筑点(5)和一个或多个水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)，水泥基自密实材料浇筑点(5)与水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)都必须与水下浇筑部位(4)连通；步骤3：将水溶性高分子聚合物(2)溶解于水中形成水溶性高分子聚合物溶液(3)，通过水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)向水下浇筑部位(4)注入水溶性高分子聚合物溶液(3)，水溶性高分子聚合物(2)在水中溶解从而改变水的物理性质，使水泥基自密实材料(1)进入水溶性高分子聚合物溶液(3)中不分散；步骤4：通过水泥基自密实材料浇筑点(5)向水中浇筑水泥基自密实材料(1)，浇筑过程无须振捣，依靠水泥基自密实材料(1)自重将水下浇筑部位(4)充填密实并最终形成水下不分散混凝土。

进一步，步骤1中通过模板(7)、钢筋石笼(8)或抛石堆积体(9)搭建各种结构的所述水下浇筑部位(4)。

进一步，对于水下渗漏通道和基础裂隙中的水下部分，则无法设置模板(7)、钢筋石笼(8)或抛石堆积体(9)，步骤1中通过控制水泥基自密实材料(1)的在水下流动距离从而控制充填范围以确定水下浇筑部位(4)。

进一步，步骤2中的水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)与水下浇筑部位(4)连通，步骤2中的水泥基自密实材料浇筑点(5)与水下浇筑部位(4)连通。

进一步，水下浇筑部位(4)中的水为动水时，将水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)置于水流方向的上游侧，使水溶性高分子聚合物(2)能够均匀充满整个水下浇筑部位(4)。

进一步，步骤3中将水溶性高分子聚合物溶液(3)通过自流或有压灌注的方式注入水中。

进一步，步骤4中将水泥基自密实材料(1)通过无导管自流、导管(10)自流或者有压输送方式浇筑至水下浇筑部位(4)中。

进一步，步骤4中的使用水泥与矿物掺合料(粉煤灰、矿渣、石粉等)、砂、石和减水剂等原材料，配制不离析、泌水的水泥基自密实材料(1)，水泥基自密实材料(1)包括自密实混凝土、砂浆和净浆中一种或多种，具有不振捣依靠自重将空间充填密实的能力。采用混凝土坍落扩展度试验检测，在空气和水下环境中水泥基自密实材料(1)坍落度试验值≥220mm，扩展度试验值≥500mm。

该水下不分散的水泥基自密实材料施工方法与现有水下不分散混凝土施工方法相比，具有以下有益效果：

(1)本发明通过将水溶性高分子聚合物溶于水中改变水的物理性能，使得水泥基自密实材料在水中不分散，实现了水泥基自密实材料在水中浇筑时不分散、不离析、自密实以及能够充填各种水下空隙并硬化的性能，保持了混凝土原有的各种性能指标，使得水下自密实混凝土的施工成为可能。

(2)本发明方法可适用于不同流速下，不同尺寸、形态的水下环境施工，例如水下结构物和构筑物浇筑、水下溶洞裂隙封堵、具有地下水的基础灌浆等，能够简化工艺、加快速度、提高成功率，同时能够降低施工成本。

(3)本发明水泥基自密实材料中不需要加入增粘剂、絮凝剂等水下抗分散类外加剂，能够降低水下混凝土施工、水下灌浆的成本。

(4)本发明所使用的水泥基自密实材料，具有高流动性能和自充填密实性能的同时实现了水下不分散，能够对水下各种尺度的空间进行自流和有压浇筑。

(5)本发明相比现有水下混凝土技术，提高了混凝土材料在水中的抗分散能力，从而降低了水下混凝土施工难度，提高了水下混凝土施工对工程环境的适应性。

附图说明

图1：本发明水下不分散的水泥基自密实材料施工方法示意图

图2：本发明水下不分散的水泥基自密实材料浇筑完成示意图；

图3：本发明中水下模板替代方案示意图；

图4：本发明中自密实材料自由落入水中浇筑示意图；

图5：本发明中自密实材料经导管入水依靠自重浇筑示意图；

图6：本发明中自密实材料经导管有压泵送浇筑示意图。

1-水泥基自密实材料；2-水溶性高分子聚合物；3-水溶性高分子聚合物溶液；4-水下浇筑部位；5-水泥基自密实材料浇筑点；6-水溶性高分子聚合物溶液灌注点；7-模板；8-钢筋石笼；9-抛石堆积体；10-导管；11-泵。

具体实施方式

下面结合图1至图6，对本发明做进一步说明：

(1)为所需浇筑的水下部位设置模板7，有天然阻隔或已有阻隔的部位无须设置模板。对于水下结构物和构筑物，通常是有具体形状要求的，应在结构物的外边界设置模板7，结构物和构筑物对外边界形状要求不高时，可采用钢筋石笼8或抛石堆积体9设置阻隔。对于水下渗漏通道和基础裂隙中的水下部分，则无法设置模板，可以通过控制混凝土材料的流动距离控制充填范围。

(2)根据所需浇筑的水下部位确定水泥基自密实材料浇筑点5和水溶性高分子聚合物溶液灌注点6的位置，浇筑点和灌注点可以是一个也可以是多个，都应与水下浇筑部位4相连通，并应尽可能置于其内部。

