[建筑]混凝土施工工程资料喷射、灌注、泵送.doc

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1、第一节 喷 射 混 凝 土 喷射混凝土技术作为“新奥法”的重要手段之一， 广泛使用在开掘矿井巷道、地下铁道、公路边坡、隧道的支护 、喷锚支护、深基坑护壁等方面。它是利用压缩空气的力量将掺加速凝剂的混凝土喷射到岩面或建筑物表面，并能填充其面的裂缝和凹坑，把岩土面或建筑物粘结加固成完整而稳定的、具有一定强度的结构，从而使岩石或结构物得到加强和保护。 一、 喷射混凝土类型 喷射混凝土按混凝土在喷嘴处的状态，可分为干式喷射混凝土和湿式喷射混凝土两种。 1. 干式喷射混凝土 将水泥、砂、石和粉状速凝剂按一定配合比例拌合而成的混合料装入喷射机中，混凝土在“微湿”状态下（ W / C =0.10.2 ）输送

2、至喷嘴处加水加压喷出者，为干（潮）式喷射混凝土。干（潮）式喷射混凝土施工期间灰尘大，施工人员工作条件恶劣，喷射回弹量较大，一般要采用高标号水泥。 2. 湿式喷混凝土 将水灰比（ W / C ）为 0.450.50 的混凝土拌合物输送至喷嘴处并与液体速凝剂混合加压喷出者，为湿式喷射混凝土。湿式喷射混凝土施工，工作面附近空气中的粉尘含量大幅度降低，混凝土的回弹率低，既可改善施工条件，又可降低原材料消耗。其缺点是如果处理不当，混凝土拌合物易在输送管中堵塞和凝固。 二、 喷射混凝土基本材料 1. 水泥 水泥应优先选用凝结硬化快、保水性好的普通硅酸盐水泥，其次为火山灰水泥，水泥标号不低于 325 # 。

3、 2. 细骨料 喷射混凝土用砂以中、粗砂为宜，细度模数大于 2.5 。要提前一天用水浇透成潮砂，以捏起成团不散为宜。 3. 粗骨料 喷射混凝土所用石子粒径应控制在输料管内径的 1/2 以下，最大粒径 不大于 20mm 。如石子粒径过大，会造成管路堵塞或施工时混凝土回弹量显著增加。 回弹物中主要是粗骨料。据统计，其中石子占 60% 70% 。混合料中粗骨料含量大时，回弹量将增加，而且粗骨料粒径越大，越容易从受喷面弹落下来。据测定，采用粒径 20mm 的粗骨料时回弹量比采用 10mm 的粗骨料增加近 60% 。 4. 水 喷射混凝土用水与普通混凝土相同，不得使用污水及 pH 值 4 的酸性水、含硫

4、酸量按 SO4 2- 计超过水重 1% 的水及海水。 三、 喷射混凝土的配合比设计 1. 胶骨比 喷射混凝土的胶骨比，水泥与骨料之比通常取 1 4 1 4.5 ，水泥过少，回弹量大，初期强度增长慢；水泥过多，不仅产生的粉尘增多，而且混凝土的硬化收缩增大，无论在经济上或技术上都是不可取的。喷射工艺特点要求混凝土具有较好的粘附性。水泥含量的较佳值应该是保证喷射混凝土具有较高粘附性的同时，避免水泥过多造成浪费，增加成本。喷射混凝土水泥较佳含量为 300 350kg/m 3 。当水泥用量超过 400kg /m 3 时，混凝土的强度并不随水泥用量增大而提高，有时反而会降低。水泥用量对喷射混凝土抗压强度的

5、影响关系如表 9-12 所示。 2. 砂率 砂率，即砂子在整个粗细骨料中所占的百分率。由试验及国内其他工程的实践得出如下结论：砂和石子的比例一般以两者相差不大为宜，含砂率在 45% 55% 最好。 3. 水灰比 水灰比是影响喷射混凝土强度的主要因素，水灰比过大，喷到岩面的混凝土会流淌下坠，减少一次性喷射厚度和增加回弹；水灰比过小，料束偏干，粘结性降低，粉尘和回弹也增加。试验表明：适宜的水灰比值为 0.4 0.5 ，当偏离这一范围时，不仅降低喷射混凝土的强度，而且增加混凝土的回弹损失。以喷上后喷层表面具有水亮光泽且不流动、不塌落、粘性好、回弹少、不起干粉为宜。 4. 速凝剂 为了加快喷射混凝土的

