31  水下混凝土應用什么外加劑？

水下混凝土因使用目的和施工方法不同，其配合比及選用的外加劑也不應該一樣。對比較難以按導管法施工，或以澆筑倉號比較大的建筑物修補部位施工的水下混凝土，應以摻水下不分散劑，配制水下不分散混凝土為宜。對灌注樁、地下連續墻，可以按導管法等一般水下混凝土施工法進行。

一、外加劑選擇

（一）水下混凝土應用外加劑的目的

（１）提高混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。施工坍落度宜為16～22cm；坍落度損失小，降至15cm的時間不宜小于1ｈ。這樣，混凝土均勻擴散，充填密實，不堵管，不頂管。

（２）緩凝。有利于澆筑進行，整修灌筑要求在初凝前完成。遇到溫泉等泥漿水溫度較高時，緩凝要求更為突出。

（３）滿足混凝土的設計強度。

（４）配制水下不分散混凝土。

（二）外加劑的選擇

在地下連續、深孔灌注樁等混凝土中，一般應用木質素磺酸鈣減水劑。該產品具有緩凝、改善和易性及價廉的特點；其不足是對水泥的適應性差；在以硬石膏為調凝劑的水泥中會出現速凝事故；混凝土拌合物的水灰比較大。

為了提高深孔灌注樁的施工質量，可以應用ＡＴ緩凝高效減水劑或萘系緩凝高效減水劑。

由于普通的水下混凝土施工多用導管法施工，施工要求難度大，如果澆筑速度與升管速度配合不當，或混凝土流動性不佳，都易產生水泥漿被沖散，樁截面變小，甚至斷樁的事故，為了使混凝土在水下澆筑能保持整體而不分散，絮凝劑（水溶性纖維素醚或水溶性丙烯酸類的聚合物）等是不可少的。商品水下不分散混凝土外加劑一般都是絮凝劑與高效減水劑的復合物，應注意根據水深情況及施工機具（導管或非導管）情況，調整水下不分散外加劑的摻量，必要時可復合高效減水劑，以提高流動性，減少水下不分散外加劑的用量。有抗凍要求的水下不分散混凝土還可摻用引氣劑或引氣減水劑。

二、施工技術

（一）澆筑

在澆灌混凝土之前，應根據施工現場的條件制訂合理的運輸計劃，選擇合適的運輸工具，保證混凝土在運輸過程中不離析，和易性變化小，并在混凝土攪拌后快運、快澆，運輸工具可用混凝土攪拌車、吊罐、輸送機、混凝土泵、溜槽、手推車等。澆灌前要做好準備工作，保證按計劃連續澆筑，鋼筋骨架定位準確，模板尺寸接縫精確，固定牢固。澆灌時可用混凝土導管、混凝土泵等機具，在水深較淺時，也可用吊罐溜槽等直接澆灌。澆筑點應適當布置，防止倉面漏澆或澆筑過量。澆筑過程可用水下攝像機拍攝，水上監控人員通過傳送上來的圖像檢查平倉情況。

使用導管法時，應根據混凝土的用量及混凝土流向的狀態確定導管內徑，導管內徑一般為150～300ｍｍ，要超過粗集料最大粒徑的８倍，導管應不透水，并排除導管內的水，整個澆灌過程中導管底端埋入混凝土面以下2～3ｍ，最小埋深不小于１ｍ，也不宜大于６ｍ。導管隨澆筑隨提升，利用導管內混凝土柱與導管出口混凝土的壓力差，使混凝土不斷從導管內擠出，使混凝土面均勻上升，槽內或孔內的泥漿逐漸被混凝土置換而排出槽外。混凝土應連續不斷防止逆流水。

在澆灌到規定尺寸，待混凝土表面沉實，停止自流平后，可進行混凝土表面抹平，抹平一般在澆灌后0.5～1ｈ后用木抹子進行。

（二）養護

水下不分散混凝土在硬化過程中，常受動水、波浪等沖刷而造成水泥流失或混凝土被淘空。因此，對預計到的波浪要設置模板或用苫布保護混凝土表面。當施工部位由水下變到水上時，對暴露在空氣中的混凝土，必須進行與普通混凝土相同的養護，防止干縮和溫度急劇變化產生裂縫。

