长距离泵送水下不分散混凝土的应用技术研究

赵飞欧

(上海市建筑构件制品有限公司，上海200090)

1 工程概况

金山铁路改建工程黄浦江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Ⅰ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1～2m/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；坍落度过小或浇筑时间过长，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，都会导致卡管事故。如何选取合适的絮凝剂和配合比，最大限度保证混凝土在水下浇筑过程中的粘聚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筑。当浇筑时间过长时，上部混凝土已接近初凝，混凝土的流动性大大减小，造成混凝土浇筑极为困难，容易造成堵管，故需要尽可能提高混凝土浇筑速度[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量指标见表1。

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

表1 混凝土质量指标

选用安徽庐江牌，Ⅱ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5～25mm，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

选用上海家溪建材的Ⅱ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 混凝土试验和配合比优化

5.1 混凝土试验

初步确定以下三个混凝土配合比进行系列试验，主要考虑水胶比(0.46和0.42)和粉煤灰和矿粉掺合料的差异。配合比见表2。

表2 混凝土试配配合比 kg/m3

5.2 混凝土拌合物工作性

表3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既满足工程要求又经济。

表3 混凝土拌合物工作性

5.3 混凝土抗压强度

由试验测得的混凝土抗压强度表4可见。

表4 混凝土抗压强度

由试验表4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筑环境，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。

为了进一步探究其他储存方式下脂肪酸种类和脂肪酸含量变化，对每种样品进行了GC-MS分析。通过分析比较，5种储存方式的脂肪酸种类变化不大，主要区别为C18∶3、C18∶2、C18∶1含量，详见表2和表3。

从表5可以看出，在水下环境浇筑中，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筑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，最终配合比确定水胶比为表2确定的配合比C，坍落度为200±30mm,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%。

6 水下不分散混凝土的工程应用

表5 不同的浇筑条件

6.1 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筑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，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。

表6 实际生产混凝土检测结果

（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1h泵送完毕。

（4）混凝土在浇筑后，由于混凝土的表面平整度与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。

按统计方法GB/T50107-2010规定对56d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-λ 1Sfcu=43.5＞fcu,k=30.0；fcu,min=44.9＞λ2fcu,k=27.0符合C30强度要求。按C40强度要求评定时mfcu-λ 1Sfcu=43.5＞fcu,k=40.0；fcu,min=44.9＞λ2fcu,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、且混凝土抗压强度均达到或超过了预设值，相关指标均符合设计要求，可以为类似工程提供借鉴和经验。

[1]张长民,周伟,丁新龙,冯士明,许海彬.水下不分散混凝土的性能特点及其在水利工程中的应用[J].水利水电技术,2000（31）：26-28

[2]陈立明,冯微,钟少全,陈秋声.水下不分散混凝土施工技术应用[J].广东水利水电,2001（5）：74-77