专利名称：水下混凝土工程的浇筑和凝固方法
技术领域：
本发明涉及混凝土工程的浇筑和凝固的技术领域，尤其是涉及施工部位上方有水 层存在的情况下直接进行混凝土浇筑、并在水中实现混凝土凝固的方法。
背景技术：
目前公知的水下混凝土浇灌和凝固技术都是先筑坝围淹，抽排围淹内的剩水和渗 漏水，达到并保持施工部位处于露干状态的条件下进行的。其中凝固技术分自然凝结和催 化凝结。前者需要浇筑件有足够的露干时间，否则混凝土强度下降，露干时间严重不足的必 将成为"豆腐渣"工程；后者在搅拌过程中加入可缩短凝固时间的固体添加剂，露干时间 得以有条件地缩短。本发明人第一次发现自然灰岩的产生机理，并在《地球正理》一书中详 加阐述。此前，还没有人懂得灰岩的产生机理，因而也还没有人晓得据此自然原理提出水下 混凝土工程的浇筑和凝固方法的发明。现实中，很多水下混凝土浇筑工程，特别是位于大 江、大海中的混凝土浇筑工程，其先期的围淹排水工程量和难度十分突出，小则增加目的工 程的建设成本，大则制约目的工程的开展实施，费用和耗时都极为巨大。
发明内容
为了克服现有水下混凝土浇筑工程需要先行围淹排水的局限。本发明提供一种水 下混凝土浇筑和凝固新方法，该方法不仅能在无围淹的情况下直接浇灌混凝土，而且能在 淹水的情况下使混凝土凝固如磐，强度达标。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在混凝土浇灌体的外围四周设置一 隔离(薄膜)围廉，围廉壁由塑料、金属、橡胶、木板、预制混凝土等充当，围廉下缘设置沉 坠、上缘设置浮漂，使围廉能下达水底、上达水面以阻隔廉内外之水的交流；围廉内或与混 凝土浇灌体(模框)之间水层的底部设置有一根以上有气体喷孔的通气钢筋、或喷气喷头 或布气管，或它们三者中之一、或二者、或全部的组合。气体喷头是用空心钢管作送气管，头 部一端接锥形头，锥形头后分布若干微小气体喷孔；布气管呈环形，向下一面上布满若干个 微小的气体喷孔，故又称气体喷头；气体喷头、送气管、空气压缩机、输气管、和(二氧化碳 等)气体源之间管道连接；当混凝土浇灌在目标区域(模框)内，经搅拌、振动密实，确定需 要凝固后，向围廉之内水域底部的气体喷头通入含二氧化碳等成份的气体。二氧化碳迅速 溶解于混凝土外围水中，使围廉之内的水域因溶解有二氧化碳而成碳酸。持续通入足够量 的含二氧化碳等成份的气体，二十四小时中混凝土不断地吸收碳酸根和亚碳酸根离子，后 自然凝固成型，当混凝土外围水中的二氧化碳含量始终等于露干状态混凝土外围水膜中的 含量的情况下，混凝土的凝固速率和质量与露干状态一致，如此二千四百小时后，所浇灌的 混凝土变得坚固如磐。至此带水浇灌、凝固(无需围淹排水、露干等前期工程)的水下混凝 土浇筑工程完工。混凝土向凝固方向进行的反应速度随其外围水中碳酸根和亚碳酸根等离 子浓度的变化而变化，因而按本发明方法进行的混凝土浇筑工程的凝固速率在一定范围内 是可控的。对于水下沙石层中的基础工程，还可以根据存在的沙石量直接倒入所需量的水泥，变挖基为搅拌，免去沙石搬运工序，浑水作业，边挖基，边搅拌，边浇筑基础；等搅拌、浇 灌完毕再行本发明方法的凝固工序；这样浇筑完成的基础件不仅主体部分强度高，而且主 体增加了外延部分，该部分与四周及下方地层都有自然紧密扎实的延伸结合(如图11中的 对)，质量优于传统浇灌方法的产品。