利用水下不分散混凝土技術開發防滲墻
發布時間：2012-07-25 共2頁
1、前言
混凝土防滲墻作為透水地基的一種可靠的垂直防滲設施，在水利水電工程中已經得到了廣泛的應用。國內外所采用的混凝土防滲墻墻體材料，主要有剛性混凝土防滲墻和柔性混凝土防滲墻。剛性墻體材料發展較早，在實際工程中應用也最廣，主要品種有普通混凝土、黏土混凝土、粉煤灰混凝土；柔性墻體材料主要品種有塑性混凝土、自凝灰漿或固化灰漿，目前主要用于臨時性防滲設施及深度較小的壩基防滲工程。
對于深厚覆蓋層基礎上的高土石壩工程，大壩與地基防滲體系的可靠性是關系到大壩安全的關鍵性技術問題之一。要滿足混凝土防滲墻墻體的抗滲性和抗裂性要求，墻體材料需要具有良好的性能。墻體材料既要有較高的強度抵抗高應力，又要具有良好的柔性能適應較大的變形，同時還要求成墻混凝土材料分布均勻，避免由于施工質量波動而出現薄弱環節。
為了保證工程安全，實際運用中不得不進行必要的工程措施，以避免防滲墻在高應力和存在缺陷情況下發生局部損壞而造成失事。例如，馬尼克三級壩采用兩道防滲墻聯合防滲；又如小浪底水利樞紐使用摻合土料將斜心墻和上游水平鋪蓋連接起來，對覆蓋層基礎形成由主壩防滲墻、圍堰防滲墻和水平鋪蓋三屏障聯合作用的防滲體系。事實證明，這種多道防滲體聯合防滲的方法，取得了成功，但是畢竟耗工、耗時，還要增加大量工程投資。所以，繼續進行防滲墻墻體材料的研究和開發仍十分必要。
經初步探索，利用已有二十余年發展歷史的水下不分散混凝土技術，將有可能改善防滲墻混凝土的性能。此項技術具有技術可靠、操作性強、經濟指標好的優點，利用這一技術有望開發出具有良好性能的防滲墻墻體材料。
2、防滲墻混凝土的特點
防滲墻混凝土必須通過直徑較小的導管在泥漿下澆筑，澆入槽內的混凝土不可能振搗，完全依靠自重在泥漿底下流動充填，因此要求混凝土拌和物具有較好的和易性、保水性、緩凝性等性能。我國行業標準《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》（SL174-96）第5.2.2條規定：“混凝土墻體材料，入孔坍落度應為18～22cm，擴散度34～40cm.坍落度保持15cm以上的時間不小于1h.初凝時間應不小于6h，終凝時間不宜大于24h.混凝土密度不小于2100kg/m3.”而且為了保證墻體的均勻性，防滲墻混凝土還必須具有高抗離析性能，使混凝土中各組成材料，尤其是砂石骨料在澆筑過程中能均勻分布。因此，防滲墻混凝土是一種高流態、高擴散、高黏聚性的特種混凝土。
防滲墻混凝土是用直升導管法在泥漿下澆筑的，成墻后的混凝土強度比機口取樣的強度大大降低。英國標準《基礎工程》（BS8004－1986）在第八章水下混凝土中指出：“水下混凝土的強度僅是水上澆筑的同樣混凝土強度的2/3”。我國國家標準《地基與基礎工程施工及驗收規范》（GBJ202-83）第五章地下連續墻中第5.2.20條的說明中寫道：“泥漿中澆筑的混凝土由于各種原因的影響，經常低于空氣中澆筑混凝土的強度，同時在整個墻面上強度分散性也較大。因此，在施工中一般按此結構物的設計標號提高5MPa進行設計”。國標《地下工程防水技術規范》（GBJ108-87）第6.4.3條條文說明中寫道：“槽孔中的混凝土由于在泥漿下澆筑，施工時應提高混凝土設計標號30%～40%”。我國水利部發布的行業標準《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》（SL174-96）第5.2.2條條文說明中指出：“一般認為泥漿下澆筑的混凝土強度只有陸地上澆筑的混凝土強度的70%左右”