6、凝结硬化过程，增加一次性喷射厚度，减少回弹和剥落，宜在喷射混凝土中加速凝剂。 无论干式或湿式喷射混凝土施工，速凝剂都是必不可少的外加材料。一般来说，干喷使用粉状速凝剂，湿喷使用液体速凝剂。速凝剂的性能直接影响着喷射混凝土的质量，因此，国内外关于喷射混凝土外加剂材料的研究都把速凝剂放在非常重要的位置。我国 常用的速凝剂有红星一型、 711 型等。 我国干式和湿式喷射混凝土施工中都普遍使用速凝剂，对用于干喷的粉状速凝剂来说，我国的粉状速凝剂普遍存在以下几方面问题：混凝土后期强度低，使用速凝剂后，其 28d 抗压强度比不掺者降低 20% 40% 。腐蚀性强，国内常用的几种速凝剂都有很强的碱性， pH

7、 值达 12 14 。对水泥的适应性差，这直接影响混凝土的力学性能，增加喷射混凝土的回弹性。速凝剂的生产过程污染环境。因此，它被用于只重视瞬时凝结性，而不大重视后期强度的喷射混凝土工程中。国内外液体速凝剂有无机和有机两类。国内湿喷施工大量使用的是进口产品，但价格昂贵，国产的两种产品也只在部分工程中小规模使用。 影响速凝剂性能的外界因素有许多，如速凝剂的加量、温度、水泥种类等。 速凝剂添加量过少，回弹增加；添加量过多，混凝土后期强度损失大。添加速凝剂要求均匀、连续，否则将影响喷射混凝土的质量和增加回弹量。 在施工之前应该对所用水泥作速凝剂适应性试验。 四、喷浆回弹及粉尘浓度问题分析 （ 1 ）目

8、前使用的转子型喷射机，从其结构特点和密封方式分析，产生粉尘的主要原因是：转子的补板和结合板之间在工作一段时间后，由于磨损造成密封不严，结合板因压紧程度不同造成结合板磨损程度不一致，造成结合板处漏风跑尘，料杯中的余气带着部分粉尘排出机外。 （ 2 ）喷射。 压气是喷射时产生粉尘的主要原因，当压气将混合料从喷嘴射出时，由于突然扩散，导致粉尘微粒的分离并扩散于大气中。尤其是干式喷射时，干物料输送到喷嘴再进行加水，混合料在喷嘴中停留时间短，水泥水化不充分，加上水量控制不好，喷射出混凝土干湿不均匀，因而产生较多的粉尘。 （ 3 ） 风压和喷射距离。 喷射混凝土时，如果工作风压大，喷嘴离 受喷面的 距离相

9、应加大，这不仅影响回弹量，而且增加粉尘量。因为工作风压大推动混凝土的压气量也随之增加，喷嘴附近的空气膨胀量增多，引起微尘颗粒的更大旋动，从而造成喷嘴附近的微尘浓度增加。应采用 “低风压近距离喷射”规程，如风压 0.15 0.2MPa ，喷射距离 0.8 1 .0m 为较佳。喷射风压过大，粗骨料易回弹；喷射风压过小，粗骨料冲不到受喷面就掉落。 （ 4 ）喷射手操作水平。 在喷射作业采用人工操作时，喷射距离、喷射角度、水量、一次性喷射厚度等全靠喷射手凭经验调节和控制。因此喷射质量和回弹量与喷射手技术熟练程度有很大关系。正确的操作是指合理掌握水灰比、工作压力、喷嘴与喷面距离；喷射时先开水后开风；此外

10、，上料、倒运等作业应相应配合，注意共同减少尘源。 （ 5 ） 采用潮式喷射工艺。 潮式喷射作业是指喷射系统输送潮湿拌合料（水灰比 0.2 0.35 ），并在喷射处二次加水混合后喷到受喷面上。由于在混合料中预加水搅拌，水泥水化作用充分，而且水泥被吸附在砂石表面结成大颗粒，使水泥失去浮游作用，大幅度抑制了粉尘的扩散。同时预湿的潮料比湿料（水灰比大于 0.35 ）粘结性小，能保证物料顺利输送，因此潮式喷射作业对减弹、降尘有明显的效果。但对潮料的管理要求较严，需要对喷射机具进行改进，才能满足潮喷的要求。如从机具上创造随拌随喷的条件；采用防粘料转子；机具上设自动加水或人工加水的预湿装置等。 （ 6 ）采

11、用集尘机辅集粉尘 （ 7 ）开发干喷混凝土的防尘剂。 德国地下交通设施研究会（ STUVA ）与 HenlKel KgaA 公司合作开发一种液态树脂状混凝土防尘剂。这种防尘剂尽可能不降低喷射混凝土早期强度，这种新型防尘剂能和速凝剂混合，在市场上以复合产品“速凝剂 / 防尘剂”的形式出售。新开发的防尘剂具有良好的防尘效果，防尘剂不会对喷射混凝土性能产生不良的影响。 （ 8 ） 增加拢料管长度。 干混合料在输料管内运行速度很快，干料在喷头处遇水后，很短的一瞬间就会喷射出去。因此，与喷嘴相接拢料管愈短，干混合料与水混合的时间就愈短，这就难使料水混合均匀，由于料水混合不均匀，相应地会增加喷射时的粉尘浓

