永定新河防潮闸大体积混凝土冬季施工温度控制措施

李鑫淼 张淑鹏

永定新河治理一期防潮闸工程位于永定新河河口64+031处。防潮闸共20孔,闸室总宽350m,每孔净宽15m,闸室长29m。闸室布置深槽8孔,底板高程-6.0m,深槽两侧各布置浅孔6孔,底板高程-1.0m。闸室采用筏式底板,两孔一联,底板长29m、宽35m、厚2m,其中齿脚部位厚3.5m;深孔闸墩高11.8m,浅孔闸墩高6.8m,闸墩底部长29m、顶部长32m;中墩厚2m,缝敦厚1.5m,闸墩、底板均为C25F150混凝土。

依据JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》,混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m,或因水泥水化热引起混凝土内外温差过大(≥25℃)而导致裂缝的混凝土均为大体积混凝土。永定新河防潮闸闸墩、底板的结构尺寸较大,同时需要在冬季施工。为防止有害裂缝的产生,确保混凝土浇筑质量,采取了一系列防裂措施。

1 大体积混凝土温度裂缝原因分析

大体积混凝土结构的施工中,由于水泥与水之间的水化反应产生大量的水化热,在混凝土内部形成温度应力,加上混凝土结构外部受地基等约束以及外部环境条件变化等多种因素的作用下,在混凝土内产生拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土内部或表面就会产生裂缝,影响混凝土结构的质量,降低混凝土结构的使用寿命[1]。

2 裂缝控制措施

2.1 合理选择混凝土的各种材料,优化混凝土配合比

本工程濒临渤海,空气中Cl-含量高,若有裂缝,在潮湿环境下会诱使钢筋发生锈蚀,影响混凝土对钢筋的握裹力,降低结构使用寿命;又因为是冬季施工,所以需对混凝土配合比进行优化,以确定满足需求的配合比。首先,为满足抗冻要求,水灰比宜大于0.5;为降低混凝土中的水化热,掺入大量磨细矿粉,使用性能优良的高效外加剂(具有很高的减水作用);减少水泥用量,同时严格控制砂、石等碱骨料含量,达到控制产生裂缝的目的。经室内实验确定的冬季施工混凝土配合比见表1。

表1 冬季施工混凝土配合比 kg

2.2 制定科学施工方案,加强施工过程温度控制

冬季混凝土施工时,如不采用保温防冻措施,新浇混凝土中的液态水将发生冻结。由于液态水冻结后体积增加9%,引起混凝土各组分之间发生相对移动,从而使得振捣后的混凝土内部结构遭到破坏。当混凝土解冻后,破坏了的内部结构不再恢复原状,最终导致混凝土抗冻及抗裂等强度指标显著降低,因此,施工中必须防止冻裂。

首先,在混凝土搅拌和运输时加强温度控制。混凝土拌和采用热水,温度要控制在50℃以上,但不得超过60℃;混凝土拌和时的加料顺序为:热水→骨料→外加剂→水泥→矿粉。水泥入仓时,仓内温度控制在50℃以下,防止水泥发生假凝现象。混凝土拌合物出机温度控制在14.6℃左右。在混凝土运输、浇筑过程中,为减少混凝土热量损失,对混凝土运输车罐体及泵送混凝土的泵管加装保温套,控制混凝土入仓温度在12℃左右。

其次,在混凝土浇筑仓四围,用脚手架及彩条布搭设2.5～3.0m施工围挡,避免冬季大风吹入混凝土浇筑仓,改善混凝土仓施工条件并提高浇筑仓内温度,减少风力造成的底板混凝土上表面水分蒸发。施工过程中,注意天气变化情况,混凝土开仓浇筑要尽可能选在天气晴好的白天或气温不发生骤降的时间;浇筑过程中由于仓内面积较大,暂时不浇筑的仓面采用吸湿较小的保温材料进行覆盖保温。

最后,在混凝土浇筑完毕后立即覆盖保温,表面覆盖塑料薄膜,上铺草帘(或棉被)严密封盖。根据混凝土的浇筑时间和天气变化,加强混凝土外露面及模板表面的苫盖。由于闸底板面积较大且浇筑时间较大,在施工前将保温材料覆盖在侧模上并使用铅丝加固牢靠;由于闸墩体形较高,在施工过程中随着混凝土浇筑液面的升高,及时使用保温材料对闸墩进行包裹,同时在浇筑完成后外部使用彩条布进行包裹,对混凝土进行保温保湿。

2.3 冷却管循环水降温

为了降低混凝土内部水化热,防止由于混凝土内外温度过大而出现温度裂缝,采取在混凝土内部设置冷却水管的方法,降低混凝土内部温度,减少混凝土内外温差。

在闸底板和闸墩均布设冷却水管。闸墩冷却水管沿竖向布置,在闸墩内呈螺旋形上升。

冷却管冷却采用一期冷却法,即在混凝土浇筑完毕后立即通水冷却。首先从进水口将冷却水(水温与混凝土内部温度温差控制在15～20℃)注入闸墩冷却水管内,随后从出水口将水排至出水口水箱内,再将出水口水箱内水由泵引至进水口水箱内,由泵注入冷却水管内,如此形成循环输水系统,降低混凝土内部温度。整个混凝土冷却持续时间根据混凝土内部温度变化情况决定,且不小于10 d,同时根据混凝土内部温度情况及时调整循环冷却水的循环速度。

在冷却水施工结束后,将冷却水管内的冷却水全部抽空,随后采用压力灌浆的方法将冷却水管进行封堵。

2.4 加强混凝土养护

由于闸底板、闸墩等混凝土施工处于低温季节,采用综合蓄热法养护,用导热系数小、防风耐用的保温材料。混凝土保温养护的主要目的是减少混凝土表面的热扩散,降低混凝土结构温度梯度,防止产生表面裂纹;保湿养护的主要目的是防止混凝土表面失水出现收缩裂纹。

拆除模板时,要将保温材料分部位逐层拆除,使混凝土表面温度逐渐下降。当混凝土表面温度与空气温度的温差不大于20℃时,方可拆除模板。模板拆除后立即覆盖一层塑料薄膜,并在薄膜外挂草帘、棉絮或橡胶海绵等保温材料,对混凝土进行保温保湿养护,防止风裂和温度裂缝。侧墙的塑料薄膜粘结牢固,保温材料用原模板的支立系统进行固定;顶板部分用钢管压牢。

3 结 语

永定新河治理一期工程在闸底板、闸墩混凝土施工中,严格地控制了原材料、搅拌、浇筑、养护、温控等各个环节,减少了裂缝的产生。

(1)通过对现场混凝土取样检测,证明优化的混凝土配合比满足了混凝土的强度、抗冻、抗渗、防冻要求,掺磨细矿粉改善了混凝土的和易性,同时降低了混凝土的水化热。

(2)通过科学组织施工,加强现场控制,提高了混凝土浇筑仓内温度,改善冬季混凝土施工作业环境,保证混凝土入仓浇筑温度及早期强度的上升,防止混凝土冻害的发生。

(3)由于采用冷却水管循环水降温系统,有效地降低了混凝土内部温升速度和峰值,避免了裂缝的产生。

(4)通过加强混凝土后期保温养护,控制了大体积混凝土内、表温度变化梯度,有效地减少了表面裂缝的产生,保证了工程质量。

[1] 尹洪明,王静.大体积混凝土的温度控制与防裂[J].山西建筑,2008,34(29):164-165.