水下混凝土工程的澆築和凝固方法
2023-10-06 17:36:04 2
專利名稱：水下混凝土工程的澆築和凝固方法
技術領域：
本發明涉及混凝土工程的澆築和凝固的技術領域，尤其是涉及施工部位上方有水 層存在的情況下直接進行混凝土澆築、並在水中實現混凝土凝固的方法。
背景技術：
目前公知的水下混凝土澆灌和凝固技術都是先築壩圍淹，抽排圍淹內的剩水和滲 漏水，達到並保持施工部位處於露幹狀態的條件下進行的。其中凝固技術分自然凝結和催 化凝結。前者需要澆築件有足夠的露幹時間，否則混凝土強度下降，露幹時間嚴重不足的必 將成為"豆腐渣"工程；後者在攪拌過程中加入可縮短凝固時間的固體添加劑，露幹時間 得以有條件地縮短。本發明人第一次發現自然灰巖的產生機理，並在《地球正理》一書中詳 加闡述。此前，還沒有人懂得灰巖的產生機理，因而也還沒有人曉得據此自然原理提出水下 混凝土工程的澆築和凝固方法的發明。現實中，很多水下混凝土澆築工程，特別是位於大 江、大海中的混凝土澆築工程，其先期的圍淹排水工程量和難度十分突出，小則增加目的工 程的建設成本，大則制約目的工程的開展實施，費用和耗時都極為巨大。
發明內容
為了克服現有水下混凝土澆築工程需要先行圍淹排水的局限。本發明提供一種水 下混凝土澆築和凝固新方法，該方法不僅能在無圍淹的情況下直接澆灌混凝土，而且能在 淹水的情況下使混凝土凝固如磐，強度達標。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是在混凝土澆灌體的外圍四周設置一 隔離(薄膜)圍廉，圍廉壁由塑料、金屬、橡膠、木板、預製混凝土等充當，圍廉下緣設置沉 墜、上緣設置浮漂，使圍廉能下達水底、上達水面以阻隔廉內外之水的交流；圍廉內或與混 凝土澆灌體(模框)之間水層的底部設置有一根以上有氣體噴孔的通氣鋼筋、或噴氣噴頭 或布氣管，或它們三者中之一、或二者、或全部的組合。氣體噴頭是用空心鋼管作送氣管，頭 部一端接錐形頭，錐形頭後分布若干微小氣體噴孔；布氣管呈環形，向下一面上布滿若干個 微小的氣體噴孔，故又稱氣體噴頭；氣體噴頭、送氣管、空氣壓縮機、輸氣管、和(二氧化碳 等)氣體源之間管道連接；當混凝土澆灌在目標區域(模框)內，經攪拌、振動密實，確定需 要凝固後，向圍廉之內水域底部的氣體噴頭通入含二氧化碳等成份的氣體。二氧化碳迅速 溶解於混凝土外圍水中，使圍廉之內的水域因溶解有二氧化碳而成碳酸。持續通入足夠量 的含二氧化碳等成份的氣體，二十四小時中混凝土不斷地吸收碳酸根和亞碳酸根離子，後 自然凝固成型，當混凝土外圍水中的二氧化碳含量始終等於露幹狀態混凝土外圍水膜中的 含量的情況下，混凝土的凝固速率和質量與露幹狀態一致，如此二千四百小時後，所澆灌的 混凝土變得堅固如磐。至此帶水澆灌、凝固(無需圍淹排水、露乾等前期工程)的水下混凝 土澆築工程完工。混凝土向凝固方向進行的反應速度隨其外圍水中碳酸根和亞碳酸根等離 子濃度的變化而變化，因而按本發明方法進行的混凝土澆築工程的凝固速率在一定範圍內 是可控的。對於水下沙石層中的基礎工程，還可以根據存在的沙石量直接倒入所需量的水泥，變挖基為攪拌，免去沙石搬運工序，渾水作業，邊挖基，邊攪拌，邊澆築基礎；等攪拌、澆 灌完畢再行本發明方法的凝固工序；這樣澆築完成的基礎件不僅主體部分強度高，而且主 體增加了外延部分，該部分與四周及下方地層都有自然緊密紮實的延伸結合(如圖11中的 對)，質量優於傳統澆灌方法的產品。