这为水下混凝土的浇筑方法拓展出了巨大的空间，由 此而来的将是一次混凝土浇筑技术革命。本发明的有益效果是显著地简化了水部分基础建设工程，可直接进行水下混凝 土浇筑工程的施工，节省围淹和排水工程的时间和费用；对大型深水混凝土浇筑工程的效 益尤为显著。方法简单，节约工程时间和费用，质量可靠，又开拓了使用二氧化碳的路径，还 可从处理工业废气中的二氧化碳中增加收入。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本方法发明原理图。图2是本发明原理图中的布气环，又称气体喷头的构造原理图。布气环的朝上平 面14容易受沉降泥浆闭塞；布气环的朝下平面11没有朝上面14那样的缺陷，其上适宜开 喷气孔12。图3是本发明实施例中的桩式气体喷头23的原理图。图4是一实施例布置施工原理示意图。图5是一实施例布置施工原理主视图。图6是一实施例布置施工原理俯视图。图7是另一实施例布置原理图。图8是通气钢筋20 (另一种气体喷头)的原理图。在空心钢管的下方一头装有锥 形头15，钢管壁上有若干微孔16，微孔16分布呈下密上稀。用一根通气钢筋20插于水层 下混凝土浇筑件10的中央或用多根插于混凝土件10内部的不同部位。图9是双层(沙石层和水底层)气体喷头21构造原理图。在空心钢管下方一头 装有锥形头15，钢管壁上有两层微孔16和22，微孔分布以沙石层18的厚度而定，水层微孔 22分布在水层底部，沙石层微孔16分布在锥头后端附近。图10是实施例3的布置原理图。图11是实施例4的布置原理图。图中1是布气环又称气体喷头，2是送气管，3是空气压缩机，4是输气管，5是气体 源，6是围廉下坠块，7是隔离围廉(薄膜)廉壁，8是围廉浮漂，9是水(平)面，10是浇灌 中需凝固的混凝土，11是布气环的朝下平面，12是环形喷头的喷气孔，13是送气管接口，14 是布气环的朝上平面，15是桩式气体喷头锥尖，16是桩式喷头的沙石层气体喷孔，17是岩 体，18是砂跞层，19是水下地层上表面，20是通气钢筋(另一种气体喷头)，21是双层(沙 石层和水底层)气体喷头，22是双层气体喷头的水层底部气体喷孔，23是桩式气体喷头，24 是水泥扩散形成的混凝土周边基础。
具体实施例方式在图1中，当浇灌中的混凝土 10需要进行凝固时，放置围廉(薄膜)7于混凝土外围，让围廉下坠块6下沉至水底，围廉浮漂8上浮于水面之上，开动空气压缩机3将二氧化 碳等气体通过输气管4从气体源5压入送气管2，经过送气管接口 13，最后从布气环又称气 体喷头1、桩式气体喷头23、桩式双层气体喷头21、通气钢筋20等管壁上的各类喷气孔12、 16和22喷出，与水相混合，溶解于水平面9以下的水层中，使围廉内水域中的水转变为碳 酸，为混凝土的凝固反应提供凝结因子碳酸根离子和亚碳酸根离子。持续送入足够浓度和 当量的含二氧化碳等凝结因子成份的气体直到混凝土凝结、凝固、强度达标。在图4、5、6所示的实施例中，当浇灌中的混凝土 10需要进行凝固时，放置围廉薄 膜7于混凝土外围，让围廉下坠块6下沉至水底地层上表面19，围廉浮漂8上浮于水面，桩 式气体喷头锥尖15直插混凝土基础10的底部附近，开动空气压缩机3将二氧化碳等气体 通过输气管4从气体源5压入送气管2，最后从桩式气体喷头上的气体喷孔16和布气环 又称气体喷头1上的各个喷气孔12喷出，与水相混合，溶解于水平面9以下的水中，使围 廉内水域中的水和砂砾层中的水转变为碳酸，为混凝土的凝固反应提供足够当量的凝结因 子——碳酸根离子和亚碳酸根离子。