抗硫酸盐混凝土在引黄入冀补淀工程中的应用

2016-02-05卢代权

中华建设 2016年11期

卢代权

卢代权

Kang liu suan yan hun ning tu zai yin huang ru ji bu dian gong cheng zhong de ying yong

抗硫酸盐混凝土配合比设计和施工过程中，因对石膏粉掺量及其性质认识不足，造成了该类材料固化成型产生气泡的质量缺陷。通过深入细致的调查研究，付诸实践进行大量试验，找到了解决抗硫酸盐混凝土内实外光的办法，提出了解决该技术难题的关键措施和方法，取得了抗硫酸盐混凝土施工的成功经验，本项目的处理仅供处理其它类似工程参考，并针对实际情况予以完善。

一、工程概况

引黄入冀补淀工程是在保障河南、河北沿线部分地区农业用水的前提下，为白洋淀实施生态补水的大型水利工程，沿线受水区灌溉面积465.1万亩（河南193.1万亩，河北272万亩），输水渠道总长482km。河南段施工第二标段跨濮阳县、濮阳市华龙区、濮阳市高新区、清丰县两县两区，起点位于河南省濮阳县子岸乡，终点为清丰县省界卫河倒虹吸进口。渠线范围25+000～32+400、32+800～2+500，全长57.1km。渠道根据断面挖填型式可分为：半挖半填式和全挖方式两种。

金堤河倒虹吸为引黄入冀补淀工程总干渠穿越金堤河交叉建筑物，进口桩号29+500.4，出口桩号29+778.4，总长度278m。管身长度196m。进口闸室段长12m，渐变段长26m；出口闸室段长12m，渐变段32m。采用箱型结构，一联三孔，单孔断面尺寸3.6×3.8m（宽×高）。本标段地下水属潜水，主要储存于第四系粉质壤土、砂壤土和粉细砂孔隙中，地下水埋深有南向北逐渐变深，金堤河与黄河之间地带地下水埋深2.25～7.2m，地下水位高程为57.87～49.15m，渠水具弱腐蚀性，为解决水的腐蚀性，本结构混凝土采用了抗硫酸盐混凝土。

二、混凝土主要施工方案

倒虹吸混凝土依照先进行底板浇筑，然后浇筑侧墙，最后进行顶板浇筑的施工顺序进行。为了避免底板与侧墙的折角处产生裂缝，要求底板浇筑时侧墙要同时浇筑至下掖角以上的起始层。

混凝土采用台阶法或斜层法分层（根据气温变化选用）浇筑方式施工。入仓混凝土及时平仓，仓内粗骨料聚集时，均匀摊铺于砂浆较多处，不得用水泥砂浆覆盖，以免造成内部蜂窝。墙体浇筑时，采用同步浇筑方式，以免出现模板整体受力不均偏移，要求墙体均匀受料，保证混凝土面同步上升，控制混凝土侧压力，避免崩模。

振捣器选用变频插入式，对有止水的地方适当延长振捣时间。水平止水带在止水带下部混凝土填满后才进行上部浇筑，施工时现场设专人看护。垂直止水带两边同时受料，避免出现止水带扭曲、歪斜和位移。振捣棒的插入深度，在振捣第一层砼时，以振捣器头部不碰到基岩或老砼面，但相距不超过5cm为宜。振捣时间以砼不再显著下沉、水分和气泡不再逸出并开始泛浆为准。振捣器的插入间距控制在振捣器有效作用半径 1.5倍以内。振捣砼时严防漏振现象的发生，同时避免振捣过度，对下掖角处的浇筑模板外侧设附着式振捣器，振捣操作严格遵循施工规范要求。

三、研究课题的提出

金堤河倒虹吸工程为新建穿渠构筑物，要求混凝土采用抗硫酸盐水泥拌制，以满足构筑物抗腐蚀的作用。抗硫酸盐混凝土因内掺石膏粉，混凝土拌制和浇筑成型过程中，因混凝土内部产生大量气泡无法排除，影响工程施工

质量，致使工程施工严重受阻。为此，业主要求施工单位组织技术研究和攻关，现场经过10余次配合比调整并模拟浇筑，但处理效果收效甚微。试验过程中存在的问题及处理难度主要有以下几个方面：

1.混凝土拌制后，砂浆粘度明显大于普通混凝土，混凝土流动度和扩展度偏小，混凝土振捣难度加大，采取常规振捣方法达不到密实要求；加强振捣后，不仅达不到密实要求，而且还造成过振影响混凝土强度。

