為(wèi)解決普通混凝土(tǔ)無法水中澆築的問題，德國于1974年研制出水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)，1978年日本引進這(zhè)項技術且有學者耗時(shí)三年出版《水中不分(fēn)散混凝土(tǔ)設計施工指南(nán)》。1984年，我國研制出UWB型抗分(fēn)散劑，之後又研制出SCR型抗分(fēn)散劑。目前我國使用較多的是UWB-Ⅱ型絮凝劑。為(wèi)了(le)解決水下(xià)無法振搗密實的要求，絮凝劑一(yī)般要搭配一(yī)些(xiē)其他的輔助劑使用。Feng等混合有機和無機成分(fēn)制備新(xīn)的絮凝劑，并通過試驗得出最佳配比：聚丙烯酰胺0.9%，膨潤土(tǔ)8.0%，保水劑0.4%，減水劑0.25%。張鳴等試驗表明摻入UWB絮凝劑、粉煤灰和礦渣複摻且比例為(wèi)1∶1時(shí)，有利于混凝土(tǔ)的強度提升。楊逍通過摻入鋼纖維-聚乙烯醇纖維來(lái)改善水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的性能(néng)，發現(xiàn)不僅能(néng)夠改善水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的抗分(fēn)散性能(néng)且對抗壓強度也(yě)有所提升。綜上(shàng)可以看出現(xiàn)有的研究多聚焦于水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)硬化(huà)後的力學性能(néng)，對新(xīn)拌水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的性能(néng)研究較少，因此借鑒普通混凝土(tǔ)流變學和一(yī)些(xiē)有關(guān)泥沙沖刷領域的研究成果以及現(xiàn)有的一(yī)些(xiē)對水下(xià)不分(fēn)散漿體(tǐ)流變性能(néng)研究，期望能(néng)探究流變性能(néng)與抗分(fēn)散性能(néng)的内在聯系。
1抗分(fēn)散劑
抗分(fēn)散劑包括絮凝劑和輔助劑。絮凝劑：增加混凝土(tǔ)的粘聚性，但(dàn)加入絮凝劑會引起緩凝、需水量增大等問題；輔助劑：為(wèi)了(le)解決加入絮凝劑帶來(lái)的不利影響。常用的輔助劑有減水劑、早強劑、速凝劑、消泡劑等，通過輔助劑降低(dī)混凝土(tǔ)用水量、改善工作(zuò)性能(néng)和力學性能(néng)等。
1.1絮凝劑的作(zuò)用機理(lǐ) 目前較為(wèi)普遍的認為(wèi)絮凝機理(lǐ)為(wèi)以下(xià)三點： 1)橋架作(zuò)用：絮凝劑擁有高分(fēn)子(zǐ)長鏈結構，因此可以起到吸附作(zuò)用。溶于水後長鏈因為(wèi)同種電荷相互排斥呈線性分(fēn)布，因此可以吸附更多細顆粒，多個(gè)鏈條相互交錯又形成橋架，形成穩定的網狀結構。 2)表面活性作(zuò)用：絮凝劑含有親水、憎水基團，降低(dī)拌合物顆粒表面電位，粒子(zǐ)間(jiān)斥力減小，使分(fēn)散顆粒凝聚在一(yī)起，形成穩定的絮凝體(tǐ)。 3)橋鍵作(zuò)用：絮凝劑中的長鏈分(fēn)子(zǐ)有許多取代基，取代基與一(yī)些(xiē)拌合水、離子(zǐ)相結合形成穩定的橋鍵，提高拌合物粘度同時(shí)減少析出物，使得混凝土(tǔ)拌合物中的凝膠體(tǐ)顯著增多。
1.2主劑與輔劑的相容性問題 同濟大學教授蔣正武試驗表明，絮凝劑(纖維素類)、木鈣系減水劑可以有效提高水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的強度，但(dàn)該絮凝劑(纖維素類)同其他類型的減水劑如(rú)三聚氰胺系、萘系減水劑無法很好(hǎo)(hǎo)地協同工作(zuò)。Kawiai等認為(wèi)pH=13時(shí)纖維素類抗分(fēn)散劑同萘系減水劑發生(shēng)反應，影響各自發揮作(zuò)用。在絮凝劑與減水劑有較好(hǎo)(hǎo)的相容性的前提下(xià)，還可針對具體(tǐ)工程要求摻入一(yī)些(xiē)其他的輔助劑。例如(rú)對早期強度有更高要求的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)可以摻入一(yī)些(xiē)早強劑，趙同峰在水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)中引入早強組分(fēn)，大大降低(dī)了(le)初終凝時(shí)間(jiān)，減少了(le)初終凝時(shí)間(jiān)差，并且早強組分(fēn)與減水劑和絮凝劑相容性良好(hǎo)(hǎo)。
2水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)關(guān)鍵性能(néng)
2.1新(xīn)拌水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)基本性能(néng) 水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)其實最重要的是工作(zuò)性能(néng)和抗分(fēn)散性能(néng)的動态平衡，對未硬化(huà)的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的性能(néng)的研究十分(fēn)重要。因此借鑒普通混凝土(tǔ)流變學和一(yī)些(xiē)有關(guān)泥沙沖刷領域的研究成果，以及現(xiàn)有的一(yī)些(xiē)對水下(xià)不分(fēn)散漿體(tǐ)流變性能(néng)研究，來(lái)探究屈服剪切應力和剪切粘度與新(xīn)拌水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)性能(néng)之間(jiān)的聯系。