這為水下混凝土的澆築方法拓展出了巨大的空間，由 此而來的將是一次混凝土澆築技術革命。本發明的有益效果是顯著地簡化了水部分基礎建設工程，可直接進行水下混凝 土澆築工程的施工，節省圍淹和排水工程的時間和費用；對大型深水混凝土澆築工程的效 益尤為顯著。方法簡單，節約工程時間和費用，質量可靠，又開拓了使用二氧化碳的路徑，還 可從處理工業廢氣中的二氧化碳中增加收入。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是本方法發明原理圖。圖2是本發明原理圖中的布氣環，又稱氣體噴頭的構造原理圖。布氣環的朝上平 面14容易受沉降泥漿閉塞；布氣環的朝下平面11沒有朝上面14那樣的缺陷，其上適宜開 噴氣孔12。圖3是本發明實施例中的樁式氣體噴頭23的原理圖。圖4是一實施例布置施工原理示意圖。圖5是一實施例布置施工原理主視圖。圖6是一實施例布置施工原理俯視圖。圖7是另一實施例布置原理圖。圖8是通氣鋼筋20 (另一種氣體噴頭)的原理圖。在空心鋼管的下方一頭裝有錐 形頭15，鋼管壁上有若干微孔16，微孔16分布呈下密上稀。用一根通氣鋼筋20插於水層 下混凝土澆築件10的中央或用多根插於混凝土件10內部的不同部位。圖9是雙層(沙石層和水底層)氣體噴頭21構造原理圖。在空心鋼管下方一頭 裝有錐形頭15，鋼管壁上有兩層微孔16和22，微孔分布以沙石層18的厚度而定，水層微孔 22分布在水層底部，沙石層微孔16分布在錐頭後端附近。圖10是實施例3的布置原理圖。圖11是實施例4的布置原理圖。圖中1是布氣環又稱氣體噴頭，2是送氣管，3是空氣壓縮機，4是輸氣管，5是氣體 源，6是圍廉下墜塊，7是隔離圍廉(薄膜)廉壁，8是圍廉浮漂，9是水(平)面，10是澆灌 中需凝固的混凝土，11是布氣環的朝下平面，12是環形噴頭的噴氣孔，13是送氣管接口，14 是布氣環的朝上平面，15是樁式氣體噴頭錐尖，16是樁式噴頭的沙石層氣體噴孔，17是巖 體，18是砂躒層，19是水下地層上表面，20是通氣鋼筋(另一種氣體噴頭)，21是雙層(沙 石層和水底層)氣體噴頭，22是雙層氣體噴頭的水層底部氣體噴孔，23是樁式氣體噴頭，24 是水泥擴散形成的混凝土周邊基礎。
具體實施例方式在圖1中，當澆灌中的混凝土 10需要進行凝固時，放置圍廉(薄膜)7於混凝土外圍，讓圍廉下墜塊6下沉至水底，圍廉浮漂8上浮於水面之上，開動空氣壓縮機3將二氧化 碳等氣體通過輸氣管4從氣體源5壓入送氣管2，經過送氣管接口 13，最後從布氣環又稱氣 體噴頭1、樁式氣體噴頭23、樁式雙層氣體噴頭21、通氣鋼筋20等管壁上的各類噴氣孔12、 16和22噴出，與水相混合，溶解於水平面9以下的水層中，使圍廉內水域中的水轉變為碳 酸，為混凝土的凝固反應提供凝結因子碳酸根離子和亞碳酸根離子。持續送入足夠濃度和 當量的含二氧化碳等凝結因子成份的氣體直到混凝土凝結、凝固、強度達標。在圖4、5、6所示的實施例中，當澆灌中的混凝土 10需要進行凝固時，放置圍廉薄 膜7於混凝土外圍，讓圍廉下墜塊6下沉至水底地層上表面19，圍廉浮漂8上浮於水面，樁 式氣體噴頭錐尖15直插混凝土基礎10的底部附近，開動空氣壓縮機3將二氧化碳等氣體 通過輸氣管4從氣體源5壓入送氣管2，最後從樁式氣體噴頭上的氣體噴孔16和布氣環 又稱氣體噴頭1上的各個噴氣孔12噴出，與水相混合，溶解於水平面9以下的水中，使圍 廉內水域中的水和砂礫層中的水轉變為碳酸，為混凝土的凝固反應提供足夠當量的凝結因 子——碳酸根離子和亞碳酸根離子。