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玛纳斯河水利工程冬季混凝土施工的防冻处理措施

时间:2015-02-12 16:09:15  能源世界

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1 概述

新疆玛纳斯河流域位于天山北麓准葛尔盆地南缘,南起依连哈比尔尕山北麓分水岭,北接古尔班通古特大沙漠,地处欧亚大陆腹地,东经85°01 ~86°32 ,北纬43°27 ~45°21 ,远离海洋,气候干燥,属于典型的大陆性气候,年平均气温多在6℃~7℃之间,冬季寒冷.平均气温在-20℃左右,极端最低气温可达一43℃。玛纳斯河是新疆北部地区最大的内陆河,全长约420km,多年平均径流量12.8亿立方米。

玛纳斯河渠首第一总分水闸(以下简称“分水闸”)坐落于玛纳斯河红山嘴渠首引水枢纽下游1.5km处。共设闸门6孔,设计总过水流量145m³/s,主要是向玛河下游石河子市和沙湾、玛纳斯县等城镇以及各农牧团场提供工业和农业灌溉用水分水任务。分水闸因分水任务繁重,全年过水期长,所以改建工程主要放在冬季进行,给工程施工带来很大困难。

2 混凝土受冻问题分析

2.1 温度对混凝土强度的影响

混凝土浇灌后,由于水泥的水化作用逐渐凝结并有较高的温度。而水泥水化作用的速度除与混凝土组合材料和配合比有关外.主要是随着环境温度的高低而变化。当温度升高时,水化作用加快,强度增长也快;当温度降低时,水化作用放慢,强度增长也慢;当温度降至0℃以下时,水泥水化作用基本停止,强度也不再上升,体积膨胀约9% ,同时产生大约25kN/m的冰胀应力。这个应力值一般大于混凝土浇筑后内部形成的初期强度值,致使混凝土受到程度不同的早期破坏而降低强度。

2.2 预防混凝土早期受冻的理论依据

在冬季混凝土施工中.水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键因素。相关资料表明。新浇灌的混凝土立刻冻结时,有80%以上的水变成冰,液相不足20% .水化反应极其微弱;当混凝土经过24h的标准养护后再冻结,只有60% 的水变成冰,即使温度降至-40℃以下,还有40% 的水未转变为固相,水化作用也能继续进行。

另外,受冻前混凝土养护期不同,其强度增长幅度也是不相同的,当混凝土在受冻前只有1h的养护期,强度损失会超过50%,在受冻前得到6h的养护期.强度损失不超过20% ,对于养护期较长的混凝土受冻后,后期强度基本不受影响。由此可见,混凝土在浇灌后要有一段养护期,对加速水化作用极为重要.只要混凝土在零上气温条件下养护一定时间。使混凝土有一定的水化时间,就不怕冻害的影响,因而应预防早期冻害。

3 混凝土施工防冻方法及处理措施

分水闸位于玛纳斯河出山口红山嘴段.环境气温比下游石河子市

低5℃左右。为了不影响分水闸的正常运行,改建工程只能选择在冬季停水期施工,施工现场环境气温在零下1O~20℃左右。为了保证工程的质量和工期,必须要在施工过程中采取行之有效的防冻措施。

3.1 选择适当的水泥品种

因分水闸施工现场环境温度低,浇好的混凝土温度下降很快,所以选用早强硅酸盐水泥,这种水泥水化热反应早,早期强度提高快,三天的强度大约等于普通硅酸盐水泥7天的强度,效果明显。

3.2 选择最佳混凝土配合比

为了加强水泥的水化热作用,选择降低水灰比,也就是减少游离水,增加水泥用量,从而增加水化热量,减短龄期,使强度增长更快。

3.3 外加剂的选择和使用

在混凝土中掺加防冻剂和早强剂,使混凝土能在负温下硬化.并能使混凝土在规定的时间内达到足够的早期强度。另外。增加含气量.混凝土中加人大约5%左右的含气量,可以截断渗水通道,使孔隙互相封闭形成连贯毛细孔.从而提高混凝土内密实性和耐久性。

外加剂的掺量经过试验确定,是水泥用量的5%左右,少掺无效。

多掺反而会影响混凝土强度。配制混凝土的水溶液的浓度.随混凝土的浇筑温度与养护温度而定,温度越低,需要的溶液浓度就越高。外加剂加热在稀释桶内进行,稀释外加剂的水最好使用热水,热水温度以不丧失外加剂的作用为限。

3.4 施工原材料的保温

分水闸施工现场天气寒冷,经常出现雨雪风天气,暴露在空气中的粗细骨料温度太低,不利于混凝土拌和物的水化热作用,因此采取以下措施对施工原材料进行保温:

(1)对砂石料进行保温储存;

(2)在料场搭设暖棚,避免砂石料暴露在外;

(3)天气特别寒冷时,在暖棚内对砂石料进行加热保温。

3.5 混凝土拌和物的加热

在拌和前对水、砂石骨料等混凝土原材料进行加热。混凝土在搅拌、运输和浇筑以后,还蓄有相当的热量,具有适当的温度,并在一定的养护条件下硬化,逐步增长到所要求的强度,能使混凝土不致受到冻害,效果明显。

(1)拌合水的加热

对混凝土拌合材料进行加热时优先选择加热水.水的加热温度一般不超过8O℃ ,加热的水不能与水泥直接接触,以免引起水泥的速凝与假凝。当将水加热到最高温度时还满足不了混凝土拌合温度的要求时,再考虑加热骨料。拌和时当热水超过60℃时,需要改变加料顺序,先将水和骨料拌和,再加水泥,以免假凝。

(2)拌合料的加热

拌和前对砂石骨料等拌和物进行加热,不仅有效的去除了骨料中夹杂的冰块雪团.还使骨料中因受冻而结成的料块松散.更利于骨料的拌合也提高了拌和物的质量。

水泥不允许以任何方式加热。

3.5 混凝土施工中的温控措施

(1)混凝土运输

分水闸地处公路旁边,施工现场场地开阔,交通便利,距离搅拌机大约0.2km 右右。实验表明,混凝土在此段运输过程中温度损失大约1℃左右。因此要求混凝土运输车辆运输速度要快,一次到位,尽量避免混凝土倒运.尽量减少混凝土在运输过程中的温度损失。

(2)混凝土的浇筑

分水闸改建工程的主体工程是闸墩的浇筑,属于大体积现浇工程。采取快铺料、快振捣、一次成型、及时覆盖的快速施工方法。混凝土人仓时尽量做到连续人仓,最好能一次入仓,快供料,缩短时间,有效的减少混凝土温度损失,避免表层受冻。

因施工现场昼夜温差大,施工时间尽量安排在白天进行。

(3)施工缝处理

混凝土施工缝缝面处理采取干法施工,一律采用人工手钎凿毛,用高压风枪吹干净,并及时覆盖稻草保温。

(4)混凝土的养护

混凝土浇筑后需要有一定的养护期以使其强度逐渐上升,而环境温度对混凝土的养护影响很大,在常温施工条件下用洒水养护即可,但在寒冷的冬季施工条件下很难达到这一点。结合分水闸施工现场环境和工程实际情况,采取浇筑后在混凝土表面覆盖一层草帘子以起到保温的作用,并洒水以保持表面湿润,效果明显。

4 结束语

玛纳斯河流域具有相对独特的气候和地质等特征,分水闸改建工程施工中采取的几种防冻处理措施,都有一定的环境局限性,其适用范围受一定的环境条件制约。因此要根据实际情况做具体分析,采取有效的施工防冻措施,才能保证冬季混凝土施工质量。

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