三、質量控制

（一）混凝土強度

混凝土的配制強度是根據水下混凝土結構的設計強度而定，對未摻水下不分散混凝土外加劑的配制強度，我國《港口工程技術規范》（JTJ221—82） 規定，采用導管法施工，所澆灌的水下混凝土設計強度應比普通混凝土提高30％～40％。水中的試塊強度應超過設計強度，由于一般水下混凝土的水陸強度比可達80％以上，陸上制作的試塊強度應按超過設計強度的1.2倍考慮。確定水灰比時，必須考慮混凝土的配制強度、耐久性和抗滲性，一般水灰比不超過0.6，水下不分散混凝土的強度一般在Ｃ15～Ｃ40。除外加劑外，混凝土配合比與施工方法也有關。

（二）配合比設計

對以導管法澆筑的普通水下混凝土，配合比應滿足以下要求：

（１）水下混凝土靠自流平、自密實，因此其流動性要大，粘聚性要好。流動性的指標用坍落度和坍擴度表示。坍落度和坍擴度愈大，混凝土的流動性愈好，但若太大，混凝土容易出現混濁及粗料下沉的現象；若太小，則混凝土填充又不密實。一般水下混凝土的坍落度取（230±20）ｍｍ；坍擴度取350～450ｍｍ。粗集料的最大粒徑為20～40ｍｍ，中砂為宜。水泥用量一般在380～450kg/ｍ³，砂率大于40％，水灰比小于0.59。

（２）水下不分散混凝土的配合比設計，除須滿足設計所提出的強度外，更為重要的是必須滿足水下抗分散性、填充性及和易性要求。水下不分散混凝土的和易性包括黏稠性與流動性。由于水下混凝土施工時一般不振搗，因此，和易性是影響水下不分散混凝土施工質量的關鍵。水下不分散混凝土的配合比設計需考慮以下幾方面：

①流動性。水下不分散混凝土的流動性指標是坍擴度或擴展度。坍擴度的測定是將混凝土拌合物按坍落度試驗方法的規定裝入坍落度筒內，并抹平表面，立即將坍落度筒提起、靜置，直到混凝土停止流動，測其坍擴最大值直徑及其垂直方向位置，取其平均值作為坍擴度。

擴展度的測定是按規定方法將拌制好的混凝土拌合物裝入標準圓錐筒內，抹平表面，然后將圓錐筒輕輕提起，靜置2min，然后在15ｓ內15次提起試驗臺一端4cm高度，使其自由落下。15次后測定試驗臺兩個互相垂直方向混凝土的擴展直徑，取兩者的平均值作為擴展度。

水下混凝土不易振搗，流動性要大，粘聚性要好。坍擴度或擴展度愈大，混凝土的流動性愈好，愈有利于施工。但若太大，混凝土施工中容易出現混濁及粗集料下沉現象。若坍擴度或擴展度太小，則混凝土又將出現不密實。一般水下混凝土的坍落度?。?/span>230±20）mm；坍擴度取350～450ｍｍ。選擇坍擴度或擴展度應根據施工條件及要求，參考有關資料選擇，并須經過試驗來確定。

應根據現場施工條件和澆灌方法、混凝土的坍落度和坍擴度，可根據表１選取。

若高溫或遠距離運輸情況下進行施工，應考慮坍擴度損失，一般在夏季施工及混凝土攪拌出機后1～2ｈ，坍擴度下降約30～50mm。

②水灰比。水灰比是影響水下不分散混凝土強度、耐久性、抗滲性等的主要因素。首先應根據摻絮凝劑的混凝土水下試塊強度與水灰比的關系曲線來確定混凝土強度所要求的水灰比。而混凝土耐久性及抗滲性所要求的水灰比，往往與現場氣溫情況、環境條件與建筑物結構有關。日本的《水下不分散混凝土設計與施工指南》列出了有關混凝土耐久性的水灰比最大值，一般不大于0.55～0.65。表２是在某些條件下的水灰比限值。

表２　水灰比限值

根據強度要求的水灰比與耐久性和抗滲性所要求的水灰比應統一綜合考慮，采用其較小者作為所選用的設計水灰比。

③單位用水量及水泥用量。水下不分散混凝土中由于絮凝劑的摻入，水的黏性提高，因此，其單位用水量比普通混凝土大。當坍擴度為45cm左右、粗集料最大粒徑為２０ｍｍ時，單位用水量約為220～230kg/ｍ³；而粗集料最大粒徑為40mm時，單位用水量約為215～225kg/ｍ³。試配時，需通過試驗調整砂率及絮凝劑摻量，取得最低用水量，以減少水泥用量。

