一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物及其浇筑施工方法.pdf

本发明公开了一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物及其浇筑施工方法。混凝土组合物按质量比，其比例依次为：水泥：砂：石子：水：絮凝剂＝1：1.70-1.80：2.50-2.60：0.30-0.40：0.025-0.35。方法步骤为：确定结构工程需要浇筑混凝土的尺寸；按比例依次称重与搅拌；通过自卸式吊桶将混凝土运送至水下浇筑位置；重复多次浇筑直至达到设计浇筑位置；结束养护后，排干水，再次继续施工。絮凝剂改变原有混凝土的物理力学特性，提高了混凝土的粘聚力,限制混凝土的分散、离析及避免水泥流失，并且使其达到水下不离析和自流平的效果。促进了深水中混凝土施工技术，广泛用于煤矿立井井筒和深水近海水下结构工程。

权利要求书
1.  一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物，其该组合物由水泥、砂、石子、水和絮凝剂组成，其特征在于所述混凝土组合物按质量比，其比例依次为：水泥：砂：石子：水：絮凝剂＝1：1.70-1.80：2.50-2.60：0.30-0.40：0.025-0.35。

2.  根据权利要求1所述的一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物，其特征在于所述絮凝剂为UWB-II复合型或早强型中的一种。

3.  如权利要求1所述的一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物的浇筑施工方法，按下述步骤进行：
（1）、根据水下结构工程建设的要求，确定结构工程需要浇筑混凝土的尺寸；
（2）、按照权利要求1所述的混凝土组合物的比例依次称重，将称好的物料加入到强制式搅拌机中搅拌，其搅拌时间不少于3 min；
（3）、通过绞车提升触底自卸式吊桶将经过搅拌的自流平的混凝土运送至水下浇筑位置，当吊桶触底后，卸料门打开，吊桶内的混凝土浆液通过卸料门流向工作面，静止30s至1 min进行自动卸料；
（4）、按上述第一步和第二步重复多次浇筑直至达到设计浇筑位置；
（5）、混凝土的养护周期：根据不同的环境条件，采用地面同条件养护实验的方法，对水下浇筑混凝土试件进行力学实验，当同条件养护混凝土试件力学性能达到设计要求后，认为水下混凝土同时满足要求，结束养护；
（6）、当水下浇筑的混凝土结束养护后，即可排干水，再次继续施工。