水溶性高分子聚合物溶液灌注点6应尽量均匀分散在水下浇筑部位4内，动水时应考虑水流方向，尽量将其置于水流方向的上游侧，使其能够均匀充满整个水下浇筑部位4。水泥基自密实材料浇筑点5应尽量布置在水下浇筑部位4的下部。

(3)将水溶性高分子聚合物2溶解于水中，将溶解完成的水溶性高分子聚合物溶液3通过自流、有压灌注等方式注入水中，使其在水下浇筑部位4分散，水溶性高分子聚合物溶液3在常温下可进一步在水中溶解，水泥基自密实材料1在其中不分散，胶凝材料损伤量应小于总质量的1％。

水溶性高分子聚合物溶液3一般通过导管的方式自流入水下浇筑部位4的水中分散，自流速度过慢或无法自流时可通过压力泵送的方式注入，静水条件下可一次性全部注入后浇筑混凝土，动水条件下应考虑水流造成的损失并及时补充溶液。水泥基自密实材料1浇筑后，水下浇筑部位4的液体应保持清澈，不发生胶凝材料分散的现象。

(4)然后将水泥基自密实材料1通过无导管自流、导管自流或者有压泵送等方式浇筑至水下浇筑部位4，所浇筑的水泥基自密实材料1性能通过混凝土坍落扩展度试验检测，坍落度试验值≥220mm，扩展度试验值≥500mm。

在具体实施中，首先将水溶性高分子聚合物2充分溶解于水中制成水溶性高分子聚合物溶液3使用，自密实材料的工作性能在陆地上和200倍溶液稀释液中基本相同不发生明显变化，其工作性能稳定性可以维持1-6小时，水中凝结时间与陆地上基本相同；对于水下自密实混凝土，可实现其坍落度≥250mm，扩展度≥600mm时，静水中胶凝材料流失量小于0.5％；对于水下自密实砂浆，可实现当其坍落度≥280mm，扩展度≥800mm时，静水中胶凝材料流失量小于0.5％；流速0.5m/s的动水中胶凝材料未发生明显的分散；其水陆抗压强度比≥70％。在湖北某工程水下溶洞封堵项目中，使用该方法对水深30m处、长度＞100m、流量为5m³/s的不规则贯穿溶洞进行了封堵，通过钻孔的方式在溶洞上部岩体向下钻孔70m构造了自密实材料浇筑孔和水溶性高分子聚合物溶液灌注孔，通过水溶性高分子聚合物溶液的灌注、自密实砂浆的浇筑和水泥净浆压力灌浆等方法将溶洞完全封堵；封堵所使用的水泥砂浆扩展度≥800mm，水泥净浆扩展度≥600mm，胶凝材料流失量均小于1％，封堵过程中下游未见分散的水泥浆。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，包括以下步骤：步骤1：确定水下浇筑部位(4)；步骤2：分别设置一个或多个水泥基自密实材料浇筑点(5)和一个或多个水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)，水泥基自密实材料浇筑点(5)与水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)都必须与水下浇筑部位(4)连通；步骤3：将水溶性高分子聚合物(2)溶解于水中形成水溶性高分子聚合物溶液(3)，通过水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)向水下浇筑部位(4)注入水溶性高分子聚合物溶液(3)，水溶性高分子聚合物(2)在水中溶解从而改变水的物理性质，使水泥基自密实材料(1)进入水溶性高分子聚合物溶液(3)中不分散；步骤4：通过水泥基自密实材料浇筑点(5)向水中浇筑水泥基自密实材料(1)，浇筑过程无须振捣，依靠水泥基自密实材料(1)自重将水下浇筑部位(4)充填密实并最终形成水下不分散混凝土。

2.根据权利要求1所述水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其特征在于：步骤1中通过模板(7)、钢筋石笼(8)或抛石堆积体(9)搭建各种结构的所述水下浇筑部位(4)。

3.根据权利要求1所述水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其特征在于：对于水下渗漏通道和基础裂隙中的水下部分，则无法设置模板(7)、钢筋石笼(8)或抛石堆积体(9)，步骤1中通过控制水泥基自密实材料(1)的在水下流动距离从而控制充填范围以确定水下浇筑部位(4)。

4.根据权利要求1所述水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其特征在于：步骤2中的水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)与水下浇筑部位(4)连通，利用水溶性高分子溶于水中改变水的物理性质使得水泥基自密实材料在水中不分散，亦可实现水泥基非自密实材料的水下不分散，步骤2中的水泥基自密实材料浇筑点(5)与水下浇筑部位(4)连通。

5.根据权利要求1或4所述水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其特征在于：水下浇筑部位(4)中的水为动水时，将水溶性高分子聚合物溶液灌注点(6)置于水流方向的上游侧，使水溶性高分子聚合物(2)能够均匀充满整个水下浇筑部位(4)。

6.根据权利要求1所述水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其特征在于：步骤3中将水溶性高分子聚合物溶液(3)通过自流或有压灌注的方式注入水中。

7.根据权利要求1所述水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其特征在于：步骤4中将水泥基自密实材料(1)通过无导管自流、导管(10)自流或者有压输送方式浇筑至水下浇筑部位(4)中。

8.根据权利要求1至7中任何一项所述水下不分散的水泥基自密实材料施工方法，其特征在于：步骤4中的水泥基自密实材料(1)包括自密实混凝土、砂浆和净浆中一种或多种，采用混凝土坍落扩展度试验检测，在空气和水下环境中水泥基自密实材料(1)坍落度试验值≥220mm，扩展度试验值≥500mm。