新沂市城市防洪应急泵站混凝土冷缝成因分析及处理措施

刘 伟

一、工程概况

2017年度新沂市防洪应急提升工程Ⅱ标段位于江苏省新沂市主城区，项目通过对城区排涝站进行增容改造，改善城区排涝条件。建设内容包括新建入沭站、改建城中排涝一站和排涝二站，均采用堤后式布置。总装机9台套，设计流量30m3/s，装机功率1840kW。

出现混凝土冷缝的为城中排涝二站，该站位于新沂市区城中引河入臧圩河口处，东西向布置站身，站址邻近新沂市化肥厂，安装两台900ZLB-125立式轴流泵，单机配套电机130kW，单机流量2m3/s，建设总流量4m3/s。

二、冷缝概述

冷缝是在混凝土入仓浇筑施工中，因意外因素而引起混凝土浇筑停顿，且时长超出混凝土的初凝时间，但早于混凝土的终凝时间，从而在混凝土的结构实体中形成的概念缝，它是混凝土中真实存在的一种相对薄弱面，属于混凝土工程施工中常见的病害或通病之一。

水工混凝土建筑工程质量受多种因素的影响，除工程设计、材料选用、施工方案外，施工控制程序也是质量控制的重要环节。混凝土浇筑方案必须严格把关，科学合理，以避免冷缝的形成。此外，还应做好模板成型、基面清理、钢筋绑扎等工序的质量控制，确保施工质量。

三、排涝二站冷缝原状描述

排涝二站冷缝主要位于主站身墩墙部位，主站身共四道墩墙，冷缝主要出现在墙高的约2/3处，且表面基本平整，局部存在细微蜂窝或麻面等其他混凝土缺陷，经回弹检测和试块试压检测，该部位的混凝土强度均能满足设计的强度要求，经对冷缝原位进行随机3处10cm深凿探，检查该冷缝处，混凝土基面密实，未发现明显缝位，无异常情况。

综合分析各项检测数据，经参建各方协商研讨，该泵站混凝土冷缝的描述结论为：该站身墩墙冷缝仅对外观质量产生不良影响，未触及站身受力结构，不影响主体结构强度。

四、形成原因分析

通过查阅施工资料、施工日志，综合浇筑当天影响因素，分析冷缝形成原因主要有如下三个方面：

其一，泵站站身墩墙当日混凝土浇筑方量较大，由于预拌商品混凝土供应不及时，并存在交通堵塞等叠加困难，导致混凝土施工作业面间歇时间较长，且间隔时间超过混凝土的初凝时间，此为形成该冷缝的主要原因。

其二，当次混凝土浇筑起始于下午2点，整个入仓过程延至次日凌晨3点左右结束，浇筑时间长达11个小时，且起始时间和结束时间分别为气温最高的午后和气温最低的凌晨，昼夜温差大，水泥在水化过程中释放大量热能，使混凝土内部温度升高，混凝土弹性模量急剧变化，由于混凝土内部和表面的散热条件不同，造成温度梯级，因而混凝土表面产生拉应力，加剧了冷缝的形成，此为形成该冷缝的早期原因。

其三，混凝土浇筑成型后，由于内部自由态水分蒸发而引起干缩变形，混凝土变形受到钢筋等内部约束，会在混凝土中产生拉应力，当变形产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时，冷缝便在原基础上有所发展，此为形成该冷缝的后期原因。

综上所述，该冷缝系多方面因素共同作用下形成的，缝内无间隙且表面测量不到缝宽，但应给予泵站墩墙稳妥和恰当的处理，消除病害后方可投入使用。

五、处理方案

1.背水侧

背水侧表面不外露，处理目标以消除冷缝处的轻微错台和防水补强为主要任务，程序如下。

（1）先使用钢凿敲除冷缝邻近混凝土面上的浮浆，然后用砂轮打磨机将上下各约60cm范围内打磨成毛面，并用清水冲刷干净，晾至混凝土表面略潮。

（2）在微潮的混凝土表面涂刷一道素水泥浆，待水泥稍干后，在表面抹20mm厚1∶2水泥砂浆，砂浆中掺入防水粉，掺入量为水泥用量的5%，表面亚光，边缘与混凝土墙渐薄并顺接。

（3）待基层完全干燥后，除尽基面上所有的油污杂物，加涂环氧厚浆漆一层，采用无气喷涂施工，可达到一道涂层的最高膜厚，保证冷缝处理达到最佳效果。

环氧厚浆混合比：双组份涂料，重量比甲组份∶乙组份=7∶1，包装规格甲组份21kg罐装、乙组份3kg罐装，甲组份开启包装后，充分搅拌均匀，按重量比加入乙组份后，再次充分搅匀，通过熟化后使用。

涂装方式采用无气喷涂，喷嘴口径0.4～0.5mm，喷出压力为 20～30MPa，稀释剂为XC106，稀释量以涂料重量计取0～5%。

2.迎水侧

迎水面冷缝处理主要侧重于消除色差和平整度处理、防水补强等，计划使用环氧砂浆予以处理。

环氧砂浆是环氧树脂涂料添加精细石英沙经过人工调配而成，是以环氧树脂为主剂，配以促进剂等一系列助剂，经混合固化后形成的一种高强度、高粘结力的固结体，具有优异的抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸防腐蚀性能及修补加固性能。