持續送入含二氧化碳等的氣體直到混凝土凝固、強度 達標；持續送氣時間等於或小於49天，所澆築的混凝土即可達到露幹條件下的凝固強度。在圖7所示的另一實施例中，在開始澆築混凝土 10時就在混凝土中央(布置)插 入圖3所示的樁式氣體噴頭，當澆灌中的混凝土 10需要進行凝固時，放置圍廉薄膜7於混 凝土外圍，讓圍廉下墜塊6下沉至水底地層上表面19，圍廉浮漂8上浮於水面9之上，樁式 氣體噴頭錐尖15直插混凝土基礎10的底部附近，開動空氣壓縮機3將二氧化碳等氣體通 過輸氣管4從氣體源5壓入送氣管2，最後從樁式氣體噴頭上的氣體噴孔16和布氣環又稱 氣體噴頭1上的各個噴氣孔12噴出，與混凝土 10的中央水和混凝土 10外圍水相混合，溶 解於混凝土中央水和水平面9以下的水中，使混凝土中央水和圍廉內水域中的水轉變為碳 酸，為混凝土的凝固反應提供足夠當量的凝結因子——碳酸根離子和亞碳酸根離子。持續 送入含二氧化碳等的氣體直到混凝土凝固、強度達標；持續送氣時間等於或小於49天，所 澆築的混凝土即可達到露幹條件下的凝固強度。在圖10所示的實施例3中，多根雙層氣體噴頭21插入沙石層18深處，當混凝土 10澆築至需要凝固時，先將圍廉沉墜6放入水中，讓圍廉浮漂8露出並高於水面9，確保圍 廉壁7具有阻隔內外水和水中成分不發生(顯著)交流；開動空氣壓縮機3將二氧化碳等 氣體通過輸氣管4從氣體源5壓入送氣管2，最後從樁式雙層氣體噴頭21上的水層底部氣 體噴孔22和沙石層氣體噴孔16分別噴出，與混凝土 10基部沙石層18中的水和其外圍水 相混合，溶解於混凝土 10基部水和圍廉內水平面9以下的水中，使混凝土基部沙石層18中 的水和圍廉內水域中的水轉變為碳酸，為混凝土的凝固反應提供凝結因子——碳酸根離子 和亞碳酸根離子。持續送入含二氧化碳等的氣體，凝結因子有足夠當量，持續時間足夠反應 完全完成，混凝土凝固、強度達標；持續送入足夠當量的二氧化碳氣體，持續時間等於或小 於49天，所澆築的混凝土即可達到甚至大於露幹條件下的凝固強度。在圖11所示的實施例4中，通氣鋼筋插入混凝土基底部，當混凝土 10澆築至需要 凝固時，先將圍廉沉墜6放入水中，讓圍廉浮漂8露出並高於水面9，確保圍廉壁7具有阻 隔內外水和水中成分不發生(顯著)交流；開動空氣壓縮機3將二氧化碳等氣體通過輸氣 管4從氣體源5壓入送氣管2，最後從通氣鋼筋20上的氣體噴孔16分別噴出，與混凝土 10 基部沙石層18中的水和其外圍水相混合，溶解於混凝土 10基部水和圍廉內水平面9以下
5的水中，使混凝土 10內部水和圍廉內水域中的水轉變為碳酸，為混凝土的凝固反應提供凝 結因子——碳酸根離子和亞碳酸根離子。持續送入含二氧化碳等的氣體，凝結因子有足夠 當量，持續時間足夠反應完全完成，混凝土凝固、強度達標；持續送入足夠當量的二氧化碳 氣體，持續時間等於或小於49天，所澆築的混凝土即可達到甚至大於露幹條件下的凝固強度。
權利要求
1.一種水下混凝土工程的澆築和凝固方法，其特徵是在水層下方直接邊挖基邊攪拌 邊澆築，或在水層下方直接澆灌混凝土目標件；當澆築或澆灌工程到某一階段需要凝固時， 在混凝土澆築件外圍設置一隔離圍廉，持續向圍廉內的水體中送入含混凝土凝結因子的氣 體，直到混凝土凝固，並增強至達標。