持续送入含二氧化碳等的气体直到混凝土凝固、强度 达标；持续送气时间等于或小于49天，所浇筑的混凝土即可达到露干条件下的凝固强度。在图7所示的另一实施例中，在开始浇筑混凝土 10时就在混凝土中央(布置)插 入图3所示的桩式气体喷头，当浇灌中的混凝土 10需要进行凝固时，放置围廉薄膜7于混 凝土外围，让围廉下坠块6下沉至水底地层上表面19，围廉浮漂8上浮于水面9之上，桩式 气体喷头锥尖15直插混凝土基础10的底部附近，开动空气压缩机3将二氧化碳等气体通 过输气管4从气体源5压入送气管2，最后从桩式气体喷头上的气体喷孔16和布气环又称 气体喷头1上的各个喷气孔12喷出，与混凝土 10的中央水和混凝土 10外围水相混合，溶 解于混凝土中央水和水平面9以下的水中，使混凝土中央水和围廉内水域中的水转变为碳 酸，为混凝土的凝固反应提供足够当量的凝结因子——碳酸根离子和亚碳酸根离子。持续 送入含二氧化碳等的气体直到混凝土凝固、强度达标；持续送气时间等于或小于49天，所 浇筑的混凝土即可达到露干条件下的凝固强度。在图10所示的实施例3中，多根双层气体喷头21插入沙石层18深处，当混凝土 10浇筑至需要凝固时，先将围廉沉坠6放入水中，让围廉浮漂8露出并高于水面9，确保围 廉壁7具有阻隔内外水和水中成分不发生(显著)交流；开动空气压缩机3将二氧化碳等 气体通过输气管4从气体源5压入送气管2，最后从桩式双层气体喷头21上的水层底部气 体喷孔22和沙石层气体喷孔16分别喷出，与混凝土 10基部沙石层18中的水和其外围水 相混合，溶解于混凝土 10基部水和围廉内水平面9以下的水中，使混凝土基部沙石层18中 的水和围廉内水域中的水转变为碳酸，为混凝土的凝固反应提供凝结因子——碳酸根离子 和亚碳酸根离子。持续送入含二氧化碳等的气体，凝结因子有足够当量，持续时间足够反应 完全完成，混凝土凝固、强度达标；持续送入足够当量的二氧化碳气体，持续时间等于或小 于49天，所浇筑的混凝土即可达到甚至大于露干条件下的凝固强度。在图11所示的实施例4中，通气钢筋插入混凝土基底部，当混凝土 10浇筑至需要 凝固时，先将围廉沉坠6放入水中，让围廉浮漂8露出并高于水面9，确保围廉壁7具有阻 隔内外水和水中成分不发生(显著)交流；开动空气压缩机3将二氧化碳等气体通过输气 管4从气体源5压入送气管2，最后从通气钢筋20上的气体喷孔16分别喷出，与混凝土 10 基部沙石层18中的水和其外围水相混合，溶解于混凝土 10基部水和围廉内水平面9以下
5的水中，使混凝土 10内部水和围廉内水域中的水转变为碳酸，为混凝土的凝固反应提供凝 结因子——碳酸根离子和亚碳酸根离子。持续送入含二氧化碳等的气体，凝结因子有足够 当量，持续时间足够反应完全完成，混凝土凝固、强度达标；持续送入足够当量的二氧化碳 气体，持续时间等于或小于49天，所浇筑的混凝土即可达到甚至大于露干条件下的凝固强度。
权利要求
1.一种水下混凝土工程的浇筑和凝固方法，其特征是在水层下方直接边挖基边搅拌 边浇筑，或在水层下方直接浇灌混凝土目标件；当浇筑或浇灌工程到某一阶段需要凝固时， 在混凝土浇筑件外围设置一隔离围廉，持续向围廉内的水体中送入含混凝土凝结因子的气 体，直到混凝土凝固，并增强至达标。