12、度。 （ 9 ）喷嘴由单侧进水改为两侧进水。 这就解决了单侧进水产生的由于两侧水压不同而产生喷射出料束有半边黑半边白的现象，这是导致混合料均匀程度不一而造成粉尘浓度增加的原因。 （ 10 ）喷浆机器人。 由于地下环境和作业的特殊性，我国煤炭部有关研究单位，设计了用于井下喷射的机器人。其设计思路是：在满足作业要求的前提下，尽量简单、可靠、紧凑、灵活。 第二节 灌注混凝土 灌注混凝土工艺分干孔浇筑和水下灌注两种。干作业成孔或标底标高在地下水位以上的干孔，在清除孔底浮土，下入钢筋笼后，即可将拌合好的混凝土由孔口直接倾倒入孔，并利用混凝土自重落差产生的冲捣作用实现浇筑捣实，当落差减小，依靠冲捣不能实现

13、浇筑捣实，就要使用混凝土振捣器具予以捣实。干孔浇筑要求的混凝土性能与地面结构混凝土性能基本相同。干孔浇筑使用的设备器具也比较简单。 对桩底或全部桩身位于水位以下，或在水流无法封闭的地方浇筑混凝土，必须采用水下灌注法施工。 在干地拌制而在水中浇筑和硬化的混凝土，叫做水下浇筑混凝土，简称水下混凝土。水下混凝土的应用范围很广，如沉井封底、钻孔灌注桩浇筑，地下连续墙浇筑、水中浇筑基础结构及一系列水工和海工结构的施工等。 水下灌注混凝土的不利因素很多，难度较大，易产生断桩、凝固不良、严重离析、夹碴缩径、稀释、空洞等质量事故。所以，灌注水下混凝土，对其组成材料和性质、配合比与拌合质量、灌注设备机具与灌注工

14、艺，以及施工操作等方面都有严格的要求和规定。 若直接将混凝土拌合物倒于水中，当其穿过水层时，骨料便和水泥分离，且很快沉到水底。被水冲刷下来的水泥，部分被水流带走，部分处于悬浮状态。当水泥下沉时已呈凝固状态，失去胶结的能力。这样浇下的混凝土拌合物，成为一层砂砾石骨料和一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥碴，不能满足工程要求。 因此，水下混凝土应该在与环境水隔离的条件下浇筑，不允许直接向水中倾倒混凝土拌合物，到达浇筑地点以前，避免与环境水接触；进入浇筑地点以后，也要尽量减少与水接触，尽可能使水接触的混凝土始终为同一部分。浇筑过程宜连续进行，直到达到一次浇筑所需高度或高出水面为止，以减少环境水的不利影

15、响，并可减少清除凝固后强度不符合要求的混凝土的数量。已浇筑的混凝土不宜搅动，使它逐渐凝固和硬化。 19 世纪中叶，就有人开始着手进行水下浇筑混凝土的试验，后来有人用木溜槽成功地将混凝土直接浇于水下河床。 20 世纪初，美国成功地应用了导管法 即利用密封连接的钢管（或强度较高的硬质非金属管）作水下混凝土的灌注通道，管下部埋入混凝土内适当的深度，使连续不断灌入的混凝土与桩孔内冲洗液隔离并逐步形成桩身。 进行水下混凝土浇筑，收到较好效果。浇筑混凝土所用的导管分为底盖式及滑阀式两种。两种方法截然不同，目前较常使用的方法是滑阀法，在使用滑阀式导管浇筑混凝土时，应连续浇灌混凝土，利用连续浇灌的混凝土重量将

16、导管内的水排挤出去，另外还要保证导管在使用中的水密性。 30 年代以后又发展了水下预填骨料灌浆法等。至 1968 年荷兰又发明了柔性管法。近 20 年来，国内外不少科学研究和生产单位，对水下浇筑混凝土进行了广泛的研究和实践，使其理论日渐成熟，工艺日趋完善。目前水下不但能浇筑一般的水泥混凝土，还能浇筑纤维混凝土、沥青混凝土、树脂混凝土等。水下浇筑混凝土的规模越来越大。 一、灌注混凝土原材料 1. 水泥 水泥作为胶凝材料，它的性能见前面有关章节。这里以硅酸盐水泥为例来说明，它的强度主要与硅酸三钙 C 3 S 和硅酸二钙 C 2 S 含量有关。 C 3 S 含量高水化作用速度快，水泥的早期强度高。而

