永定新河防潮閘大體積混凝土冬季施工溫度控制措施

李鑫淼 張淑鵬

永定新河治理一期防潮閘工程位于永定新河河口64+031處。防潮閘共20孔,閘室總寬350m,每孔凈寬15m,閘室長29m。閘室布置深槽8孔,底板高程-6.0m,深槽兩側各布置淺孔6孔,底板高程-1.0m。閘室采用筏式底板,兩孔一聯,底板長29m、寬35m、厚2m,其中齒腳部位厚3.5m;深孔閘墩高11.8m,淺孔閘墩高6.8m,閘墩底部長29m、頂部長32m;中墩厚2m,縫敦厚1.5m,閘墩、底板均為C25F150混凝土。

依據JGJ55—2000《普通混凝土配合比設計規程》,混凝土結構物實體最小尺寸等于或大于1m,或因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大(≥25℃)而導致裂縫的混凝土均為大體積混凝土。永定新河防潮閘閘墩、底板的結構尺寸較大,同時需要在冬季施工。為防止有害裂縫的產生,確保混凝土澆筑質量,采取了一系列防裂措施。

1 大體積混凝土溫度裂縫原因分析

大體積混凝土結構的施工中,由于水泥與水之間的水化反應產生大量的水化熱,在混凝土內部形成溫度應力,加上混凝土結構外部受地基等約束以及外部環境條件變化等多種因素的作用下,在混凝土內產生拉應力。當拉應力超過混凝土抗拉強度時,混凝土內部或表面就會產生裂縫,影響混凝土結構的質量,降低混凝土結構的使用壽命[1]。

2 裂縫控制措施

2.1 合理選擇混凝土的各種材料,優化混凝土配合比

本工程瀕臨渤海,空氣中Cl-含量高,若有裂縫,在潮濕環境下會誘使鋼筋發生銹蝕,影響混凝土對鋼筋的握裹力,降低結構使用壽命;又因為是冬季施工,所以需對混凝土配合比進行優化,以確定滿足需求的配合比。首先,為滿足抗凍要求,水灰比宜大于0.5;為降低混凝土中的水化熱,摻入大量磨細礦粉,使用性能優良的高效外加劑(具有很高的減水作用);減少水泥用量,同時嚴格控制砂、石等堿骨料含量,達到控制產生裂縫的目的。經室內實驗確定的冬季施工混凝土配合比見表1。

表1 冬季施工混凝土配合比 kg

2.2 制定科學施工方案,加強施工過程溫度控制

冬季混凝土施工時,如不采用保溫防凍措施,新澆混凝土中的液態水將發生凍結。由于液態水凍結后體積增加9%,引起混凝土各組分之間發生相對移動,從而使得振搗后的混凝土內部結構遭到破壞。當混凝土解凍后,破壞了的內部結構不再恢復原狀,最終導致混凝土抗凍及抗裂等強度指標顯著降低,因此,施工中必須防止凍裂。

首先,在混凝土攪拌和運輸時加強溫度控制。混凝土拌和采用熱水,溫度要控制在50℃以上,但不得超過60℃;混凝土拌和時的加料順序為:熱水→骨料→外加劑→水泥→礦粉。水泥入倉時,倉內溫度控制在50℃以下,防止水泥發生假凝現象。混凝土拌合物出機溫度控制在14.6℃左右。在混凝土運輸、澆筑過程中,為減少混凝土熱量損失,對混凝土運輸車罐體及泵送混凝土的泵管加裝保溫套,控制混凝土入倉溫度在12℃左右。

其次,在混凝土澆筑倉四圍,用腳手架及彩條布搭設2.5～3.0m施工圍擋,避免冬季大風吹入混凝土澆筑倉,改善混凝土倉施工條件并提高澆筑倉內溫度,減少風力造成的底板混凝土上表面水分蒸發。施工過程中,注意天氣變化情況,混凝土開倉澆筑要盡可能選在天氣晴好的白天或氣溫不發生驟降的時間;澆筑過程中由于倉內面積較大,暫時不澆筑的倉面采用吸濕較小的保溫材料進行覆蓋保溫。