2.1.1流動性 針對水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的工作(zuò)性能(néng)的評價指标同普通混凝土(tǔ)一(yī)樣都是坍落度和擴展度，并且試驗也(yě)是在陸地上(shàng)進行。但(dàn)是實際工程一(yī)般是在水下(xià)，需考慮水對流動性的影響。日本學者采用的水下(xià)流動度性能(néng)測試裝置可以更加貼近實際工程應用。但(dàn)在水下(xià)進行流動度測試，流動性和抗水分(fēn)散性存在一(yī)定的矛盾。測定漿體(tǐ)的流變參數，發現(xiàn)漿體(tǐ)的流動度随漿體(tǐ)粘度變化(huà)而變化(huà)，随着粘度的增加擴展度不斷降低(dī)。因此可以通過研究漿體(tǐ)的内部粘度變化(huà)來(lái)解釋水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的流動性。
2.1.2抗分(fēn)散性 中國标準主要是通過懸浮固體(tǐ)量、pH、水泥流失量指标來(lái)衡量抗分(fēn)散效果。這(zhè)些(xiē)指标都是在靜水作(zuò)用下(xià)測定，但(dàn)是實際施工環境的水流一(yī)般都是動态的，國内沒有動水下(xià)的測定方法，國外的動水測試主要是根據美國工程兵采用的CRD-C61-89A(1989)标準試驗方法(用特制籃筐在特定的水流中測定籃筐前後重量差)進行改進。例如(rú)針對水下(xià)不分(fēn)散砂漿将測試裝置中的标注籃筐孔徑縮小；針對大體(tǐ)積的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)澆築的抗分(fēn)散性測定，Sonebi、Cui等分(fēn)别建造了(le)較長的液壓通道，通過水泵及内外通道差實現(xiàn)水流循環，并用CRD-C61測定不同水流速度下(xià)的抗沖刷性能(néng)。不論是哪種評判方式都是通過現(xiàn)象來(lái)判斷抗分(fēn)散性能(néng)，絮凝的作(zuò)用機理(lǐ)是抽象的解釋說(shuō)明抗分(fēn)散作(zuò)用并沒有确切的數值來(lái)支撐。期望通過借鑒普通混凝土(tǔ)流變學研究内容，探究流變性能(néng)與抗分(fēn)散性能(néng)的内在聯系。
2.1.3流變性能(néng) 通常判斷混凝土(tǔ)的流變性能(néng)是通過擴展度來(lái)判斷的，但(dàn)是擴展度的變化(huà)是現(xiàn)象，通過流變儀對屈服剪切應力、粘度等參數的研究再結合有關(guān)模型能(néng)夠解釋說(shuō)明流動度變化(huà)、抗分(fēn)散能(néng)力提升的具體(tǐ)原因。例如(rú)溫永向等通過混凝土(tǔ)流變儀研究流變參數與水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)抗分(fēn)散性能(néng)之間(jiān)的聯系。通過試驗研究表明随着抗分(fēn)散劑摻量的提升水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的剪切應力、粘度不斷提升抗分(fēn)散效果不斷提升。通過懸浮物含量判斷水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)抗分(fēn)散性能(néng)，是通過現(xiàn)象來(lái)進行解釋，但(dàn)是結合流變參數能(néng)夠從漿體(tǐ)内部和漿體(tǐ)表面解釋水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)抗分(fēn)散性能(néng)變化(huà)的原因。 除此之外，通過流變性能(néng)的研究來(lái)判斷水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的觸變性以及假塑性。例如(rú)設置剪切速率升序和降序變化(huà)，發現(xiàn)抗分(fēn)散漿體(tǐ)在升序下(xià)的屈服剪切應力、粘度數據均大于降序下(xià)的數據，說(shuō)明漿體(tǐ)具備觸變性能(néng)。試驗中随着剪切速率的升高粘度随之降低(dī)說(shuō)明漿體(tǐ)具備假塑性。從流變學角度分(fēn)析觸變性和假塑性，觸變性對水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的澆築與泵送起到有利作(zuò)用，假塑性對混凝土(tǔ)的抗分(fēn)散性能(néng)起到有利作(zuò)用。由此可見漿體(tǐ)流變參數的研究是必不可少的，但(dàn)是先前的相關(guān)研究較少，未來(lái)的研究應加強對漿體(tǐ)流變性能(néng)的研究。
2.2水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的力學性能(néng) 抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量等都是評判水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的重要力學指标。此外水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的水陸強度比也(yě)是十分(fēn)重要的衡量指标。由于水下(xià)澆築會降低(dī)混凝土(tǔ)強度，因此标準限制水陸強度比不得低(dī)于70%。除去标準要求的7d、28d水下(xià)澆築成型最低(dī)強度和最小水陸強度比外還有一(yī)個(gè)比值被忽視(shì)，即水下(xià)澆築成型強度與陸上(shàng)成型未加抗分(fēn)散劑的空白組的比值，該比值是水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)強度損失的最直觀表達。水陸強度比表示的是澆築方式對水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)強度的影響，水空強度比不僅反映澆築方式還能(néng)顯示抗分(fēn)散劑摻入後的複合影響。 針對硬化(huà)後的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的力學研究較多，與普通混凝土(tǔ)相比水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)對工作(zuò)性能(néng)和抗分(fēn)散性能(néng)存在動态平衡問題。因此多數研究通過搭配降低(dī)粘度和增加粘度的礦物摻合料來(lái)平衡兩者之間(jiān)的問題。例如(rú)粉煤灰在低(dī)摻量(20%左右)和摻量為(wèi)4%礦粉混合後，新(xīn)拌混凝土(tǔ)不僅擁有很好(hǎo)(hǎo)的抗分(fēn)散性還有較好(hǎo)(hǎo)的流動性，并且抗壓強度也(yě)符合規範要求。還可以加入一(yī)些(xiē)納米顆粒進一(yī)步提高水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的各項性能(néng)。Grzeszczyk等研究表明納米SiO2顆粒使結構更加緻密、增大混凝土(tǔ)粘度。
