沙漠地区大体积混凝土冻融破坏的防治措施

2010-08-15陈保泉冯娟霞

水利建设与管理 2010年10期

陈保泉冯娟霞

（河北水利工程局第九工程处石家庄 050001）（山西省汾河管理局祁县 030900）

1 工程概述

三个泉倒虹吸工程位于新疆准噶尔盆地沙漠中心地带，自然环境恶劣。气候特征为干旱、多风、少雨、昼夜温差和年温差大。极端最高气温40.6℃，极端最低气温－41.7℃。易造成大体积混凝土干缩裂缝和温度裂缝。

倒虹吸工程为Ⅰ级建筑物，全长10.7km，双管平行布置，内径2.8m，为预应力钢筒混凝土管和钢管的组合结构。混凝土总量为11.2万m3，其进口镇墩结构尺寸为20.0m×19.0m×25.0m，属于大体积混凝土结构。工程具有施工期短（4～9月）、交叉干扰大、混凝土浇筑强度高（10000m3/月）等特点。

2 混凝土冻融破坏

2.1 抗冻性

抗冻性直接反映混凝土耐久性。混凝土冻融破坏的原因：一是水被混凝土的毛细孔壁约束形成的膨胀压力，在毛细孔周围产生拉应力造成破坏；二是水在毛细孔中结成冰时，过冷水在混凝土内部迁移和重新分布引起的渗管压导致损蚀。

混凝土孔隙水和外界气温变化是发生冻融破坏的必然条件。混凝土孔隙水反复发生冻融循环，导致混凝土从表面层层剥蚀破坏。

2.2 主要材料的选取

2.2.1 水泥

工程中采用了低脆弱性（脆性系数小于6）高抗硫硅酸盐水泥P.HSR525，掺用具有较好减水效果的独山子优质Ⅰ级粉煤灰，使混凝土具有微膨胀性质，提高混土的抗裂能力。

2.2.2 粗、细骨料

骨料的渗透性和吸湿性对混凝土的抗冻性有决定性的作用。粗、细骨料选用没有碱活性的顶山料场骨料，人工砂的细度模数为2.4～2.6，砂率选用25%。采用三级配混凝土，大石∶中石∶小石=50∶30∶20。

2.2.3 外加剂

掺入引气剂或减水剂能有效降低用水量，降低混凝土的水化热，改善混凝土的内部结构，缓冲冻胀，减低冻胀应力，提高混凝土的抗冻性。

为适应浇筑仓面大、强度高等特点，倒虹吸混凝土使用高效减水剂（RH—7，减水率19%），其缓凝作用既延长了混凝土初凝时间，又延缓了水化热温峰出现的时间。同时在混凝土中掺用了引气剂（AE—B），使混凝土达到适量的含气量（控制在4%～6%）。

3 施工方法和防治措施

3.1 施工方法

大体积混凝土施工经验表明：影响混凝土质量波动的因素有原材料、配合比、拌和、浇筑、入仓温度和养护等。

3.1.1 混凝土浇筑

混凝土的表面、边角最容易冻融破坏。减少单位用水量是提高混凝土抗冻性的重要办法。混凝土施工质量的好坏，将影响它的抗冻性，所浇筑混凝土力求密实，表面光滑。

为防止混凝土冻融破坏和产生温度裂缝，在施工计划安排中，镇墩大体积混凝土浇筑选择在4～5月低温季节进行。施工中采取了堆高骨料（＞8m）、地垅取料、冷水拌和混凝土等措施，使混凝土拌和物入仓温度小于20℃。浇筑层厚采用1.5m，非约束浇筑层厚采用2.4 m，层间间歇期为6天。

混凝土浇筑采用冷却水管进行初期冷却。冷却水管采用φ20黑铁管，水平距离0.8m，垂直距离等于层厚，混凝土浇筑收仓24h开始通水冷却，冷却水温度控制在10～13℃，循环后水温度控制在28℃左右，混凝土内部最高温度控制在36℃以下，通水时间为21天。同时对入仓振捣好的混凝土及时进行遮盖，避免太阳直接辐射。

3.1.2 混凝土养护

充分养护是提高混凝土抗冻性和防止产生干缩裂缝的重要措施。拆模后在混凝土侧面及时涂刷HE混凝土养护剂，水平面用线毯覆盖养护，阻止混凝土表面水分蒸发产生干缩裂缝，提高混凝土抗冻性。在入冬前，为防止气温骤降对混凝土产生冻害，对嵌入镇墩的钢管两头用保温材料进行封堵，并对四周及水平面进行越冬保温。

3.2 预防措施

a.根据结构类型、环境条件和试验确定配合比相关参数。严格控制混凝土配合比，主要是减低混凝土的水灰比，另外掺入引气剂以提高混凝土抗冻性。

掺防冻剂混凝土的配合比要符合下列规定：掺引气剂的混凝土，砂率减低2%～3%；C20混凝土的水灰比采用 0.50～0.60；C40 混凝土的水灰比采用 0.35～0.45；C20 混凝土的水泥用量不低于300kg/m3；C40混凝土的水泥用量不低于450kg/m3。重要承载结构、薄壁结构的混凝土水泥用量要增加10%。

b.混凝土浇筑完毕后要及时洒水养护，并及时覆盖，以保持混凝土表面湿润，早期应避免阳光暴晒。

掺防冻剂混凝土的养护，在负温条件下不得浇水，外露表面必须覆盖；初期养护温度不得低于防冻剂的规定温度。