17、水泥 28d 以后的强度则与 C 2 S 的含量成近似直线的关系，含量越高，则 28d 以后的强度越大。铝酸三钙 C 3 A 的水化反应速度最快，对早期强度的形成起重要作用。但含量过高会促使水泥浆液的凝固硬化速度加快，不利于水下灌注施工，并可能对最终强度有不利影响。亚铁铝酸四钙 C 4 AF 在水泥中的含量较少，与水起化学反应后，强度不高，水化物没有胶凝性。常用水泥的主要性能及选用见表 9-1 和表 9-2 。 选择水泥标号（软练法）应以能达到要求的混凝土标号并能尽量减少混凝土的收缩和节约水泥为原则。一般可按下列关系确定选用的水泥标号： 水泥标号（软练法） =(1.5 2) 设计混凝土标号 例

18、如设计混凝土标号为 200 号。考虑到水下混凝土的最终强度一般都低于空气中同标号混凝土的最终强度，故选用的水泥标号一般不宜低于 425 # ，不得低于 325 # 。 2. 骨 料 骨料是混凝土的主要组成材料，占混凝土体积的 3/4 以上。骨料通过水泥浆的胶结作用形成坚硬的混凝土固结体，使混凝土具有良好的强度、稳定性和耐久性。骨料按粒径大小分为粗骨料和细骨料。一般把粒径为 0.15 5mm 的细骨料称为砂，把粒径大于 5mm 的粗骨料称为卵石或碎石。 （ 1 ）粗骨料 粗骨料通常为卵石或碎石，卵石经风化磨蚀，表面光滑，无棱角，形体多为圆环形。作为混凝土拌合物其内摩阻小，流动性好。碎石是经过人工

19、破碎而成，表面粗糙，富有棱角，在相同水灰比的条件下，与水泥浆的胶结比卵石好，不易分层，配制的混凝土强度比卵石的可提高 10% 。 （ 2 ）细骨料 按生成条件分为河砂、海砂、山砂及人工砂等。使用最普遍的是河砂。砂按细度模数 M k 不同分为粗、中、细三类。粗砂 M K =3.7 3.1 （平均粒径 0.5mm ）；中砂 M K =3.0 2.3 （平均粒径 0.35 0 .49mm ）；细砂 M K =2.2 1.6 （平均粒径 0.25 0 .34mm ）；特细砂 MK =1.5 0.7 （ 3 ）骨料的级配 骨料的级配是指各种粒径的骨料分布配合情况。合理的级配具有一定的范围，在该范围内的骨

20、料级配，空隙率小，骨料的总表面积也较小，用于填充空隙及包裹骨料的水泥用量也相对减少。在不改变水灰比的条件下，混凝土拌合物的和易性好，离析泌水少，凝固后均匀密实，即使不增加水泥用量也可提高混凝土的强度。骨料的级配以通过各号标准筛时的累计筛余量百分比表示，并绘制成级配曲线，直观地分析判断情况，检查级配是否符合要求。碎石或卵石的级配标准分为五个连续级和五个单粒级。这样分的优点，一是可避免连续级配中较大粒级的石料在堆放装卸时产生自动分选；二是有利于进行不同级配的组合，如将连续级的单粒级进行合理组合，就可得到有效宽粒级分布的连续级配。 将连续级的骨料去掉一级或中间几级而形成的级配为中断级配，中断级配易于

21、造成混凝土拌合物离析，工作性能较差。 采用导管水下灌注工艺时，混凝土是在水中或饱和状态的土中养护硬化。故在选择骨料品种、级配时，不仅要考虑到混凝土拌合物的工作性、混凝土强度和水泥用量，还要考虑不使骨料在灌注导管内架桥堵管，最大粒径不超过桩身结构中钢筋最小净距的 1/3 的要求。因此，粗骨料最好采用连续级加单粒级或单粒级加单粒级的组合级配，最大粒径一般不超过 40mm 。 3. 混凝土外掺剂与拌合用水 （ 1 ）外掺剂 混凝土中掺入适量外掺剂，能改善混凝土的工艺性质。如降低水灰比，调节工作性，提高密实性和早期强度，节约水泥用量等。外掺剂的种类很多，水下混凝土常用的有减水剂、缓凝剂等。 减水剂能在

22、水灰比保持不变的情况下，提高混凝土的和易性或保持同样的和易性，而降低混凝土水灰比，提高强度。减水剂分普通型和高效型两类。普通型减水剂用的最多的是木质素磺酸钙，它能吸附于水泥颗粒表面，破坏水泥水化颗粒间形成的絮凝网状结构，将被包裹在其中的水释放出来，从而减少混凝土的需水量，改善和易性。对水灰比和配合比相同的混凝土，加入木钙后的混凝土比不加木钙的混凝土用水量可减少 10% 20% ，坍落度提高 5 15cm ，泌水率降低 15% 30% 。高效减水剂用得较多的有 MF 和 NNO ，这两种减水剂均属萘系磺酸盐类有机化合物。混凝土中加入这类减水剂后，需水量可减少达 20% 30% 以上，坍落度提高可

