水下不分散混凝土的发展与应用

时间：2024-08-31

李林涛仲伟秋程超杰张文轩

西安工程大学城市规划与市政工程学院（710600）

0 前言

人类社会不断进步，与之带来的是人类对资源的不断渴求，陆地上的资源基本上可以被我们利用，但对于深水和海洋领域资源，我们还不是很了解。

21世纪是人类开始逐渐探寻海洋资源的时代，因此，混凝土水下施工的发展将是非常重要的，尤其是在海上丝绸之路提出后，对深水和海洋区域的探索，采取必要的专项方案、技术、材料等就显得尤为重要。水下环境非常复杂，需要一种新型的材料，便于适应结构在复杂的水下环境中施工。

一种满足于水下施工工程需求的材料——水下不分散混凝土，将会得到广泛应用。水下不分散混凝土的性能优于普通水下混凝土，具有良好的流动性、黏聚性和填充性，可进行无振捣薄层、大面积水下施工。水下不分散混凝土被应用于明确规定防止水下污染的混凝土构筑物及传统的水下混凝土难以施工的部分，还应用于水利、跨江、跨海等水下工程的环境。

1 传统水下混凝土的发展与改进

1.1 传统水下混凝土

传统水下混凝土是指进行水下浇筑施工的普通混凝土。因为普通混凝土拌和物在受到水流冲刷或与水接触的情况下，易发生集料与浆体的分散、水泥浆体的流失，从而使混凝土的结构强度得不到保证。

为了有效地保证传统水下浇筑混凝土的性能和质量，应采取必要的隔水浇筑措施，尽可能避免混凝土在浇筑过程中与水的接触。

1.2 传统水下混凝土的不足

传统的水下混凝土施工存在主要问题有：水下结构并非全部都适用于立模隔水浇筑，对于结构造型难或施工面积大于实施隔水浇筑的水下工程，为保证水下混凝土性能，仅能采取围堰后干法施工，施工难度大，工程工期长，成本浪费严重。普通混凝土自密实能力和流动性差，必须借助水下振捣工序才能密实、填充，此工艺在陆地易于施工，在水下浇筑却难以做到。为了达到需求的强度和整体性，只能在配制时加大混凝土的流动性，但这样不仅不经济，而且不能保证混凝土结构整体的均匀性。

1.3 传统水下混凝土的改进

随着人类对深水、近海区域资源的开发与利用，人们发现在进行水下结构工程施工时，传统水下混凝土存在着直接影响建筑质量且不能被克服的性能缺陷。这些缺陷致使在深水、近海等水下区域环境中建设的工程达不到人类对水下建筑的要求。

20世纪70年代由原西德和日本先后研制出掺加了抗分散剂后具有水下不分散性的混凝土[1]。由此，水下不分散混凝土发展和应用随之成为适应现代水下混凝土建筑的关键。

2 水下不分散混凝土的研究

2.1 概述

水下不分散混凝土是一种新型混凝土，具有水下抗分散性。将其直接倾倒于水中，当穿过水层时，几乎很少出现由于水洗作用而产生的材料分离状况。且在水下施工时，水泥砂浆流失率低，水泥颗粒等不易在水中悬浮或被带走，混凝土配合比变化很小，在水中能正常凝结硬化。

掺入的抗分散剂是由水溶性高分子聚合物、表面活性物质等复合而成，有较强吸附能力，可将集料、水泥颗粒等吸附在一起，使混凝土拥有适于特殊环境的良好工作性能。生产水下不分散混凝土必须合理控制絮凝剂掺量，同时要采取有效的施工措施，防止水下不分散混凝土受到水的冲刷而导致性能受到损失。

水下不分散混凝土的成功研制，较好解决了新拌混凝土遇水即无法保持原有性能的问题。新型水下不分散剂混凝土材料的研制对于水下建筑的发展有着非常重大的意义[2]。

2.2 水下不分散混凝土的研究方向

尽管水下不分散混凝土在我国大量应用，工程上也为其提供了施工的机会，但仍很难将水下不分散混凝土的易施工、易浇筑等优良性能具体应用在我国跨江、跨海等工程。

因此国内有大量的实验机构展开了对水下混凝土的性能研究和应用,但其绝大多数实验机构的研究方向是关注水下不分散剂的开发及对传统水下不分散混凝土在配合比上的研究[3]。与之相反，国外对于水下不分散混凝土的研究方向主要着重于水下不分散混凝土的应用技术、抗分散剂本身的改进、实际施工工艺等[4]，而对水下混凝土构件的力学性能影响、浇筑施工措施及质量检验方法、控制结构缺陷技术、混凝土的耐久性等方面研究却不多。

水下施工具有一次浇筑成型的特点及水溶性聚合物抗分散剂的作用，使得新拌水下不分散混凝土表现出一些适于水下复杂环境的性能。