3、水下不分散混凝土的特點及特性
所謂水下不分散混凝土，就是摻入混凝土外加劑——絮凝劑后具有水下抗分散性的混凝土，它著眼于混凝土本身性質的改善，在尚未硬化的狀態下即使受到水的沖刷也不分散，并能在水下形成優質、均勻的混凝土體。
3.1水下不分散混凝土拌和物的特點
（1）有優良的抗分散性，可以很大程度地限制由于施工方法和施工條件等原因造成的質量波動
?。?）塑性好，在普通的流動性范圍之內，具有優良的自流平性和填充性。
（3）保水性好，很少產生泌水或浮漿。
（4）摻入纖維素系列絮凝劑的混凝土較普通混凝土緩凝，在相同條件下，比普通混凝土緩凝約5～10h，而摻入丙烯系列絮凝劑的混凝土其凝結時間不變。
3.2水下不分散混凝土的特性
3.2.1強度特性
陸上制作的水下不分散混凝土的抗壓強度與普通混凝土基本相同；水下制作的混凝土抗壓強度則隨絮凝劑摻量的增加而增加，在一定的摻量范圍內，可以保證強度比為陸上制作試塊的0.8左右。
3.2.2施工縫特性
與普通混凝土相比，水下不分散混凝土泌水較少、混凝土拌和物具有優良的抗分散性、自流平性和填充性，有助于改善新、老混凝土間的接觸性能，有利于提高混凝土施工縫部位的強度.
3.2.3靜彈性模量
由于水下不分散混凝土的黏稠性，單位水泥漿量比普通混凝土多，材料均勻性好，能較好地避免由于分散所造成的骨料集中，所以彈性模量較均勻且有一定下降。
3.3水下不分散混凝土的技術指標
（1）水下不分散混凝土的技術指標見表1.
?。?）水下不分散混凝土較普通混凝土除彈性模量降低5%～20%、抗滲性極高（＞4MPa）外，其它性能指標均符合普通混凝土設計規范取值。C20水下不分散混凝土性能指標為：
抗壓強度23.5MPa；軸心抗壓20.8MPa；
抗折強度4.66MPa；抗拉強度2.94MPa；
彈性模量21.600MPa；抗滲標號4.0MPa.
?。?）水下不分散混凝土的外加劑——絮凝劑種類及適用范圍：
UWB-1，緩凝型，適于長距離、大體積、連續澆灌及非連續澆筑的無施工縫整體工程；
UWB-2，普通型，適于一般水下工程；
UWB-3，早強型，適于對凝結、硬化有特殊要求的止水、錨固等工程；
UWB-4，雙快型，用于抗洪搶險、快速修補及搶修搶建工程；
UWB-5，注漿型，用于配制穩定性水泥漿液，施工水下注漿、固結工程。
3.4水下不分散混凝土的施工特點
（1）材料。從調查研究結果看，除絮凝劑以外，在一般的工程中可以使用與普通混凝土大致相同的材料。
?。?）攪拌方式。水下不分散混凝土的攪拌方式有兩種，一種是將絮凝劑與水泥、骨料等同時加入進行攪拌；另一種是將絮凝劑與其它材料一起進行干拌，而后再加水攪拌。攪拌時間，根據所用攪拌機的型式及絮凝劑的種類有所不同。例如：強制攪拌機須1～3min，可傾式攪拌機須1～6min.