最后,在混凝土澆筑完畢后立即覆蓋保溫,表面覆蓋塑料薄膜,上鋪草簾(或棉被)嚴密封蓋。根據混凝土的澆筑時間和天氣變化,加強混凝土外露面及模板表面的苫蓋。由于閘底板面積較大且澆筑時間較大,在施工前將保溫材料覆蓋在側模上并使用鉛絲加固牢靠;由于閘墩體形較高,在施工過程中隨著混凝土澆筑液面的升高,及時使用保溫材料對閘墩進行包裹,同時在澆筑完成后外部使用彩條布進行包裹,對混凝土進行保溫保濕。

2.3 冷卻管循環水降溫

為了降低混凝土內部水化熱,防止由于混凝土內外溫度過大而出現溫度裂縫,采取在混凝土內部設置冷卻水管的方法,降低混凝土內部溫度,減少混凝土內外溫差。

在閘底板和閘墩均布設冷卻水管。閘墩冷卻水管沿豎向布置,在閘墩內呈螺旋形上升。

冷卻管冷卻采用一期冷卻法,即在混凝土澆筑完畢后立即通水冷卻。首先從進水口將冷卻水(水溫與混凝土內部溫度溫差控制在15～20℃)注入閘墩冷卻水管內,隨后從出水口將水排至出水口水箱內,再將出水口水箱內水由泵引至進水口水箱內,由泵注入冷卻水管內,如此形成循環輸水系統,降低混凝土內部溫度。整個混凝土冷卻持續時間根據混凝土內部溫度變化情況決定,且不小于10 d,同時根據混凝土內部溫度情況及時調整循環冷卻水的循環速度。

在冷卻水施工結束后,將冷卻水管內的冷卻水全部抽空,隨后采用壓力灌漿的方法將冷卻水管進行封堵。

2.4 加強混凝土養護

由于閘底板、閘墩等混凝土施工處于低溫季節,采用綜合蓄熱法養護,用導熱系數小、防風耐用的保溫材料。混凝土保溫養護的主要目的是減少混凝土表面的熱擴散,降低混凝土結構溫度梯度,防止產生表面裂紋;保濕養護的主要目的是防止混凝土表面失水出現收縮裂紋。

拆除模板時,要將保溫材料分部位逐層拆除,使混凝土表面溫度逐漸下降。當混凝土表面溫度與空氣溫度的溫差不大于20℃時,方可拆除模板。模板拆除后立即覆蓋一層塑料薄膜,并在薄膜外掛草簾、棉絮或橡膠海綿等保溫材料,對混凝土進行保溫保濕養護,防止風裂和溫度裂縫。側墻的塑料薄膜粘結牢固,保溫材料用原模板的支立系統進行固定;頂板部分用鋼管壓牢。

3 結 語

永定新河治理一期工程在閘底板、閘墩混凝土施工中,嚴格地控制了原材料、攪拌、澆筑、養護、溫控等各個環節,減少了裂縫的產生。

(1)通過對現場混凝土取樣檢測,證明優化的混凝土配合比滿足了混凝土的強度、抗凍、抗滲、防凍要求,摻磨細礦粉改善了混凝土的和易性,同時降低了混凝土的水化熱。

(2)通過科學組織施工,加強現場控制,提高了混凝土澆筑倉內溫度,改善冬季混凝土施工作業環境,保證混凝土入倉澆筑溫度及早期強度的上升,防止混凝土凍害的發生。

(3)由于采用冷卻水管循環水降溫系統,有效地降低了混凝土內部溫升速度和峰值,避免了裂縫的產生。

(4)通過加強混凝土后期保溫養護,控制了大體積混凝土內、表溫度變化梯度,有效地減少了表面裂縫的產生,保證了工程質量。

[1] 尹洪明,王靜.大體積混凝土的溫度控制與防裂[J].山西建筑,2008,34(29):164-165.