新沂市城市防洪應(yīng)急泵站混凝土冷縫成因分析及處理措施

劉 偉

一、工程概況

2017年度新沂市防洪應(yīng)急提升工程Ⅱ標(biāo)段位于江蘇省新沂市主城區(qū)，項(xiàng)目通過對城區(qū)排澇站進(jìn)行增容改造，改善城區(qū)排澇條件。建設(shè)內(nèi)容包括新建入沭站、改建城中排澇一站和排澇二站，均采用堤后式布置。總裝機(jī)9臺套，設(shè)計(jì)流量30m3/s，裝機(jī)功率1840kW。

出現(xiàn)混凝土冷縫的為城中排澇二站，該站位于新沂市區(qū)城中引河入臧圩河口處，東西向布置站身，站址鄰近新沂市化肥廠，安裝兩臺900ZLB-125立式軸流泵，單機(jī)配套電機(jī)130kW，單機(jī)流量2m3/s，建設(shè)總流量4m3/s。

二、冷縫概述

冷縫是在混凝土入倉澆筑施工中，因意外因素而引起混凝土澆筑停頓，且時(shí)長超出混凝土的初凝時(shí)間，但早于混凝土的終凝時(shí)間，從而在混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體中形成的概念縫，它是混凝土中真實(shí)存在的一種相對薄弱面，屬于混凝土工程施工中常見的病害或通病之一。

水工混凝土建筑工程質(zhì)量受多種因素的影響，除工程設(shè)計(jì)、材料選用、施工方案外，施工控制程序也是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。混凝土澆筑方案必須嚴(yán)格把關(guān)，科學(xué)合理，以避免冷縫的形成。此外，還應(yīng)做好模板成型、基面清理、鋼筋綁扎等工序的質(zhì)量控制，確保施工質(zhì)量。

三、排澇二站冷縫原狀描述

排澇二站冷縫主要位于主站身墩墻部位，主站身共四道墩墻，冷縫主要出現(xiàn)在墻高的約2/3處，且表面基本平整，局部存在細(xì)微蜂窩或麻面等其他混凝土缺陷，經(jīng)回彈檢測和試塊試壓檢測，該部位的混凝土強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求，經(jīng)對冷縫原位進(jìn)行隨機(jī)3處10cm深鑿探，檢查該冷縫處，混凝土基面密實(shí)，未發(fā)現(xiàn)明顯縫位，無異常情況。

綜合分析各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)參建各方協(xié)商研討，該泵站混凝土冷縫的描述結(jié)論為：該站身墩墻冷縫僅對外觀質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，未觸及站身受力結(jié)構(gòu)，不影響主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

四、形成原因分析

通過查閱施工資料、施工日志，綜合澆筑當(dāng)天影響因素，分析冷縫形成原因主要有如下三個(gè)方面：

其一，泵站站身墩墻當(dāng)日混凝土澆筑方量較大，由于預(yù)拌商品混凝土供應(yīng)不及時(shí)，并存在交通堵塞等疊加困難，導(dǎo)致混凝土施工作業(yè)面間歇時(shí)間較長，且間隔時(shí)間超過混凝土的初凝時(shí)間，此為形成該冷縫的主要原因。

其二，當(dāng)次混凝土澆筑起始于下午2點(diǎn)，整個(gè)入倉過程延至次日凌晨3點(diǎn)左右結(jié)束，澆筑時(shí)間長達(dá)11個(gè)小時(shí)，且起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別為氣溫最高的午后和氣溫最低的凌晨，晝夜溫差大，水泥在水化過程中釋放大量熱能，使混凝土內(nèi)部溫度升高，混凝土彈性模量急劇變化，由于混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，造成溫度梯級，因而混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，加劇了冷縫的形成，此為形成該冷縫的早期原因。

其三，混凝土澆筑成型后，由于內(nèi)部自由態(tài)水分蒸發(fā)而引起干縮變形，混凝土變形受到鋼筋等內(nèi)部約束，會在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，冷縫便在原基礎(chǔ)上有所發(fā)展，此為形成該冷縫的后期原因。

綜上所述，該冷縫系多方面因素共同作用下形成的，縫內(nèi)無間隙且表面測量不到縫寬，但應(yīng)給予泵站墩墻穩(wěn)妥和恰當(dāng)?shù)奶幚恚『蠓娇赏度胧褂谩?/p>

五、處理方案

1.背水側(cè)