（3）運輸及澆灌。由于水下不分散混凝土的黏稠性強，與普通混凝土相比，在運輸及澆灌中造成材料離析及和易性等的變化較小，同時水下不分散混凝土的抗分散性較好，不易產生因骨料離析而引起的堵泵、卡管現象，因此水下澆灌混凝土，適于使用混凝土導管、混凝土泵以及開底容器澆注。
混凝土防滲墻作為透水地基的一種可靠的垂直防滲設施，在水利水電工程中已經得到了廣泛的應用。國內外所采用的混凝土防滲墻墻體材料，主要有剛性混凝土防滲墻和柔性混凝土防滲墻。剛性墻體材料發展較早，在實際工程中應用也最廣，主要品種有普通混凝土、黏土混凝土、粉煤灰混凝土；柔性墻體材料主要品種有塑性混凝土、自凝灰漿或固化灰漿，目前主要用于臨時性防滲設施及深度較小的壩基防滲工程。
對于深厚覆蓋層基礎上的高土石壩工程，大壩與地基防滲體系的可靠性是關系到大壩安全的關鍵性技術問題之一。要滿足混凝土防滲墻墻體的抗滲性和抗裂性要求，墻體材料需要具有良好的性能。墻體材料既要有較高的強度抵抗高應力，又要具有良好的柔性能適應較大的變形，同時還要求成墻混凝土材料分布均勻，避免由于施工質量波動而出現薄弱環節。
為了保證工程安全，實際運用中不得不進行必要的工程措施，以避免防滲墻在高應力和存在缺陷情況下發生局部損壞而造成失事。例如，馬尼克三級壩采用兩道防滲墻聯合防滲；又如小浪底水利樞紐使用摻合土料將斜心墻和上游水平鋪蓋連接起來，對覆蓋層基礎形成由主壩防滲墻、圍堰防滲墻和水平鋪蓋三屏障聯合作用的防滲體系。事實證明，這種多道防滲體聯合防滲的方法，取得了成功，但是畢竟耗工、耗時，還要增加大量工程投資。所以，繼續進行防滲墻墻體材料的研究和開發仍十分必要。
經初步探索，利用已有二十余年發展歷史的水下不分散混凝土技術，將有可能改善防滲墻混凝土的性能。此項技術具有技術可靠、操作性強、經濟指標好的優點，利用這一技術有望開發出具有良好性能的防滲墻墻體材料。
2、防滲墻混凝土的特點
防滲墻混凝土必須通過直徑較小的導管在泥漿下澆筑，澆入槽內的混凝土不可能振搗，完全依靠自重在泥漿底下流動充填，因此要求混凝土拌和物具有較好的和易性、保水性、緩凝性等性能。我國行業標準《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》（SL174-96）第5.2.2條規定：“混凝土墻體材料，入孔坍落度應為18～22cm，擴散度34～40cm.坍落度保持15cm以上的時間不小于1h.初凝時間應不小于6h，終凝時間不宜大于24h.混凝土密度不小于2100kg/m3.”而且為了保證墻體的均勻性，防滲墻混凝土還必須具有高抗離析性能，使混凝土中各組成材料，尤其是砂石骨料在澆筑過程中能均勻分布。因此，防滲墻混凝土是一種高流態、高擴散、高黏聚性的特種混凝土。
防滲墻混凝土是用直升導管法在泥漿下澆筑的，成墻后的混凝土強度比機口取樣的強度大大降低。英國標準《基礎工程》（BS8004－1986）在第八章水下混凝土中指出：“水下混凝土的強度僅是水上澆筑的同樣混凝土強度的2/3”。我國國家標準《地基與基礎工程施工及驗收規范》（GBJ202-83）第五章地下連續墻中第5.2.20條的說明中寫道：“泥漿中澆筑的混凝土由于各種原因的影響，經常低于空氣中澆筑混凝土的強度，同時在整個墻面上強度分散性也較大。因此，在施工中一般按此結構物的設計標號提高5MPa進行設計”。國標《地下工程防水技術規范》（GBJ108-87）第6.4.3條條文說明中寫道：“槽孔中的混凝土由于在泥漿下澆筑，施工時應提高混凝土設計標號30%～40%”。我國水利部發布的行業標準《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》（SL174-96）第5.2.2條條文說明中指出：“一般認為泥漿下澆筑的混凝土強度只有陸地上澆筑的混凝土強度的70%左右”