2.根據權利要求1所述的一種水下混凝土工程的澆築和凝固方法，其特徵是在水層 下方直接邊挖基邊攪拌邊澆築，挖基至設計深度時直接將水泥倒入與基礎區域內的沙石相 混，變挖移沙石工序為攪拌水泥與沙石成混凝土，並讓水泥向基礎件周圍擴散與周圍沙石 混合ο
3.根據權利要求1所述的一種水下混凝土工程的澆築和凝固方法，其特徵是在混凝 土澆築件外圍所設置的隔離圍廉能顯著阻止圍廉內外水份和水中成份互相交換的作用，具 有不透水氣的基本功能，且上有浮漂使圍廉壁上端高出水面，下有沉墜使圍廉壁下端深潛 水底；所用圍廉壁材料可以是用塑料、橡膠、金屬壓制的柔質薄膜；也可以是用塑料、橡膠、 金屬、竹木壓制或膠合而成的硬質板材。
4.根據權利要求1所述的一種混凝土工程的澆築和凝固方法中的凝固方法，其特徵 是持續向圍廉內的水體中送入含混凝土凝結因子的氣體，直到混凝土凝固，並增強至達 標。
5.根據權利要求4所述的持續向圍廉內的水體中送入含混凝土凝結因子的氣體，其特 徵是增加氣源輸入端的壓力，使送氣管中的氣體壓力足以克服水層壓力，而順利從噴氣孔 中噴出。
6.根據權利要求4所述的含混凝土凝結因子的氣體，其特徵是含二氧化碳的氣體，包 括純二氧化碳氣體和含二氧化碳氣體；工業廢氣、現場燃燒後產生的廢氣、自然環境中的大氣。
7.根據權利要求4所述的持續向圍廉內的水體中送入含混凝土凝結因子的氣體，其特 徵是用環形氣體噴頭將氣體送入水層底部，用樁形氣體噴頭將氣體送入混凝土澆築件基 底部周圍的沙石層水中，用樁形氣體噴頭、通氣鋼筋將氣體送入混凝土底部中央、內部的水 中。對於某一具體混凝土澆築工程而言，可同時採用環形氣體噴頭、樁形氣體噴頭、樁形雙 層氣體噴頭和通氣鋼筋等四種類型組合，或選擇幾種類型組合，或僅選擇其中的一種。
8.根據權利要求7所述的環形氣體噴頭，其特徵是在環形空心管的下側壁上散布若 幹微型孔，環形管上至少有一個與送氣管相連接的接口。空心管的質地可以是硬的也可以 是軟的；能抗水層壓力正常送氣、噴氣。
9.根據權利要求7所述的樁形氣體噴頭，其特徵是空心管的一頭是錐形樁頭，錐形樁 頭後分布有若干微小的氣體噴孔成為樁形氣體噴頭，或在水層底部位置又分布若干微小的 噴氣孔成為雙層氣體噴頭，空心管的另一頭是與送氣管相連接的接口。
10.根據權利要求7所述的通氣鋼筋，其特徵是空心鋼管的一頭是錐形頭，空心管壁 上布滿微小的氣體噴孔，空心鋼管的另一頭是與送氣管相連接的接口。
全文摘要
一種水下混凝土工程的澆築和凝固方法，它是在水下直接邊挖基、邊攪拌、邊澆築混凝土工程，後用圍廉隔離，以阻止工程區域內的水層與外圍水域之間的水發生交換。用空氣壓縮機將含混凝土凝固因子二氧化碳等的氣體通過管道從氣體源送到位於圍廉內水層底部的氣體噴頭噴出；凝固因子溶解於水，以離子形態與混凝土反應，使其向凝固方向進行，控制水中的凝固因子濃度，使之持續等於或稍大於露幹狀態混凝土外表水膜中的濃度時，水下直接澆築混凝土的凝固速率和質量與普通露幹條件下施工的一樣，堅固如磐。加大凝固因子的濃度可縮短凝固所需時間，凝固質量不減。本方法簡單易行，不需圍淹。節約工程時間和費用，還可從解決了二氧化碳的出路中增加收入。
文檔編號C04B40/02GK102080380SQ200910310490
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者袁建華 申請人:袁建華