23、达 20cm ， 3d 的混凝土强度可达到设计强度的 75% 以上。 缓凝剂的作用是延缓混凝土的凝固时间，使其在较长时间内保持一定的流动性，这对深长大直径钻孔桩或灌注量大的钻孔桩的水下混凝土灌注施工是很有意义的。常用的缓凝剂有酒石酸、柠檬酸、糖蜜、木钙、 Na 2 SO 4 、等。对于大坍落度的水下混凝土，缓凝剂与高效减水剂配合使用可减少坍落度的损失，并弥补缓凝剂造成的早期强度下降。缓凝剂对凝固时间的影响见表 9.3 。 常见早强减水剂有三乙醇胺、甲醇、三异丙醇胺、 NC 早强减水剂和 H 型早强减水剂等。这些早强剂能与水泥水化产物生成不溶于水的复盐晶体，同时加速水泥水化，使生成的水泥石致密，

24、从而提高早期强度。为了保护混凝土内的钢筋不受氯离子 Cl - 的锈蚀危害，根据钢筋混凝土施工及验收规范 GBJ10-65 的规定，处在饱和湿度条件下或水中的钻孔桩钢筋混凝土不能使用氯盐作早强剂。 （ 2 ）拌合用水 混凝土拌合用水要求不含有超过规定的盐类、油脂和酸性化合物及有机质。对 pH 值小于 4 和 SO 4 2- 的含量超过 2700mg/l 的水也不能使用。工业污水、废水、矿化水等含有大量有害的物质，不应使其侵入混凝土中，破坏混凝土的工作性。海上施工钻孔桩，不宜使用海水来拌制混凝土。水质情况不明时，应先取样进行水质分析，确定水质是否符合要求，具体要求可参照 GBJ204-83 之规定

25、。凡是可饮用的自来水及天然水都能用来拌制混凝土。 二、水下混凝土的主要技术性能 1. 和易性（工作性） 和易性是混凝土拌合物性能的综合反映，包含流动性、可塑性、稳定性和易密性四个方面，综合反映了混凝土拌合物的水灰比与流动性、动切力、骨料离析与泌水性能和密实能力。 和易性的测定通常有坍落度、流动度、稠度、密实性试验等。其中坍落度试验是目前现场采用的一种方法。坍落筒是内壁光滑，上下端面平行，上口直径为 100mm ，下口直径为 200mm ，高为 300mm 的锥形筒。试验时，将坍落筒置于一光滑水平面上，将混凝土分三层装入筒内，每层用捣棒插捣 25 次，顶面插捣完后用捣棒刮去多余混凝土并搓平。然后

26、将筒小心垂直提起，立即量测坍落后混凝土试体最高点与坍落筒上口顶面之间的高度差，即为混凝土的坍落度，以厘米计，精确到 0.5cm 。 实际上混凝土拌合物的坍落度是随着时间的增长而变化的，时间越长，坍落度越小。因此，对水下混凝土来说，有必要使拌合物的坍落度在一定时间里保持在一个变化较小的范围内，以保证水下灌注能顺利进行。该范围值通常以混凝土拌合物保持流动性指标时间 t 来表示，一般 t 为 1 1.5h 。 流动性试验是将一截头圆锥筒放置在一个直径为 760mm ，落差为 13mm 的跳桌中心。将混凝土分两层装入锥筒内，然后提起锥筒，以每秒一次的速度跳动 15 次，使坍落的混凝土在桌面扩展，量取扩

27、展后的直径 D （ mm ），按下式算出流动度 F ： (9-1) 这种试验一般在实验室中进行，现场采用不方便。 稠度试验是利用维勃稠度仪测得的时间来表示混凝土拌合物的稠度值，适用范围在维勃稠度 5 30s 内的混凝土拌合物。坍落度、流动性及干硬性的关系见表 9-4 。 2. 粘聚性和保水性 粘聚性和保水性是反映混凝土拌合物离析和泌水的性能。由于混凝土拌合物是由不同体积重量的石料、砂子、水泥和水拌合而成，容易形成石料及砂子的下沉，水泥浆液上浮，使拌合不均匀，组分失去连续性，这种现象就是混凝土的离析。如果在其表面又有水析出则为泌水。混凝土拌合物产生严重的离析和泌水会造成混凝土凝固不良，连续性差，

28、强度下降。与钢筋的粘结力降低，给水下灌注施工造成困难，极易发生堵管断桩事故。因此要避免出现严重的离析和泌水现象。在配制混凝土时，了解掌握所用水泥的性能，合理选择粗骨料与细骨料的级配。特别是要严格控制粗骨料的粒径，掺入适量高效减水剂或保水性能好的粉煤灰等，遵循搅拌程序和时间，使水泥能充分水化并与骨料拌合均匀，提高粘聚性。粘聚性和保水性的检验按普通混凝土配合比设计技术规定 JGJ55-81 的方法进行。 3. 凝固时间 水下混凝土灌注往往需要较长的时间，因而对入孔的混凝土拌合物须控制其凝固时间，使拌合物在灌注时间内保持良好的和易性，避免因凝固时间短造成灌注失败。凝固时间可通过调整水灰比、掺入缓凝型

