盧代權(quán)
抗硫酸鹽混凝土在引黃入冀補淀工程中的應用
盧代權(quán)
Kang liu suan yan hun ning tu zai yin huang ru ji bu dian gong cheng zhong de ying yong
抗硫酸鹽混凝土配合比設計和施工過程中,因?qū)κ喾蹞搅考捌湫再|(zhì)認識不足,造成了該類材料固化成型產(chǎn)生氣泡的質(zhì)量缺陷。通過深入細致的調(diào)查研究,付諸實踐進行大量試驗,找到了解決抗硫酸鹽混凝土內(nèi)實外光的辦法,提出了解決該技術難題的關鍵措施和方法,取得了抗硫酸鹽混凝土施工的成功經(jīng)驗,本項目的處理僅供處理其它類似工程參考,并針對實際情況予以完善。
引黃入冀補淀工程是在保障河南、河北沿線部分地區(qū)農(nóng)業(yè)用水的前提下,為白洋淀實施生態(tài)補水的大型水利工程,沿線受水區(qū)灌溉面積465.1萬畝(河南193.1萬畝,河北272萬畝),輸水渠道總長482km。河南段施工第二標段跨濮陽縣、濮陽市華龍區(qū)、濮陽市高新區(qū)、清豐縣兩縣兩區(qū),起點位于河南省濮陽縣子岸鄉(xiāng),終點為清豐縣省界衛(wèi)河倒虹吸進口。渠線范圍25+000~32+400、32+800~2+500,全長57.1km。渠道根據(jù)斷面挖填型式可分為:半挖半填式和全挖方式兩種。
金堤河倒虹吸為引黃入冀補淀工程總干渠穿越金堤河交叉建筑物,進口樁號29+500.4,出口樁號29+778.4,總長度278m。管身長度196m。進口閘室段長12m,漸變段長26m;出口閘室段長12m,漸變段32m。采用箱型結(jié)構(gòu),一聯(lián)三孔,單孔斷面尺寸3.6×3.8m(寬×高)。本標段地下水屬潛水,主要儲存于第四系粉質(zhì)壤土、砂壤土和粉細砂孔隙中,地下水埋深有南向北逐漸變深,金堤河與黃河之間地帶地下水埋深2.25~7.2m,地下水位高程為57.87~49.15m,渠水具弱腐蝕性,為解決水的腐蝕性,本結(jié)構(gòu)混凝土采用了抗硫酸鹽混凝土。
倒虹吸混凝土依照先進行底板澆筑,然后澆筑側(cè)墻,最后進行頂板澆筑的施工順序進行。為了避免底板與側(cè)墻的折角處產(chǎn)生裂縫,要求底板澆筑時側(cè)墻要同時澆筑至下掖角以上的起始層。
混凝土采用臺階法或斜層法分層(根據(jù)氣溫變化選用)澆筑方式施工。入倉混凝土及時平倉,倉內(nèi)粗骨料聚集時,均勻攤鋪于砂漿較多處,不得用水泥砂漿覆蓋,以免造成內(nèi)部蜂窩。墻體澆筑時,采用同步澆筑方式,以免出現(xiàn)模板整體受力不均偏移,要求墻體均勻受料,保證混凝土面同步上升,控制混凝土側(cè)壓力,避免崩模。
振搗器選用變頻插入式,對有止水的地方適當延長振搗時間。水平止水帶在止水帶下部混凝土填滿后才進行上部澆筑,施工時現(xiàn)場設專人看護。垂直止水帶兩邊同時受料,避免出現(xiàn)止水帶扭曲、歪斜和位移。振搗棒的插入深度,在振搗第一層砼時,以振搗器頭部不碰到基巖或老砼面,但相距不超過5cm為宜。振搗時間以砼不再顯著下沉、水分和氣泡不再逸出并開始泛漿為準。振搗器的插入間距控制在振搗器有效作用半徑 1.5倍以內(nèi)。振搗砼時嚴防漏振現(xiàn)象的發(fā)生,同時避免振搗過度,對下掖角處的澆筑模板外側(cè)設附著式振搗器,振搗操作嚴格遵循施工規(guī)范要求。
金堤河倒虹吸工程為新建穿渠構(gòu)筑物,要求混凝土采用抗硫酸鹽水泥拌制,以滿足構(gòu)筑物抗腐蝕的作用。抗硫酸鹽混凝土因內(nèi)摻石膏粉,混凝土拌制和澆筑成型過程中,因混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量氣泡無法排除,影響工程施工
質(zhì)量,致使工程施工嚴重受阻。為此,業(yè)主要求施工單位組織技術研究和攻關,現(xiàn)場經(jīng)過10余次配合比調(diào)整并模擬澆筑,但處理效果收效甚微。試驗過程中存在的問題及處理難度主要有以下幾個方面:
1.混凝土拌制后,砂漿粘度明顯大于普通混凝土,混凝土流動度和擴展度偏小,混凝土振搗難度加大,采取常規(guī)振搗方法達不到密實要求;加強振搗后,不僅達不到密實要求,而且還造成過振影響混凝土強度。
2.混凝土在振搗過程中,氣泡由混凝土內(nèi)部上升到混凝土表面后,因氣泡表面張力大,需人工輔助破裂,增加了施工難度和成本,且施工質(zhì)量不能得到保證。
3.混凝土拌制后極易產(chǎn)生“假凝”形象,拌制后靜置5~10min后,混凝土塌落度損失約6cm,嚴重影響泵送混凝土施工速度。