2.混凝土在振捣过程中，气泡由混凝土内部上升到混凝土表面后，因气泡表面张力大，需人工辅助破裂，增加了施工难度和成本，且施工质量不能得到保证。

3.混凝土拌制后极易产生“假凝”形象，拌制后静置5～10min后，混凝土塌落度损失约6cm，严重影响泵送混凝土施工速度。

4.倒虹吸底板腋角部位浇筑混凝土时，因人工辅助引气困难，经数次工艺改进后，混凝土成型仍存在大量的气泡和水泡，严重影响混凝土外观质量。

四、项目的技术原理和关键技术

1.工艺方法选择

抗硫酸盐混凝土受水泥内掺石膏的影响，混凝土拌制后塌落度损失过大，影响泵送混凝土施工进度，泵送过程中极易堵管，易形成仓面冷缝，造成质量事故。为缓解混凝土拌制后塌落度损失的影响，在混凝土拌制时，调整投料顺序和拌合时间。即先拌制成水泥浆或水泥砂浆（2min），使水泥中的石膏粉充分吸水膨化，然后再加入中、小石，再拌制1min，使混凝土中砂浆“假凝”的现象变成经过膨化的“絮凝”现象，从而达到降低砂浆粘度的目的。

2.材料及配合比选择

抗硫酸盐混凝土拌制时，因水泥内掺石膏粉的影响，水泥浆形成时石膏粉大量吸水膨化，因此，保证混凝土拌制时一定的水量成为关键，为此，提出了将原配合比中的聚羧酸减水剂调整为普通奈系高效减水剂的设想。金堤河倒虹吸工程砂石骨料为当地生产，人工砂、混凝土中粗骨料石粉含量、含泥量波动幅度较大，且聚羧酸减水剂对其敏感度较强，因此调整配合比中减水剂成为配合比设计中的必然选择。

3.模板材料选择

混凝土的外观质量和模板材料有密不可分的关系，所以在这种多气泡混凝土施工中如何选择模板材料尤为关键，尤其是倒虹吸底板腋角部位。混凝土透水模板布是一种应用于建筑工程的新型建筑材料，模板布的结构分为表层、中间层、黏附层，混凝土透水模板布的工作原理：浇注混凝土后，在混凝土内部压力、混凝土透水模板布的毛细作用及震捣棒等共同作用下，混凝土中的气泡以及部分游离的水分由混凝土内部向表面迁移，并可通过混凝土透水模板布中间层排出，它不仅能消除混凝土表面的气泡、砂线、砂斑等混凝土质量通病，从而使混凝土形成致密表面，提高混凝土表观质量；而且能进一步提高混凝土性能，改善混凝土耐久性（防止碳化、减少氯离子渗透），提高混凝土耐磨性、抗冻性、和表面抗拉强度。因此在本工程中采用了此种技术。

五、研究应用

1.通过分析石膏粉水化后扩展度减小，聚羧酸减水剂在拌合物中受细骨料石粉含量及含泥量影响，拌合物拌制后快速塌损的反应机理，提出了调整抗硫酸盐混凝土配比的设想和改变拌合料投料顺序的试验方案，并经过现场工艺模拟试验进行了验证和论证。

2.传统石膏粉类浆材采用植物油类和乳化剂进行消泡时，因混凝土中水泥的反应致使浆材粘度加大，造成混凝土振捣工作量加大，且不易振捣密实。通过对其提前膨化，使之达到“絮化”的目的，减小了该类材料固化成型因膨化反应产生的“假凝”影响，从而减小其固化成型过程中成模缺陷，为解决类似问题的施工，提供了可借鉴的经验。

3.通过调整抗硫酸盐混凝土配合比和投料顺序后，拌制的混凝土通过振捣，内部气泡能全部排出和破裂，改变了按原配比设计拌制混凝土时，其内部大量如鸡蛋大小的气泡仍不能破裂的现象，减小了气泡的表面张力，混凝土的性能得到了优化，为类似工程施工提供了新的途径。

4.混凝土透水模板布在本工程得到了很好的应用，并产生了以下效果：

（1）可以有效减少构件表面混凝土的气泡，使混凝土更加致密；

（2）可以使混凝土中的部分水分排出而水泥颗粒留在混凝土到头面，导致数毫米深的混凝土表面水胶比显著降低；

（3）使构件表面形成一层富含水化硅酸钙的致密硬化层。大大提高混凝土表面硬度，耐磨性、抗裂强度、搞冻性，使混凝土的渗透性、碳化深度和氯化物扩散系数也显著降低；

（4）减少了混凝土内部与外办交换物质的可能，从而提高了构件的耐久性；

（5）混凝土透水模板布具有均匀分布的孔隙，水能通过渗透和毛细作用经透水模板均匀排出，不形成聚集，这样有效减少砂斑、砂线等混凝土表面缺陷的产生。

（6）混凝土透水模板布的保水作用，为混凝土养护提供了一个良好的条件，减少了细微裂缝的产生。