水下不扩散混凝土在水下建筑物修补中的应用分析

摘要：水下不扩散混凝土是一种新型的混凝土，具有不泌水、不离析等优点，在现代桥梁、水利水电、抗洪抢险、城建等工程中得到了广泛的应用。本文简要介绍了水下不扩散混凝土的作用机理，并分析了水下不扩散混凝土树下建筑物的修补中的应用。

关键词：不扩散混凝土；水下建筑；基础加固

中图分类号：TU528文献标识码： A 文章编号：

一、前言

随着科学技术的发展，混凝土施工工艺及施工技术也在不断地发展创新，近年来，国际上研究并发展了一种新型的混凝土，即水下不扩散混凝土。该技术与上世纪70年代由德国首创，并在美国及日本等国家迅速地发展起来。1983年开始，我国开始应用水下不扩散混凝土，目前在水利水电、油田建设、污水处理、抗洪抢险、桥梁工程及城建工程等中得到了广泛的应用，在提高水下工程的建设质量方面发挥了重要作用，同时也使得很多的新工艺、新技术及新结构得以实现。

二、水下不扩散混凝土的作用机理

传统水下混凝土施工容易受渗水量及现场施工条件等的影响，容易造成水泥流失和材料离析等问题，很难确保混凝土中各种成分的均匀性等，很容易导致施工强度不符合工程设计要求、导致环境问题等。最常用的解决办法是改进水下混凝土的施工工艺及机械设备等，或者采用围堰隔水方式等，以减少混凝土拌合物与水的接触，从而减轻水洗作用。但这些方法都不能有效地解决混凝土的离析问题，并且施工成本较高。水下不扩散混凝土的出现可以有效地解决这一系列的问题。通过在混凝土中添加水中抗分散剂，可以有效地控制混凝土的塑性粘稠度以及屈服应力等始终保持在理想的范围之内，使骨料能够悬浮在浆体之中，从而使混凝土不泌水、不离析。水中抗分散剂实际上是一种絮凝剂，在混凝土中添加这种絮凝剂改良了材料的性能，由于絮凝剂具有表面活性作用，可以有效地改变混凝土中各分散颗粒物的表面电位，使得颗粒之间的吸引势能增强。在相互作用的过程中，胶体颗粒的表面电荷被中和，从而使得颗粒间的距离减少，受范德华引力的作用，多项粗分散体系相互作用并凝结成为稳定的絮凝体，并分散在水泥颗粒上。通过多颗粒相互联系从而形成一个较为稳定的絮凝结构。此外，由于絮凝剂的官能团中带有羟基，羟基与拌合物中的水分子作用形成氢键，从而有效地增加了水分子之间的亲和力。絮凝剂分子之间中的长分子链能够相互吸引而收缩，从而增大分子链之间的引力，多个长链相互缠结从而形成一个网状结构，这个网状结构能够将絮凝剂和水泥包裹起来，防止其受到外部水分子的作用而分散。这使得混凝土的拌合物的黏稠性增强，从而有效地抑制骨料与水泥的分离，提高混凝土的抗水洗能力。

三、水下不扩散混凝土在水下建筑物修补中的应用

（一）修补方案的选择

传统的水下混凝土在浇筑过程中容易出现水泥流失、材料离析等，不仅影响施工强度，同时还会造成严重的环境污染。由于水下建筑长期受水洗作用，容易出现混凝土防冲墙损坏、基础掏空等问题，如果不及时予以修复处理，可能会导致导墙在水力冲击下毁坏甚至倒塌，严重危害建筑物的正常使用。传统的修补办法有采用修筑围堰、修筑防渗墙以及开挖深槽等。对于尾水渠导墙严重损坏的工程，如果没有及时发现，必须进行汛前修补，此时如果采用修筑围堰的方法已于事无补，并且造价较高。而如果采用修筑防渗墙的方法，水下混凝土的的抗冲能力很难满足要求。可以采用开挖深槽，并在干地条件下进行混凝土的浇筑，能够确保混凝土的浇筑质量。因此，对于水下混凝土建筑的修补和加固，可以采取两步进行。首先应采用水下不扩散混凝土对冲坑进行回填，确保填筑牢固后，采用控制爆破的方法开挖深槽，深槽的开挖应从尾水渠平台开始向下开挖，根据实际情况确定深槽的大小。其次，应采用钢筋混凝土修筑防冲墙，以地域高速水流强大的冲击力和侵蚀。整个修补过程主要包括水下清基处理、水下建模、浇筑水下不扩散混凝土以及钻孔检查几方面。