因水下不分散混凝土的單位用水量比普通混凝土大，因此，水泥用量也比普通混凝土大。根據實踐經驗，如果水泥用量少于350kg/ｍ³，水下不分散混凝土的耐久性可能降低。因此，水泥用量應在350kg/ｍ³以上。

配制水下不分散混凝土宜用42.5等級的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。適當摻加優質粉煤灰等摻合料替代水泥，可以起到節約水泥，降低成本的作用。其膠凝材料用量宜不低于350kg/ｍ³。

④粗集料粒徑。水下不分散混凝土的粗集料粒徑若太大，則易產生沉淀，流動性變差，影響混凝土的整體性和均勻性。因此，水下不分散混凝土的粗集料最大粒徑不宜超過40mm，同時也不得超過構件最小尺寸的１/５和鋼筋間距的３/４，一般為20～40mm。

⑤砂率。砂率對混凝土和易性有密切的關系。由于水下不分散混凝土中絮凝劑具有黏稠效果，即使砂率較低，混凝土仍具有不分散的特征。所以其砂率可比一般混凝土略低，可在35％～40％的范圍內。砂以中砂為宜。

⑥外加劑摻量。水下不分散混凝土的主要外加劑是絮凝劑，其作用是增加混凝土的保水性、粘聚性，使混凝土在水下澆筑能保持整體而不分散。絮凝劑的摻量是根據絮凝劑的種類、水下不分散混凝土的施工方法及要求、混凝土的水中自由落差、澆筑現場的水流情況等通過試驗來確定。施工方法可以用吊罐法、導管法、泵送法等。

高效減水劑和引氣劑等其他外加劑，需通過試驗來確定品種及摻量。復合型的水下不分散混凝土外加劑的摻量一般為１％～３％。

⑦確定含氣量。水下不分散混凝土如普通混凝土，其強度隨著含氣量的增加而降低。為此，水下不分散混凝土的含氣量，一般控制在６％以下。

（三）水下混凝土的質量控制

除嚴格按水下混凝土的要求選擇原材料、坍落度、坍擴度、水灰比、混凝土配比應嚴格控制外，水下不分散混凝土施工質量控制以下幾方面：

（１）在材料貯存及計量方面，絮凝劑需置于室內干燥處，以防受潮變質。對于計量允許誤差，水下不分散劑的粉劑為３％，水劑為1％。

（２）攪拌要求用強制式攪拌機，不可使用自落式攪拌機。投料量一般為攪拌機額定容量的80％。攪拌時投料順序宜采用先將粗集料、水泥、絮凝劑、細集料干拌后再加水攪拌。用強制式攪拌機，干拌約30s，加水攪拌時間須2～３min，不宜太短。每次投料前應將攪拌機內的料清除干凈。水下不分散混凝土外加劑可用干粉同摻法或浸液同摻法。水下不分散混凝土自流平的終止時間，一般在澆灌后30～60min。混凝土應控制坍落度或擴展度在合適范圍內。

（３）抗分散性試驗是評定水下不分散混凝土抗水流沖刷能力的一種檢驗方法。它是把取自混凝土拌合物的100ｇ砂漿投入一個裝滿水的1000ｍＬ量筒中，觀察砂漿在量筒中自由落下時的離散程度，以砂漿落到量筒中１/２處不分散和水不渾濁為合格。

（４）水中自由落差就是混凝土從料罐底口排出后到達澆灌處的水中落下距離。在確保混凝土能順暢流出的情況下，水中自由落差越小越好，宜控制在50cm左右，以盡量減少水流對混凝土的水洗作用，從而減少水泥的流失量和混凝土拌合物的離散。

（５）水下不分散混凝土強度一般采用水中成型的試塊強度來評定。水中成型是指水下不分散混凝土在40ｃｍ靜水深條件下自由落入試模成型，這種方法較接近于工程施工實際情況。水下不分散混凝土試塊抽樣頻率一般按每工作班或每澆筑100ｍ^３混凝土抽樣一組。