4.倒虹吸底板腋角部位澆筑混凝土時,因人工輔助引氣困難,經(jīng)數(shù)次工藝改進后,混凝土成型仍存在大量的氣泡和水泡,嚴重影響混凝土外觀質(zhì)量。
1.工藝方法選擇
抗硫酸鹽混凝土受水泥內(nèi)摻石膏的影響,混凝土拌制后塌落度損失過大,影響泵送混凝土施工進度,泵送過程中極易堵管,易形成倉面冷縫,造成質(zhì)量事故。為緩解混凝土拌制后塌落度損失的影響,在混凝土拌制時,調(diào)整投料順序和拌合時間。即先拌制成水泥漿或水泥砂漿(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,使混凝土中砂漿“假凝”的現(xiàn)象變成經(jīng)過膨化的“絮凝”現(xiàn)象,從而達到降低砂漿粘度的目的。
2.材料及配合比選擇
抗硫酸鹽混凝土拌制時,因水泥內(nèi)摻石膏粉的影響,水泥漿形成時石膏粉大量吸水膨化,因此,保證混凝土拌制時一定的水量成為關鍵,為此,提出了將原配合比中的聚羧酸減水劑調(diào)整為普通奈系高效減水劑的設想。金堤河倒虹吸工程砂石骨料為當?shù)厣a(chǎn),人工砂、混凝土中粗骨料石粉含量、含泥量波動幅度較大,且聚羧酸減水劑對其敏感度較強,因此調(diào)整配合比中減水劑成為配合比設計中的必然選擇。
3.模板材料選擇
混凝土的外觀質(zhì)量和模板材料有密不可分的關系,所以在這種多氣泡混凝土施工中如何選擇模板材料尤為關鍵,尤其是倒虹吸底板腋角部位?;炷镣杆0宀际且环N應用于建筑工程的新型建筑材料,模板布的結(jié)構(gòu)分為表層、中間層、黏附層,混凝土透水模板布的工作原理:澆注混凝土后,在混凝土內(nèi)部壓力、混凝土透水模板布的毛細作用及震搗棒等共同作用下,混凝土中的氣泡以及部分游離的水分由混凝土內(nèi)部向表面遷移,并可通過混凝土透水模板布中間層排出,它不僅能消除混凝土表面的氣泡、砂線、砂斑等混凝土質(zhì)量通病,從而使混凝土形成致密表面,提高混凝土表觀質(zhì)量;而且能進一步提高混凝土性能,改善混凝土耐久性(防止碳化、減少氯離子滲透),提高混凝土耐磨性、抗凍性、和表面抗拉強度。因此在本工程中采用了此種技術。
1.通過分析石膏粉水化后擴展度減小,聚羧酸減水劑在拌合物中受細骨料石粉含量及含泥量影響,拌合物拌制后快速塌損的反應機理,提出了調(diào)整抗硫酸鹽混凝土配比的設想和改變拌合料投料順序的試驗方案,并經(jīng)過現(xiàn)場工藝模擬試驗進行了驗證和論證。
2.傳統(tǒng)石膏粉類漿材采用植物油類和乳化劑進行消泡時,因混凝土中水泥的反應致使?jié){材粘度加大,造成混凝土振搗工作量加大,且不易振搗密實。通過對其提前膨化,使之達到“絮化”的目的,減小了該類材料固化成型因膨化反應產(chǎn)生的“假凝”影響,從而減小其固化成型過程中成模缺陷,為解決類似問題的施工,提供了可借鑒的經(jīng)驗。
3.通過調(diào)整抗硫酸鹽混凝土配合比和投料順序后,拌制的混凝土通過振搗,內(nèi)部氣泡能全部排出和破裂,改變了按原配比設計拌制混凝土時,其內(nèi)部大量如雞蛋大小的氣泡仍不能破裂的現(xiàn)象,減小了氣泡的表面張力,混凝土的性能得到了優(yōu)化,為類似工程施工提供了新的途徑。
4.混凝土透水模板布在本工程得到了很好的應用,并產(chǎn)生了以下效果:
(1)可以有效減少構(gòu)件表面混凝土的氣泡,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顆粒留在混凝土到頭面,導致數(shù)毫米深的混凝土表面水膠比顯著降低;
(3)使構(gòu)件表面形成一層富含水化硅酸鈣的致密硬化層。大大提高混凝土表面硬度,耐磨性、抗裂強度、搞凍性,使混凝土的滲透性、碳化深度和氯化物擴散系數(shù)也顯著降低;
(4)減少了混凝土內(nèi)部與外辦交換物質(zhì)的可能,從而提高了構(gòu)件的耐久性;
(5)混凝土透水模板布具有均勻分布的孔隙,水能通過滲透和毛細作用經(jīng)透水模板均勻排出,不形成聚集,這樣有效減少砂斑、砂線等混凝土表面缺陷的產(chǎn)生。
(6)混凝土透水模板布的保水作用,為混凝土養(yǎng)護提供了一個良好的條件,減少了細微裂縫的產(chǎn)生。
通過理論與工程實際應用,采用改變混凝土投料順序的辦法,以及在特殊部位利用模板布的工藝,能夠解決抗硫酸鹽混凝土產(chǎn)生氣泡影響工程質(zhì)量的問題,達到了混凝土內(nèi)實外光的效果,有效保證了項目的順利進行。
(作者單位:中國水利水電第十一工程局有限公司 )