（1）环氧砂浆材料使用优缺点

①化学性能稳定，耐腐耐候性好。

②固结体具有高粘结力，高抗压强度且不受结构形状限制。

③具有补强、加固的作用。

④具有抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸腐蚀的性能，并与多种材料的粘结力很强。

⑤线性热膨胀系数（9.2×10-6/℃）与混凝土（一般为 [8～11]×10-6/℃）接近，故不易从这些被粘结的基材上脱开，耐久性好，涂层能与混凝土在不同温度条件下实现同步变形，避免了因两种材料的胀缩性能差异太大而使界面应力过大，造成涂层脱空、开裂。

⑥常温施工。常温条件下各组分材料、施工器具及混凝土基面均不需要加热，易于施工操作。

⑦不粘器具、施工方便快捷。外观颜色与混凝土基本一致，施工时类似于水泥砂浆，不粘工器具，成品包装，使用操作简单，施工方便快捷，施工面平整、光洁，易于保证施工质量。

⑧无毒、无污染。国家建筑材料测试中心的毒性试验检测结果表明，环氧砂浆的各项主要毒性成份的含量均远低于国家室内装修材料标准。

⑨主要力学性能优良。主要力学性能优良，抗冲磨强度是C50硅粉混凝土的3～5倍，与混凝土粘结牢固。

⑩缺点为使用成本和价格较高，约 6000 元 /t。

（2）施工工艺和程序

①基面处理：对混凝土基础表面进行处理，清除基面上的乳皮、水泥净浆表层或松动颗粒等，使表面外露新鲜骨料。先使用钢凿敲除冷缝邻近混凝土面上的浮浆，然后用砂轮打磨机将上下各约100cm（利于消除色差）范围内打磨成毛面，再用粗、细砂纸将所处理范围内人工反复搓打3遍。

②表面清理：用高压水或高压风清除表面沙粒、粉尘，彻底冲洗，去除浮灰，并使用鼓风机或自然风干至干燥状态，不允许有水分残留。

③涂刷基液：在处理好的混凝土基面上用毛刷均匀地涂刷一薄层底层基液，尽可能做到薄而均匀、不流淌、不漏刷。

④涂抹环氧砂浆：待基液初凝（表面不流动，指触拉丝）时，用抹刀涂抹环氧砂浆，涂抹时要边压实边抹光，抹灰厚度可控制在1～2cm为宜，以便于找平、衔接为标准。

⑤养护：待环氧砂浆抹面施工完成后，经过3～14d养护期后即可成型。

⑥材料用量：环氧砂浆为2300kg/m3，底层基液为 0.5kg/m2。

3.注意事项

（1）配制好的环氧砂浆应在产品规定的时限内使用完毕，严禁使用未拌合均匀或已处于初凝状态的材料。

（2）严禁在潮湿基层使用环氧砂浆，如基层潮湿需先做干燥处理，以免影响与基层的粘结力。

（3）使用时注意佩带必要防护用品并保持环境通风，接触皮肤后应及时清洗干净。

（4）如预计施工现场会下雨，不要进行相关操作。

（5）基底必须为表面外露的坚实混凝土，其表面不允许存在薄弱水泥浆层、污垢附着物、砂粒和粉尘等妨碍粘接的杂物。

六、施工控制要点

1.配合比及原材料

混凝土冷缝控制是一个综合性和系统性问题，首先应选择合适的混凝土配合比及坍落度，保证足够的流动性和和易性，避免使用早强水泥，砂、石骨料的级配应良好，含泥量应满足规范要求。

2.掺和料及外加剂

选择适用的掺和料和外加剂可以明显降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能。

3.温度控制及养护

施工时充分考虑水泥水化热问题，防止由于混凝土内外温差过大而引起冷缝扩大和发展，避免水化热高峰的集中出现，降低峰值。高温季节应注意混凝土的浇捣温度，采用低温入模、低温养护，必要时可采用冰块降低混凝土原材料温度。冬季养护应采取保温措施，夏季养护应注意勤洒水，保持湿润。

4.施工组织及过程控制

避免在雨天或大风天气浇筑混凝土，大体积混凝土浇筑前应提前和商品混凝土供应商通报信息，保证混凝土运输车、泵车等设备的数量和性能满足使用要求。对车辆行走路线进行规划，另选择两条备用路线，以应对不测情况。安排充足的施工人员，振捣要快插慢拔，避免过振和漏振，提倡和推广二次振捣，以排除泌水和混凝土内部的气泡，保证混凝土实体密实。

七、结语

混凝土冷缝在水利工程基本建设中是较容易出现的质量问题之一，冷缝的产生会对建筑物的耐久性不利，因此要重视对冷缝的事后处理，制定防范对策，通过一系列工艺措施，消除其对建筑物结构的不利影响。

对混凝土冷缝进行认真研究、区别对待、细致处理，采用符合规范要求、切合实际的工艺方法进行修补。本文结合2017年度新沂市防洪应急提升泵站混凝土墩墙冷缝处理实例，系统、全面地分析了冷缝的成因，有针对性地采取了处理和修补措施，达到了预期的处理效果，从中找到了规避此种混凝土病害的办法和需要注意的事项，对今后的水利工程施工建设起到警示和借鉴作用■