29、减水剂或其他缓凝剂来加以控制。在延缓凝固时间的同时，应注意不可使混凝土的早期强度过低。冬季施工，若水温很低，水下混凝土的水化速度会减慢，凝固时间延长。此时不宜使用缓凝剂，以免凝固时间过长造成离析分层的质量事故。 4. 抗压强度与混凝土标号 抗压强度是混凝土的主要力学性质。钻孔桩的荷载主要是以垂直方向的压力作用于桩身，所以桩身钢筋混凝土的抗压强度是衡量判断钻孔桩质量好坏的重要指标。抗压强度的测定按标准试验方法进行，即将 200 200 200mm 的立方体试块，在温度 20 3 ，相对湿度 95% 以上的条件下，养护 28d ，而后在材料试验机上作抗压强度试验，至破坏为止。所得立方体的极限抗压强

30、度即为该配合比条件下的混凝土抗压强度，其值即是该混凝土的标号。对使用不同粒径的卵石或碎石配制的混凝土，立方体的边长可为 150mm 或 100mm ，在计算抗压强度时，乘以相应尺寸的换算系数，见表 9-5 。 影响水下混凝土抗压强度的因素有混凝土的密实性、水灰比、骨料种类、含气量、外掺剂、养护温度、水泥标号和用量以及孔内泥浆性质等。提高混凝土的密实性、减小水灰比，则可提高抗压强度。但若混凝土密实性不高，减小水灰比会导致抗压强度下降。骨料性质对强度的影响主要表现在骨料强度、粒形和表面形状以及粒径等方面。水下混凝土使用的骨料以接近球体或立方体为佳。粒形不太规则的骨料，有利于增加混凝土的抗压强度。如

31、当水灰比和坍落度一定时，碎石混凝土的抗压强度比卵石混凝土提高 20% 35% ，这是由于不规则的碎石骨料，其棱角和表面的粗糙性，使之与水泥浆及砂浆的粘结力提高之故。骨料粒径大小对强度的影响，通常表现为在一定的水灰比时，粒径增大，强度则会下降。当水灰比不变，混凝土含气量增加也会导致抗压强度的下降。一般含气量增加 1% ，抗压强度约下降 4 6% 。 混凝土中掺入适量木钙，其早期强度虽低，但随龄期增长后期抗压强度比较高。掺入适量粉煤灰，后期抗压强度比不掺可提高 4% 8% 。温度对抗压强度的影响主要表现在一定范围内的养护温度（ 4 23 ），混凝土初期强度上升幅度很大，养护温度愈高，早期强度增长愈

32、快。而早期养护温度低，则后期强度增高。此外，桩孔内泥浆的粘土含量达到 20% 25% 时，强度约会下降 20% 30% 。 5. 粘结强度 粘结强度是指混凝土阻止钢筋滑动的能力，它是保证混凝土和钢筋共同工作的主要因素。粘结强度高，则桩身钢筋混凝土的结构稳定性强，整体性好，承受垂直及水平荷载的能力大。反之，若粘结强度较低，不但桩的承载性能差，而且在桩身混凝土的荷载作用下，容易沿钢筋面产生大量裂缝，导致混凝土剥落露筋，桩身钢筋混凝土的整体强度很快下降甚至破坏。粘结强度随着混凝土中水泥含量的增加而增大，但随用水量的增多而减少。钢筋埋置的形状也对粘结强度产生影响。一般变形钢筋的粘结强度约为光面钢筋的两

33、倍。设置箍筋，将光面钢筋的末端做成弯钩，采用焊接骨架及焊接网都可以增加混凝土的粘结强度。水平设置的钢筋，由于水平钢筋下面含水较多，因而混凝土的粘结强度要比垂直钢筋低。 粘结强度一般通过混凝土与钢筋的粘结力来表示，其值通过钢筋的拉拔试验确定，通常以不超过 400N/s 的加荷速度进行，由钢筋滑动在 0.25 0 .5mm 时的荷载决定。钢筋的形状、混凝土的性质及试验方法对拉拔试验均有影响。拉拔试验的试件，采用长方形棱柱体，尺寸为 100 100 200mm ，骨料最大半径不超过 30mm ，试件所用钢筋为 16mm 光面钢筋，长度为 350mm ，表面光滑程度一致，粗细均匀，试件每组数量为 6