背水側(cè)表面不外露，處理目標(biāo)以消除冷縫處的輕微錯(cuò)臺和防水補(bǔ)強(qiáng)為主要任務(wù)，程序如下。

（1）先使用鋼鑿敲除冷縫鄰近混凝土面上的浮漿，然后用砂輪打磨機(jī)將上下各約60cm范圍內(nèi)打磨成毛面，并用清水沖刷干凈，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漿，待水泥稍干后，在表面抹20mm厚1∶2水泥砂漿，砂漿中摻入防水粉，摻入量為水泥用量的5%，表面亞光，邊緣與混凝土墻漸薄并順接。

（3）待基層完全干燥后，除盡基面上所有的油污雜物，加涂環(huán)氧厚漿漆一層，采用無氣噴涂施工，可達(dá)到一道涂層的最高膜厚，保證冷縫處理達(dá)到最佳效果。

環(huán)氧厚漿混合比：雙組份涂料，重量比甲組份∶乙組份=7∶1，包裝規(guī)格甲組份21kg罐裝、乙組份3kg罐裝，甲組份開啟包裝后，充分?jǐn)嚢杈鶆颍粗亓勘燃尤胍医M份后，再次充分?jǐn)噭颍ㄟ^熟化后使用。

涂裝方式采用無氣噴涂，噴嘴口徑0.4～0.5mm，噴出壓力為 20～30MPa，稀釋劑為XC106，稀釋量以涂料重量計(jì)取0～5%。

2.迎水側(cè)

迎水面冷縫處理主要側(cè)重于消除色差和平整度處理、防水補(bǔ)強(qiáng)等，計(jì)劃使用環(huán)氧砂漿予以處理。

環(huán)氧砂漿是環(huán)氧樹脂涂料添加精細(xì)石英沙經(jīng)過人工調(diào)配而成，是以環(huán)氧樹脂為主劑，配以促進(jìn)劑等一系列助劑，經(jīng)混合固化后形成的一種高強(qiáng)度、高粘結(jié)力的固結(jié)體，具有優(yōu)異的抗?jié)B、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸防腐蝕性能及修補(bǔ)加固性能。

（1）環(huán)氧砂漿材料使用優(yōu)缺點(diǎn)

①化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐耐候性好。

②固結(jié)體具有高粘結(jié)力，高抗壓強(qiáng)度且不受結(jié)構(gòu)形狀限制。

③具有補(bǔ)強(qiáng)、加固的作用。

④具有抗?jié)B、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸腐蝕的性能，并與多種材料的粘結(jié)力很強(qiáng)。

⑤線性熱膨脹系數(shù)（9.2×10-6/℃）與混凝土（一般為 [8～11]×10-6/℃）接近，故不易從這些被粘結(jié)的基材上脫開，耐久性好，涂層能與混凝土在不同溫度條件下實(shí)現(xiàn)同步變形，避免了因兩種材料的脹縮性能差異太大而使界面應(yīng)力過大，造成涂層脫空、開裂。

⑥常溫施工。常溫條件下各組分材料、施工器具及混凝土基面均不需要加熱，易于施工操作。

⑦不粘器具、施工方便快捷。外觀顏色與混凝土基本一致，施工時(shí)類似于水泥砂漿，不粘工器具，成品包裝，使用操作簡單，施工方便快捷，施工面平整、光潔，易于保證施工質(zhì)量。

⑧無毒、無污染。國家建筑材料測試中心的毒性試驗(yàn)檢測結(jié)果表明，環(huán)氧砂漿的各項(xiàng)主要毒性成份的含量均遠(yuǎn)低于國家室內(nèi)裝修材料標(biāo)準(zhǔn)。

⑨主要力學(xué)性能優(yōu)良。主要力學(xué)性能優(yōu)良，抗沖磨強(qiáng)度是C50硅粉混凝土的3～5倍，與混凝土粘結(jié)牢固。

⑩缺點(diǎn)為使用成本和價(jià)格較高，約 6000 元 /t。

（2）施工工藝和程序

①基面處理：對混凝土基礎(chǔ)表面進(jìn)行處理，清除基面上的乳皮、水泥凈漿表層或松動顆粒等，使表面外露新鮮骨料。先使用鋼鑿敲除冷縫鄰近混凝土面上的浮漿，然后用砂輪打磨機(jī)將上下各約100cm（利于消除色差）范圍內(nèi)打磨成毛面，再用粗、細(xì)砂紙將所處理范圍內(nèi)人工反復(fù)搓打3遍。