（二）不扩散混凝土的配合比设计

水下建筑物由于长期处在流速及水压不断的水环境下，因此应进行自然混凝土在水环境中的特殊仓面的施工。水下不扩散混凝土不仅具有常规混凝土的性能，还要求其在水中的湿堆密度以及黏聚性等性能良好，并应控制其湿堆密度在2100kg/m3以上。因此，在设计不扩散混凝土的配合比时，应选择质量较好的混凝土外加剂。混凝土外加剂的质量及掺量直接决定着水下不扩散混凝土修补能否成功。分析多种外加剂以及混凝土的配合比，并通过反复的试配和试验，并多次试配掺量值设计混凝土的配合比。

（三）水下立模

进行水下立模前，应有专业的潜水员进行水下测量，合理、准确地设计各单元的混凝土构件的尺寸，并组织有丰富经验的模板工进行精加工设计，采用脚手管来进行水下混凝土立模支架的制作，应注意采用分段焊接的方式焊接钎脚，确保模板的周边平直，并且各模板之间应为无缝连接，以利于进行水下固定。立模时，应由潜水人员负责将钢管模具准确地打入相应的水下拟浇筑的混凝土构件中。利用测锤和水准尺牌来对支架及模板的标高进行测控，并对其进行不间断的调整，使其达到控制混凝土浇筑面的高程。完成立模后，采用水下不扩散混凝土进行护脚处理，确保模板和模架稳定牢靠。护脚中采用的水下不扩散混凝土应现拌现用，并由水下潜水员进行操作。

（四）水下不扩散混凝土的浇筑

水下不扩散混凝土的浇筑流程主要包括混凝土的生产、通过现场架设泵车将浇筑材料送至水中、潜水员进行混凝土的作业施工等。

1、合理地选择泵车泵压

混凝土的泵车应根据水的流速来选择，一般情况下，泵压及泵量应为比1/4-1/3最大浇筑泵量略小，使出料受到较小的水体顶托力，确保混凝土具有较好的黏聚性，以进行一次性的连续浇筑，使混凝土在是环境中的自流状态良好，从而确保浇筑过程的顺利进行。

2、水下出料口的布设

混凝土的拌合物在穿越水层移动的过程中，容易发生离析，从而导致骨料与水泥发生分离，导致混凝土不均匀。尤其是含有钢筋的混凝土，如果混凝土不密实，容易导致钢筋锈蚀，有时候甚至会影响整体结构的受力。因此应严格控制好水下出料口与混凝土浇筑点的水平分布、浇筑面的竖向距离等。

3、混凝土的潜水作业

在进行水下不扩散混凝土的浇筑过程中，应采用赶水法进行施工。赶水法就是从第一个浇筑点开始浇筑混凝土后，混凝土应沿着该点向四周扩散，并连续性地进行浇筑，防止在浇筑过程中外界水系被裹入到混凝土中，从而损坏混凝土的内在质量。在施工过程中，应安排专业的技术人员检查和确认混凝土的用量，并由潜水人员对模板的变形情况、漏浆及混凝土的质量等进行核查和记录，以及时地将浇筑信息反馈给专业人员，并及时地采取相应的整修措施。整个操作过程中，必须科学严谨地组织施工，指挥和信号均应统一，潜水作业应选择有经验的潜水员来进行操作。

四、结束语

水下不扩散混凝土具有较强的黏稠性和流动性，塑性较好，且泌水和冒浆少，具有优良的自流平性、抗分散性、保水性和填充性。相比于一般的混凝土，水下不扩散混凝土受施工环境的影响较小，其施工质量的波动性较小，因此能有效地降低混凝土的缺陷率，避免混凝土组分的离析，还可有效地降低水泥用量，能够确保新、老施工缝间的接触性能。近年来，水下不扩散混凝土在我国各项建设工程中得到了广泛的应用，其技术在不断地完善与发展，加强对其的研究与应用对促进水下建筑的发展具有重要意义。

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