新沂市城市防洪應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年度新沂市防洪應急提升工程Ⅱ標段位于江蘇省新沂市主城區，項目通過對城區排澇站進行增容改造，改善城區排澇條件。建設內容包括新建入沭站、改建城中排澇一站和排澇二站，均采用堤后式布置。總裝機9臺套，設計流量30m3/s，裝機功率1840kW。

出現混凝土冷縫的為城中排澇二站，該站位于新沂市區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，單機配套電機130kW，單機流量2m3/s，建設總流量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，且時長超出混凝土的初凝時間，但早于混凝土的終凝時間，從而在混凝土的結構實體中形成的概念縫，它是混凝土中真實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量受多種因素的影響，除工程設計、材料選用、施工方案外，施工控制程序也是質量控制的重要環節。混凝土澆筑方案必須嚴格把關，科學合理，以避免冷縫的形成。此外，還應做好模板成型、基面清理、鋼筋綁扎等工序的質量控制，確保施工質量。

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，冷縫主要出現在墻高的約2/3處，且表面基本平整，局部存在細微蜂窩或麻面等其他混凝土缺陷，經回彈檢測和試塊試壓檢測，該部位的混凝土強度均能滿足設計的強度要求，經對冷縫原位進行隨機3處10cm深鑿探，檢查該冷縫處，混凝土基面密實，未發現明顯縫位，無異常情況。

綜合分析各項檢測數據，經參建各方協商研討，該泵站混凝土冷縫的描述結論為：該站身墩墻冷縫僅對外觀質量產生不良影響，未觸及站身受力結構，不影響主體結構強度。

四、形成原因分析

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

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

其二，當次混凝土澆筑起始于下午2點，整個入倉過程延至次日凌晨3點左右結束，澆筑時間長達11個小時，且起始時間和結束時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，使混凝土內部溫度升高，混凝土彈性模量急劇變化，由于混凝土內部和表面的散熱條件不同，造成溫度梯級，因而混凝土表面產生拉應力，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，由于內部自由態水分蒸發而引起干縮變形，混凝土變形受到鋼筋等內部約束，會在混凝土中產生拉應力，當變形產生的拉應力超過混凝土抗拉強度時，冷縫便在原基礎上有所發展，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，縫內無間隙且表面測量不到縫寬，但應給予泵站墩墻穩妥和恰當的處理，消除病害后方可投入使用。

五、處理方案

1.背水側

背水側表面不外露，處理目標以消除冷縫處的輕微錯臺和防水補強為主要任務，程序如下。

（1）先使用鋼鑿敲除冷縫鄰近混凝土面上的浮漿，然后用砂輪打磨機將上下各約60cm范圍內打磨成毛面，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，加涂環氧厚漿漆一層，采用無氣噴涂施工，可達到一道涂層的最高膜厚，保證冷縫處理達到最佳效果。

環氧厚漿混合比：雙組份涂料，重量比甲組份∶乙組份=7∶1，包裝規格甲組份21kg罐裝、乙組份3kg罐裝，甲組份開啟包裝后，充分攪拌均勻，按重量比加入乙組份后，再次充分攪勻，通過熟化后使用。

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取0～5%。

2.迎水側

迎水面冷縫處理主要側重于消除色差和平整度處理、防水補強等，計劃使用環氧砂漿予以處理。

環氧砂漿是環氧樹脂涂料添加精細石英沙經過人工調配而成，是以環氧樹脂為主劑，配以促進劑等一系列助劑，經混合固化后形成的一種高強度、高粘結力的固結體，具有優異的抗滲、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸防腐蝕性能及修補加固性能。

（1）環氧砂漿材料使用優缺點

①化學性能穩定，耐腐耐候性好。

②固結體具有高粘結力，高抗壓強度且不受結構形狀限制。

③具有補強、加固的作用。

④具有抗滲、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸腐蝕的性能，并與多種材料的粘結力很強。

⑤線性熱膨脹系數（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現同步變形，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，易于保證施工質量。

⑧無毒、無污染。國家建筑材料測試中心的毒性試驗檢測結果表明，環氧砂漿的各項主要毒性成份的含量均遠低于國家室內裝修材料標準。

⑨主要力學性能優良。主要力學性能優良，抗沖磨強度是C50硅粉混凝土的3～5倍，與混凝土粘結牢固。

⑩缺點為使用成本和價格較高，約 6000 元 /t。

（2）施工工藝和程序

①基面處理：對混凝土基礎表面進行處理，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，然后用砂輪打磨機將上下各約100cm（利于消除色差）范圍內打磨成毛面，再用粗、細砂紙將所處理范圍內人工反復搓打3遍。

②表面清理：用高壓水或高壓風清除表面沙粒、粉塵，徹底沖洗，去除浮灰，并使用鼓風機或自然風干至干燥狀態，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涂抹環氧砂漿：待基液初凝（表面不流動，指觸拉絲）時，用抹刀涂抹環氧砂漿，涂抹時要邊壓實邊抹光，抹灰厚度可控制在1～2cm為宜，以便于找平、銜接為標準。

⑤養護：待環氧砂漿抹面施工完成后，經過3～14d養護期后即可成型。

⑥材料用量：環氧砂漿為2300kg/m3，底層基液為 0.5kg/m2。

3.注意事項

（1）配制好的環氧砂漿應在產品規定的時限內使用完畢，嚴禁使用未拌合均勻或已處于初凝狀態的材料。

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

（3）使用時注意佩帶必要防護用品并保持環境通風，接觸皮膚后應及時清洗干凈。

（4）如預計施工現場會下雨，不要進行相關操作。

（5）基底必須為表面外露的堅實混凝土，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

1.配合比及原材料

混凝土冷縫控制是一個綜合性和系統性問題，首先應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，避免使用早強水泥，砂、石骨料的級配應良好，含泥量應滿足規范要求。

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.溫度控制及養護

施工時充分考慮水泥水化熱問題，防止由于混凝土內外溫差過大而引起冷縫擴大和發展，避免水化熱高峰的集中出現，降低峰值。高溫季節應注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養護，必要時可采用冰塊降低混凝土原材料溫度。冬季養護應采取保溫措施，夏季養護應注意勤灑水，保持濕潤。

4.施工組織及過程控制

避免在雨天或大風天氣澆筑混凝土，大體積混凝土澆筑前應提前和商品混凝土供應商通報信息，保證混凝土運輸車、泵車等設備的數量和性能滿足使用要求。對車輛行走路線進行規劃，另選擇兩條備用路線，以應對不測情況。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部的氣泡，保證混凝土實體密實。

七、結語

混凝土冷縫在水利工程基本建設中是較容易出現的質量問題之一，冷縫的產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，消除其對建筑物結構的不利影響。

對混凝土冷縫進行認真研究、區別對待、細致處理，采用符合規范要求、切合實際的工藝方法進行修補。本文結合2017年度新沂市防洪應急提升泵站混凝土墩墻冷縫處理實例，系統、全面地分析了冷縫的成因，有針對性地采取了處理和修補措施，達到了預期的處理效果，從中找到了規避此種混凝土病害的辦法和需要注意的事項，對今后的水利工程施工建設起到警示和借鑒作用■