34、块。在万能材料试验机上进行拉拔试验，测定钢筋滑动 0.25 0.5mm 时的最大荷载值 P （ kN ），此时即可停止试验。假设钢筋直径为 d （ cm ），钢筋混凝土内的埋置长度为 l （ cm ），那么按下式计算混凝土与钢筋的粘结力 R （ MPa ）： (9 -2a ) 混凝土与钢筋的粘结系数 K 按下式计算： (9-2b) 式中： R2 混凝土的抗压极限强度； MPa 。 对光面圆钢筋来说，粘结力主要由钢筋与水泥间的结合力和磨擦力构成。钢筋表面粗糙，这种结合力和摩擦力也相应增大。对螺纹钢筋来说，粘结力主要是结合力和钢筋所产生的机械阻力。钻孔桩钢筋与混凝土的粘结力除受钢筋的品种、直径、不

35、同配置部位、混凝土的和易性与密实性等因素影响外，还与桩孔内泥浆的粘土含量有关。粘土含量增加到 8% 12% ，垂直钢筋与混凝土的粘结力下降 40% 50% ，而水平钢筋与混凝土的粘结力只有垂直钢筋的一半，而且钢筋浸入泥浆中的时间越长，粘结强度下降的幅度越大6. 抗冻性与抗腐蚀性 混凝土的抗冻性是指在水饱和状态下混凝土承受反复冻融的能力。混凝土处在饱和状态并遇结冰温度时，内部的水分冻结使体积膨胀 9% ，并产生很大的内压力；当温度升高，这些冰融化时，混凝土内部的孔隙因已产生塑性变形而不能恢复到原来的程度。如此反复冻融，使孔隙逐渐变为细裂隙；随着冻融加深，裂缝逐渐扩展，形成由表及里的开裂，导致混凝

36、土剥落，逐渐使混凝土发生破坏，这种破坏称为混凝土的冻融破坏。混凝土如在未凝固状态时冻结，其强度和其他性质也将受到严重影响，这种现象为混凝土早期冻结损害。无论哪一种情况的出现，对寒冷季节施工的钻孔桩特别是位于水下的桩身都是非常有害的。 混凝土的抗冻性能大小以抗冻标号来表示，它是以 28d 龄期的混凝土棱柱体试件（ 100 100 400mm ）在中心温度为 -15 和 + 8 条件下反复进行冻融循环，至试件的动弹性模量下降不大于 25% 或失重率不大于 5% 的冻融循环次数，即为混凝土的抗冻标号。提高混凝土的抗冻性，可采取使用吸水量小，坚硬、耐久的骨料；选择适当的水泥品种；掺用引气剂；适当调整减

37、小水灰比；控制单位用水量等措施。 混凝土的抗腐蚀性是指混凝土抵抗有害化学物质侵入腐蚀的能力。钻孔桩混凝土通常情况下被腐蚀的主要原因是酸类物质及海水的侵蚀作用。 酸类物质的侵蚀主要来自含有大量硫酸、硝酸、盐酸类物质的工业废水及土层中的硫化氢。这些有害物质易使混凝土中的铝酸钙和硅酸钙被分解，造成混凝土结构疏松而致大量剥落破坏。其中的硫酸，即使其浓度很低，也可与混凝土中的含水铝酸钙作用，生成水泥杆菌。这种双重有害作用使混凝土破坏程度更烈。 海水对混凝土的侵蚀主要是因为海水中含有氯化镁、硫酸镁及海水中的氯离子等。氯化镁与混凝土中的钙作用生成氯化钙，并溶解于海水，使混凝土内形成大量的小孔，密实程度变差。

38、硫酸镁与混凝土氢氧化钙作用生成硫酸钙，又进一步与铝酸钙作用生成硫铝酸钙，亦即水泥杆菌，使混凝土体积膨胀，导致混凝土的组织破坏。此外，由于混凝土具有一定的渗透性，海水中的氯离子向混凝土内渗透，使低潮位以上反复干湿的混凝土中的钢筋，发生严重锈蚀，形成体积膨胀，造成混凝土开裂。 提高钻孔桩混凝土抗腐蚀能力的主要措施是根据不同的酸类物质，配制抗酸蚀或抗海水蚀混凝土，适当降低水灰比，调整骨料粒径和级配，提高混凝土的密实性和抗渗性，同时考虑采用抗硫酸水泥及矿渣硅酸盐水泥等。 7. 抗渗性 混凝土抵抗渗透的能力即为其抗渗性，以抗渗标号作为抗渗性指标。它是以 150 150mm 圆锥形试件，一组 6 个，以试