2.3水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的耐久性能(néng) 目前對于耐久性的研究較常規，主要研究抗滲透、抗氯離子(zǐ)侵蝕、耐海水侵蝕等因素對水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)影響。因為(wèi)很多使用水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的環境都是海洋環境，海水中豐富的鹽離子(zǐ)有些(xiē)會加速水泥水化(huà)，水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的早期強度略高于陸上(shàng)成型的混凝土(tǔ)，但(dàn)是對于長期強度還是起到不利影響。礦物摻合料的摻入可以改善水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的耐久性，不同類型的絮凝劑對水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)抗壓強度和耐久性能(néng)的影響也(yě)不同。
3水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)施工技術與應用
通過實際的工程調研發現(xiàn)，我國的水下(xià)澆築工程大多數仍采用導管法(澆築普通混凝土(tǔ))，水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)大多在非承重構件中少量嘗試使用，例如(rú)常在抗洪搶險、水下(xià)工程修補、無法圍堰等環境使用水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)。例如(rú)桐子(zǐ)林水電站(zhàn)明渠導牆基礎及牆身(shēn)修複、新(xīn)開河(hé)河(hé)口應急防護工程、三峽重件碼頭工程、澱東水利樞紐泵閘改擴建工程等，都會采用導管法、泵送法配合水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的澆築。但(dàn)是由于水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)摻入絮凝劑後粘度大幅度提升會給導管法或者泵送法澆築造成較大困難，所以期待水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)能(néng)進一(yī)步研究，能(néng)夠不采用特殊的機具就(jiù)可以直接水中澆築。
4尚待解決的問題
1)針對高水流、高水壓情況下(xià)的抗分(fēn)散劑的研發、抗分(fēn)散性測試裝置的研發、相關(guān)标準的制定等需求非常迫切。動水不僅對水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)澆築過程會産生(shēng)影響，對澆築後未凝結硬化(huà)的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)表面的影響也(yě)是不容忽視(shì)的。
2)工作(zuò)性和抗分(fēn)散性動态平衡。水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的主要矛盾點就(jiù)是工作(zuò)性能(néng)和抗分(fēn)散性能(néng)的協調問題。現(xiàn)階段的減水劑随着摻量的增大流動性顯著提升但(dàn)是抗分(fēn)散效果下(xià)降，并且多适用的是普通混凝土(tǔ)，針對特種混凝土(tǔ)的特殊減水劑的研制或将解決水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的主要矛盾。
3)水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的耐久性系統研究甚少。目前的耐久性研究齡期較短，且多于淡水環境下(xià)進行成型和養護。但(dàn)是實際工程尤其是海洋環境中的工程不僅要面臨高流水、高水壓的問題還要面臨離子(zǐ)侵蝕問題。因此特殊環境下(xià)水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的抗滲性能(néng)、抗腐蝕性能(néng)的研究尤為(wèi)重要。
4)應用的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)強度較低(dī)。随着國家發展建設需求，針對高強的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)需求增多。但(dàn)是絮凝劑的摻入會造成緩凝、降低(dī)水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)的強度。并且高強水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)難以平衡抗分(fēn)散性和工作(zuò)性能(néng)。如(rú)何制備工作(zuò)性能(néng)優異又有較高強度的水下(xià)不分(fēn)散混凝土(tǔ)仍需要進一(yī)步研究。