说明书一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物及其浇筑施工方法
技术领域
本发明涉及一种深水下不离析、自流平的新型混凝土，具体涉及一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物及其浇筑施工方法。
背景技术
目前，水泥作为水硬性材料，若将普通混凝土拌合物直接倾倒于水中，在水的冲洗作用下,将会产生骨料与水泥分离的现象。其中，砂、砾石骨料率先沉底，离析出的水泥形成一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣，存在无法满足工程施工要求的缺陷。
20 世纪70 年代以来,世界各国的水下混凝土研究人员着手从事混凝土自身性能改善的研究,也就是通过改变混凝土的组分,使混凝土自身具有在水下浇筑过程中可以直接与环境水接触并且混凝土拌合物各组分不会分散的能力, 以此提高水下混凝土的质量。
水下不分散混凝土是在普通混凝土中掺入以纤维素系列或丙烯系列水溶性高分子物质为主要成分的抗分散剂,提高了新拌混凝土的粘聚力,限制新拌混凝土的分散、离析及避免水泥流失。水下不分散混凝土技术填补了普通混凝土水下施工的不足和缺陷,大大简化了水中混凝土的施工工艺,促进了浅水下混凝土施工技术的发展。但是，在深水下的混凝土浇筑施工中，由于水深、水压的增大，对于混凝土中掺和的抗分散剂的性能和配比提出了更高的要求。因此，需要对不同深度条件下的水下混凝土的配比参数进行研究。
另外一方面是混凝土的浇筑施工方法，传统的水下混凝土浇筑施工方法通常有两类:一类是先围堰后排水,混凝土的施工与陆地相同,存在先期工程量大、工程造价高、工期长等缺点;另一类是利用专用施工机具把混凝土和环境水隔开,将混凝土拌合物直接送至水下工程部位,主要有导管法、预填骨料灌浆法、模袋法、开底容器法等。这些施工方法存在使混凝土拌合物容易受到水的冲刷，造成材料严重离析,水泥流失,混凝土质量下降,同时造成环境污染等缺陷。按常规浇筑水下混凝土的关键是尽量隔断混凝土与水的接触,但这将使施工工艺变得复杂,工期变长,工程成本大大增加,况且也难以保证水中混凝土的质量。
随着近海开发及大量水下结构工程的建设,尤其是在深部水下混凝土的浇筑与施工工程的增多,对混凝土水下浇筑、施工的质量要求越来越高。亟需一种新的深水下混凝土的浇筑施工新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土不分散、不离析和避免水泥流失的一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物。
本发明的另一目的是提供一种在深水下浇筑施工方法。
为了解决上述存在的问题，本发明的技术方案是这样解决的：一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物，其该组合物由水泥、砂、石子、水和絮凝剂组成，本发明的特殊之处在于所述混凝土组合物按质量比，其比例依次为：水泥：砂：石子：水：絮凝剂＝1：1.70-1.80：2.50-2.60：0.30-0.40：0.025-0.35。
所述絮凝剂为UWB-II复合型或早强型中的一种。
所述的一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物的浇筑施工方法，按下述步骤进行：
（1）、根据水下结构工程建设的要求，确定结构工程需要浇筑混凝土的尺寸；
（2）、按照权利要求1所述的混凝土组合物的比例依次称重，将称好的物料加入到强制式搅拌机中搅拌，其搅拌时间不少于3 min；
（3）、通过绞车提升触底自卸式吊桶将经过搅拌的自流平的混凝土运送至水下浇筑位置，当吊桶触底后，卸料门打开，吊桶内的混凝土浆液通过卸料门流向工作面，静止30s至1 min进行自动卸料；
（4）、按上述第一步和第二步重复多次浇筑直至达到设计浇筑位置；
（5）、混凝土的养护周期：根据不同的环境条件，采用地面同条件养护实验的方法，对水下浇筑混凝土试件进行力学实验，当同条件养护混凝土试件力学性能达到设计要求后，认为水下混凝土同时满足要求，结束养护；
（6）、当水下浇筑的混凝土结束养护后，即可排干水，再次继续施工。
本发明与现有技术相比，通过将UWB-II复合型或早强型水下不分散絮凝剂作为添加剂掺入混凝土当中，改变原有混凝土的物理力学特性，提高了混凝土的粘聚力,限制混凝土的分散、离析及避免水泥流失，并且使其达到水下不离析和自流平的效果。大大简化了水中混凝土的施工工艺,促进了深水中混凝土施工技术，广泛用于煤矿立井井筒和深水近海水下结构工程。
具体实施方式