39、件底部施加 1MPa 水压开始试验，在 8h 内观察试件顶部有无渗水现象。以后每经 8h 增加 1MPa ，一组 4 个试件不出现渗水现象的最大水压称混凝土的抗渗标号。例如连续试验经过 64h ，最大不透水压力为 8MPa ，则抗渗标号为 S 8 。抗渗性是混凝土的一项重要性能指标，水上、港口、水管、水塔和桩基结构工程对混凝土都有抗渗性要求。此外，混凝土的耐火性、抗腐蚀性、抗冻性也都与混凝土抗渗性有关。 影响混凝土抗渗性的因素主要是粗骨料粒径和水灰比。一般来说，粗骨料粒径愈大，骨料空隙率也相应增大，则混凝土的抗渗性愈差。对于碎石混凝土，由于为获得一定的和易性，配制混凝土的单位用水量比使用卵石有

40、所增加，使得抗渗性能下降。水灰比是影响抗渗性的重要因素。水灰比从 0.4 增至 0.7 时，其水的渗透系数增加 100 倍以上；水灰比超过 0.5 时，渗透系数增加比较显著，说明水灰比对于混凝土的抗渗性有重要的控制作用。 8. 混凝土的容重 混凝土的容重是指单位体积混凝土的重量，反映混凝土的内部结构情况。混凝土的容重随使用骨料的情况（种类、比重、石子最大粒径）、混凝土的配合比、干燥程度等而异，其中骨料的比重影响最大。混凝土容重与抗压强度的关系，一般容重小的混凝土，抗压强度相对偏小。但对人造轻骨料的混凝土，尽管容重小，但其强度与普通混凝土相比差别不大。钻孔桩混凝土的容重一般在 24 25kN/m

41、 3 。 三、水下混凝土的配合比设计 混凝土的配合比是指用于配制混凝土的各种材料的比例，通常以重量计。确定水下混凝土配合比的原则是在保证所要求的强度、耐久性、抗渗性和良好的和易性、粘聚性与保水性、凝固时间以满足水下灌注作业需要的前提下，尽可能地节省水泥用量，降低成本。 1. 配合比设计的参数选择 配合比设计首先要确定水下混凝土的配制强度、和易性、石料的最大粒径和凝固时间等参数。 （ 1 ）配制强度 水下混凝土的配制强度是根据桩结构设计计算采用的混凝土最小强度加以确定的。实际上由于混凝土质量的差异和操作误差因素等，混凝土的实际强度也在一定范围内波动。考虑到现场施工条件，在确定水下混凝土的配制强度

42、时，可按下式计算选择： (9-3) 式中： Rh 配制强度， MPa ； 考虑现场施工条件的系数， =1.15 1.25 。清水中的水下混凝土取较小值，泥浆中的水下混凝土取较大值； p 桩身混凝土设计标号强度， MPa 。 （ 2 ）和易性选择 在进行配合比设计时，根据下列两个因素选择和易性：桩身结构尺寸和钢筋笼的配制情况；水下灌注工艺。 对直径较大，钢筋间距较小，特别是扩底的钻孔桩，混凝土需要有良好的和易性才能比较快速均匀地穿过钢筋笼，将桩孔填满。 从灌注工艺来说，为使灌入导管的混凝土能顺利流出导管上升而不发生堵管等故障，也需要混凝土有良好的和易性。由于现场判别混凝土和易性好坏的主要指标是混

43、凝土的坍落度，所以通常选择坍落度 18 22cm 来设计水下混凝土配比。 （ 3 ）石料的最大粒径 石料的最大粒径通常在保证强度的前提下，根据灌注导管的内径和钢筋笼的配置情况来选择。虽然石料粒径越大，需水性越小，带来水泥用量相对减少，但由于粒径过大，会引起强度下降，且大粒径石料容易在高流动性的水下混凝土中分层离析，所以石料最大粒径以不超过 40mm 为好。 （ 4 ）凝固时间 水下灌注必须在最初灌入的混凝土还具有一定的流动性前结束。因此，要根据灌注时间来控制混凝土的凝固时间，一般混凝土的初凝时间至少应大于灌注时间的一倍。 确定了配合比条件后，需着重考虑配合比的经济性，以求降低材料耗用量，降低成

44、本。如合理选择水泥标号，避免用标号很高的水泥来配制低标号混凝土，造成浪费；选择级配合理的粗骨料，最佳的含砂率，这样既可配制出和易性好的混凝土，又可减少水泥用量，降低成本。还可选择使用合适的外掺剂来达到降低成本，改善混凝土性能，提高混凝土质量的目的。 2. 配合比的计算 （ 1 ）用水量的计算 用水量的多少与混凝土拌合物的坍落度有直接的关系。每立方混凝土需水量可按下式计算确定： (9-4) 式中： W 需水量， kg 或 L ； T 水下混凝土坍落度（ cm ），按不同的水下灌注方法选择，见表 9-6 ； K 反映骨料品种和粒径的参数，见表 9-7 。 由上式可以看出，每增减 3 4kg （或 L ）的水量，坍落度增减约 1cm 。 （ 2