3、水下不分散混凝土的特點及特性
所謂水下不分散混凝土，就是摻入混凝土外加劑——絮凝劑后具有水下抗分散性的混凝土，它著眼于混凝土本身性質的改善，在尚未硬化的狀態下即使受到水的沖刷也不分散，并能在水下形成優質、均勻的混凝土體。
3.1水下不分散混凝土拌和物的特點
（1）有優良的抗分散性，可以很大程度地限制由于施工方法和施工條件等原因造成的質量波動
?。?）塑性好，在普通的流動性范圍之內，具有優良的自流平性和填充性。
（3）保水性好，很少產生泌水或浮漿。
（4）摻入纖維素系列絮凝劑的混凝土較普通混凝土緩凝，在相同條件下，比普通混凝土緩凝約5～10h，而摻入丙烯系列絮凝劑的混凝土其凝結時間不變。
3.2水下不分散混凝土的特性
3.2.1強度特性
陸上制作的水下不分散混凝土的抗壓強度與普通混凝土基本相同；水下制作的混凝土抗壓強度則隨絮凝劑摻量的增加而增加，在一定的摻量范圍內，可以保證強度比為陸上制作試塊的0.8左右。
3.2.2施工縫特性
與普通混凝土相比，水下不分散混凝土泌水較少、混凝土拌和物具有優良的抗分散性、自流平性和填充性，有助于改善新、老混凝土間的接觸性能，有利于提高混凝土施工縫部位的強度.
3.2.3靜彈性模量
由于水下不分散混凝土的黏稠性，單位水泥漿量比普通混凝土多，材料均勻性好，能較好地避免由于分散所造成的骨料集中，所以彈性模量較均勻且有一定下降。
3.3水下不分散混凝土的技術指標
（1）水下不分散混凝土的技術指標見表1.
?。?）水下不分散混凝土較普通混凝土除彈性模量降低5%～20%、抗滲性極高（＞4MPa）外，其它性能指標均符合普通混凝土設計規范取值。C20水下不分散混凝土性能指標為：
抗壓強度23.5MPa；軸心抗壓20.8MPa；
抗折強度4.66MPa；抗拉強度2.94MPa；
彈性模量21.600MPa；抗滲標號4.0MPa.
?。?）水下不分散混凝土的外加劑——絮凝劑種類及適用范圍：
UWB-1，緩凝型，適于長距離、大體積、連續澆灌及非連續澆筑的無施工縫整體工程；
UWB-2，普通型，適于一般水下工程；
UWB-3，早強型，適于對凝結、硬化有特殊要求的止水、錨固等工程；
UWB-4，雙快型，用于抗洪搶險、快速修補及搶修搶建工程；
UWB-5，注漿型，用于配制穩定性水泥漿液，施工水下注漿、固結工程。
3.4水下不分散混凝土的施工特點
（1）材料。從調查研究結果看，除絮凝劑以外，在一般的工程中可以使用與普通混凝土大致相同的材料。
?。?）攪拌方式。水下不分散混凝土的攪拌方式有兩種，一種是將絮凝劑與水泥、骨料等同時加入進行攪拌；另一種是將絮凝劑與其它材料一起進行干拌，而后再加水攪拌。攪拌時間，根據所用攪拌機的型式及絮凝劑的種類有所不同。例如：強制攪拌機須1～3min，可傾式攪拌機須1～6min.
（3）運輸及澆灌。由于水下不分散混凝土的黏稠性強，與普通混凝土相比，在運輸及澆灌中造成材料離析及和易性等的變化較小，同時水下不分散混凝土的抗分散性較好，不易產生因骨料離析而引起的堵泵、卡管現象，因此水下澆灌混凝土，適于使用混凝土導管、混凝土泵以及開底容器澆注。