下面结合实施例对发明内容作进一步说明：
实施例1
一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物，其该组合物由水泥、砂、石子、水和絮凝剂组成，所述混凝土组合物按质量比，其比例依次为：水泥：砂：石子：水：絮凝剂＝1：1.70-1.80：2.50-2.60：0.30-0.40：0.025-0.35。
实施例2
一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物，其该组合物由水泥、砂、石子、水和絮凝剂组成，所述混凝土组合物按质量比，其比例依次为：水泥：砂：石子：水：絮凝剂＝1：1.79：2.58：0.38：0.03。
所述絮凝剂为UWB-II复合型或早强型中的一种。
实施例3
一种用于在深水下浇筑的混凝土组合物的浇筑施工方法，按下述步骤进行：
（1）、根据水下结构工程建设的要求，确定结构工程需要浇筑混凝土的尺寸；
（2）、按照权利要求1所述的混凝土组合物的比例依次称重，将称好的物料加入到强制式搅拌机中搅拌，其搅拌时间不少于3 min；
（3）、通过绞车提升触底自卸式吊桶将经过搅拌的自流平的混凝土运送至水下浇筑位置，当吊桶触底后，卸料门打开，吊桶内的混凝土浆液通过卸料门流向工作面，静止30s至1 min进行自动卸料；
（4）、按上述第一步和第二步重复多次浇筑直至达到设计浇筑位置；
（5）、混凝土的养护周期：根据不同的环境条件，采用地面同条件养护实验的方法，对水下浇筑混凝土试件进行力学实验，当同条件养护混凝土试件力学性能达到设计要求后，认为水下混凝土同时满足要求，结束养护；
（6）、当水下浇筑的混凝土结束养护后，即可排干水，再次继续施工。
实施例4
1 m3新型混凝土中包括：水泥420kg、中砂752kg、石子1028kg、水150kg、絮凝剂12.6kg。
采用42.5级普通硅酸盐水泥，砂采用中粗砂。砂、石料的杂质含量：石子的含泥量≤1%，砂含泥量≤3%，石子级配采用10~20 mm范围，最大粒径不超过20 mm，石子应为连续级配或二级级配。混凝土采用同掺法，絮凝剂与水泥、石子、砂同时加入搅拌机，采用强制式搅拌，搅拌时间不少于3 min。
混凝土的水下浇筑施工方法：通过绞车提升触底自卸式吊桶的方法，将新型封堵混凝土运送至水下浇筑位置。当吊桶触底后，卸料门打开，吊桶内的混凝土浆液通过卸料门流向工作面，静止30s至1 min进行自动卸料。
混凝土的养护周期：根据不同的环境条件，采用地面同条件养护实验的方法，对水下浇筑混凝土试件进行力学实验，当同条件养护混凝土试件力学性能达到设计要求后，认为水下混凝土同时满足要求，结束养护。
实施例5
针对煤矿立井井筒施工至井深223.7m后发生突水事故，井筒内水位快速上升，当井筒内积水达到静水位时，淹井深度达到最大值145.68m。此时，需要在145.68m深水下浇筑混凝土止水垫进行涌水封堵工作。
1.水下混凝土的制备：
采用42.5级普通硅酸盐水泥以及中粗砂。其中，石子的含泥量≤1%，砂含泥量≤3%，石子采用10~20 mm级配范围，最大粒径不超过20 mm，石子为连续级配或二级级配。絮凝剂为UWB-II复合型或早强型，水下不分散絮凝剂掺和重量为水泥用量的3.5%，混凝土采用同掺法，絮凝剂与水泥、石子、砂同时加入搅拌机进行强制搅拌，搅拌时间3 min。
2.水下混凝土的浇筑及尺寸：
（1）、井筒掘进到基岩时，基岩层若遇到透水层时，此时井筒出现大量湧水，此时要停止掘进，井筒内需要打一止水垫，其止水垫的厚度应根据井筒地质柱状图确定其尺寸，一般止水垫的厚度为3—5米。
（2）、井筒内水位处于静水位后，采用绞车提升底卸式吊桶装置进行水下混凝土的浇筑工作。下料吊桶进入水面时，速度控制在0.5 m/s至1 m/s以内，减少吊桶进入水面形成的冲击力。吊桶在水中下落时保持匀速运行，加减速度不得超过0.2 m/s2，先按1 m/s进行试验运行，后逐渐加快至2 m/s。
3.水下混凝土的养护：
止水垫施工完毕在水下进行自然养护，当混凝土强度达到设计值12 MPa结束养护。为合理确定养护时间，在井上进行了同等养护条件下混凝土试块的抗压强度实验。实验按养护时间的不同，共设3d、7d、14d和21d四组实验，每组实验对三个同条件养护试件进行单轴抗压强度测试，实验结果如表1所示。

4.水下混凝土施工效果：
井筒内积水排干后，水下混凝土止水垫自流平、防离析效果明显，并未发生堆积和水泥浆离析的现象。对混凝土止水垫进行取样进行单轴抗压强度试验，结果如表2所示。混凝土强度达到21.9MPa。完全符合施工要求，深水下混凝土浇筑施工取得成功。
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