2.根据权利要求1所述的一种水下混凝土工程的浇筑和凝固方法，其特征是在水层 下方直接边挖基边搅拌边浇筑，挖基至设计深度时直接将水泥倒入与基础区域内的沙石相 混，变挖移沙石工序为搅拌水泥与沙石成混凝土，并让水泥向基础件周围扩散与周围沙石 混合ο
3.根据权利要求1所述的一种水下混凝土工程的浇筑和凝固方法，其特征是在混凝 土浇筑件外围所设置的隔离围廉能显著阻止围廉内外水份和水中成份互相交换的作用，具 有不透水气的基本功能，且上有浮漂使围廉壁上端高出水面，下有沉坠使围廉壁下端深潜 水底；所用围廉壁材料可以是用塑料、橡胶、金属压制的柔质薄膜；也可以是用塑料、橡胶、 金属、竹木压制或胶合而成的硬质板材。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土工程的浇筑和凝固方法中的凝固方法，其特征 是持续向围廉内的水体中送入含混凝土凝结因子的气体，直到混凝土凝固，并增强至达 标。
5.根据权利要求4所述的持续向围廉内的水体中送入含混凝土凝结因子的气体，其特 征是增加气源输入端的压力，使送气管中的气体压力足以克服水层压力，而顺利从喷气孔 中喷出。
6.根据权利要求4所述的含混凝土凝结因子的气体，其特征是含二氧化碳的气体，包 括纯二氧化碳气体和含二氧化碳气体；工业废气、现场燃烧后产生的废气、自然环境中的大气。
7.根据权利要求4所述的持续向围廉内的水体中送入含混凝土凝结因子的气体，其特 征是用环形气体喷头将气体送入水层底部，用桩形气体喷头将气体送入混凝土浇筑件基 底部周围的沙石层水中，用桩形气体喷头、通气钢筋将气体送入混凝土底部中央、内部的水 中。对于某一具体混凝土浇筑工程而言，可同时采用环形气体喷头、桩形气体喷头、桩形双 层气体喷头和通气钢筋等四种类型组合，或选择几种类型组合，或仅选择其中的一种。
8.根据权利要求7所述的环形气体喷头，其特征是在环形空心管的下侧壁上散布若 干微型孔，环形管上至少有一个与送气管相连接的接口。空心管的质地可以是硬的也可以 是软的；能抗水层压力正常送气、喷气。
9.根据权利要求7所述的桩形气体喷头，其特征是空心管的一头是锥形桩头，锥形桩 头后分布有若干微小的气体喷孔成为桩形气体喷头，或在水层底部位置又分布若干微小的 喷气孔成为双层气体喷头，空心管的另一头是与送气管相连接的接口。
10.根据权利要求7所述的通气钢筋，其特征是空心钢管的一头是锥形头，空心管壁 上布满微小的气体喷孔，空心钢管的另一头是与送气管相连接的接口。
全文摘要
一种水下混凝土工程的浇筑和凝固方法，它是在水下直接边挖基、边搅拌、边浇筑混凝土工程，后用围廉隔离，以阻止工程区域内的水层与外围水域之间的水发生交换。用空气压缩机将含混凝土凝固因子二氧化碳等的气体通过管道从气体源送到位于围廉内水层底部的气体喷头喷出；凝固因子溶解于水，以离子形态与混凝土反应，使其向凝固方向进行，控制水中的凝固因子浓度，使之持续等于或稍大于露干状态混凝土外表水膜中的浓度时，水下直接浇筑混凝土的凝固速率和质量与普通露干条件下施工的一样，坚固如磐。加大凝固因子的浓度可缩短凝固所需时间，凝固质量不减。本方法简单易行，不需围淹。节约工程时间和费用，还可从解决了二氧化碳的出路中增加收入。
文档编号C04B40/02GK102080380SQ200910310490
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者袁建华 申请人:袁建华