②表面清理：用高壓水或高壓風(fēng)清除表面沙粒、粉塵，徹底沖洗，去除浮灰，并使用鼓風(fēng)機(jī)或自然風(fēng)干至干燥狀態(tài)，不允許有水分殘留。

③涂刷基液：在處理好的混凝土基面上用毛刷均勻地涂刷一薄層底層基液，盡可能做到薄而均勻、不流淌、不漏刷。

④涂抹環(huán)氧砂漿：待基液初凝（表面不流動，指觸拉絲）時(shí)，用抹刀涂抹環(huán)氧砂漿，涂抹時(shí)要邊壓實(shí)邊抹光，抹灰厚度可控制在1～2cm為宜，以便于找平、銜接為標(biāo)準(zhǔn)。

⑤養(yǎng)護(hù)：待環(huán)氧砂漿抹面施工完成后，經(jīng)過3～14d養(yǎng)護(hù)期后即可成型。

⑥材料用量：環(huán)氧砂漿為2300kg/m3，底層基液為 0.5kg/m2。

3.注意事項(xiàng)

（1）配制好的環(huán)氧砂漿應(yīng)在產(chǎn)品規(guī)定的時(shí)限內(nèi)使用完畢，嚴(yán)禁使用未拌合均勻或已處于初凝狀態(tài)的材料。

（2）嚴(yán)禁在潮濕基層使用環(huán)氧砂漿，如基層潮濕需先做干燥處理，以免影響與基層的粘結(jié)力。

（3）使用時(shí)注意佩帶必要防護(hù)用品并保持環(huán)境通風(fēng)，接觸皮膚后應(yīng)及時(shí)清洗干凈。

（4）如預(yù)計(jì)施工現(xiàn)場會下雨，不要進(jìn)行相關(guān)操作。

（5）基底必須為表面外露的堅(jiān)實(shí)混凝土，其表面不允許存在薄弱水泥漿層、污垢附著物、砂粒和粉塵等妨礙粘接的雜物。

六、施工控制要點(diǎn)

1.配合比及原材料

混凝土冷縫控制是一個(gè)綜合性和系統(tǒng)性問題，首先應(yīng)選擇合適的混凝土配合比及坍落度，保證足夠的流動性和和易性，避免使用早強(qiáng)水泥，砂、石骨料的級配應(yīng)良好，含泥量應(yīng)滿足規(guī)范要求。

2.摻和料及外加劑

選擇適用的摻和料和外加劑可以明顯降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能。

3.溫度控制及養(yǎng)護(hù)

施工時(shí)充分考慮水泥水化熱問題，防止由于混凝土內(nèi)外溫差過大而引起冷縫擴(kuò)大和發(fā)展，避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)，降低峰值。高溫季節(jié)應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)可采用冰塊降低混凝土原材料溫度。冬季養(yǎng)護(hù)應(yīng)采取保溫措施，夏季養(yǎng)護(hù)應(yīng)注意勤灑水，保持濕潤。

4.施工組織及過程控制

避免在雨天或大風(fēng)天氣澆筑混凝土，大體積混凝土澆筑前應(yīng)提前和商品混凝土供應(yīng)商通報(bào)信息，保證混凝土運(yùn)輸車、泵車等設(shè)備的數(shù)量和性能滿足使用要求。對車輛行走路線進(jìn)行規(guī)劃，另選擇兩條備用路線，以應(yīng)對不測情況。安排充足的施工人員，振搗要快插慢拔，避免過振和漏振，提倡和推廣二次振搗，以排除泌水和混凝土內(nèi)部的氣泡，保證混凝土實(shí)體密實(shí)。

七、結(jié)語

混凝土冷縫在水利工程基本建設(shè)中是較容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題之一，冷縫的產(chǎn)生會對建筑物的耐久性不利，因此要重視對冷縫的事后處理，制定防范對策，通過一系列工藝措施，消除其對建筑物結(jié)構(gòu)的不利影響。

對混凝土冷縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對待、細(xì)致處理，采用符合規(guī)范要求、切合實(shí)際的工藝方法進(jìn)行修補(bǔ)。本文結(jié)合2017年度新沂市防洪應(yīng)急提升泵站混凝土墩墻冷縫處理實(shí)例，系統(tǒng)、全面地分析了冷縫的成因，有針對性地采取了處理和修補(bǔ)措施，達(dá)到了預(yù)期的處理效果，從中找到了規(guī)避此種混凝土病害的辦法和需要注意的事項(xiàng)，對今后的水利工程施工建設(shè)起到警示和借鑒作用■