1 概述
新疆瑪納斯河流域位于天山北麓準(zhǔn)葛爾盆地南緣,南起依連哈比爾尕山北麓分水嶺,北接古爾班通古特大沙漠,地處歐亞大陸腹地,東經(jīng)85°01 ~86°32 ,北緯43°27 ~45°21 ,遠(yuǎn)離海洋,氣候干燥,屬于典型的大陸性氣候,年平均氣溫多在6℃~7℃之間,冬季寒冷.平均氣溫在-20℃左右,極端最低氣溫可達(dá)一43℃。瑪納斯河是新疆北部地區(qū)最大的內(nèi)陸河,全長約420km,多年平均徑流量12.8億立方米。
瑪納斯河渠首第一總分水閘(以下簡稱“分水閘”)坐落于瑪納斯河紅山嘴渠首引水樞紐下游1.5km處。共設(shè)閘門6孔,設(shè)計(jì)總過水流量145m³/s,主要是向瑪河下游石河子市和沙灣、瑪納斯縣等城鎮(zhèn)以及各農(nóng)牧團(tuán)場提供工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉用水分水任務(wù)。分水閘因分水任務(wù)繁重,全年過水期長,所以改建工程主要放在冬季進(jìn)行,給工程施工帶來很大困難。
2 混凝土受凍問題分析
2.1 溫度對混凝土強(qiáng)度的影響
混凝土澆灌后,由于水泥的水化作用逐漸凝結(jié)并有較高的溫度。而水泥水化作用的速度除與混凝土組合材料和配合比有關(guān)外.主要是隨著環(huán)境溫度的高低而變化。當(dāng)溫度升高時(shí),水化作用加快,強(qiáng)度增長也快;當(dāng)溫度降低時(shí),水化作用放慢,強(qiáng)度增長也慢;當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí),水泥水化作用基本停止,強(qiáng)度也不再上升,體積膨脹約9% ,同時(shí)產(chǎn)生大約25kN/m的冰脹應(yīng)力。這個應(yīng)力值一般大于混凝土澆筑后內(nèi)部形成的初期強(qiáng)度值,致使混凝土受到程度不同的早期破壞而降低強(qiáng)度。
2.2 預(yù)防混凝土早期受凍的理論依據(jù)
在冬季混凝土施工中.水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長的關(guān)鍵因素。相關(guān)資料表明。新澆灌的混凝土立刻凍結(jié)時(shí),有80%以上的水變成冰,液相不足20% .水化反應(yīng)極其微弱;當(dāng)混凝土經(jīng)過24h的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后再凍結(jié),只有60% 的水變成冰,即使溫度降至-40℃以下,還有40% 的水未轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔,水化作用也能繼續(xù)進(jìn)行。
另外,受凍前混凝土養(yǎng)護(hù)期不同,其強(qiáng)度增長幅度也是不相同的,當(dāng)混凝土在受凍前只有1h的養(yǎng)護(hù)期,強(qiáng)度損失會超過50%,在受凍前得到6h的養(yǎng)護(hù)期.強(qiáng)度損失不超過20% ,對于養(yǎng)護(hù)期較長的混凝土受凍后,后期強(qiáng)度基本不受影響。由此可見,混凝土在澆灌后要有一段養(yǎng)護(hù)期,對加速水化作用極為重要.只要混凝土在零上氣溫條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間。使混凝土有一定的水化時(shí)間,就不怕凍害的影響,因而應(yīng)預(yù)防早期凍害。
3 混凝土施工防凍方法及處理措施
分水閘位于瑪納斯河出山口紅山嘴段.環(huán)境氣溫比下游石河子市
低5℃左右。為了不影響分水閘的正常運(yùn)行,改建工程只能選擇在冬季停水期施工,施工現(xiàn)場環(huán)境氣溫在零下1O~20℃左右。為了保證工程的質(zhì)量和工期,必須要在施工過程中采取行之有效的防凍措施。
3.1 選擇適當(dāng)?shù)乃嗥贩N
因分水閘施工現(xiàn)場環(huán)境溫度低,澆好的混凝土溫度下降很快,所以選用早強(qiáng)硅酸鹽水泥,這種水泥水化熱反應(yīng)早,早期強(qiáng)度提高快,三天的強(qiáng)度大約等于普通硅酸鹽水泥7天的強(qiáng)度,效果明顯。
3.2 選擇最佳混凝土配合比
為了加強(qiáng)水泥的水化熱作用,選擇降低水灰比,也就是減少游離水,增加水泥用量,從而增加水化熱量,減短齡期,使強(qiáng)度增長更快。
3.3 外加劑的選擇和使用
在混凝土中摻加防凍劑和早強(qiáng)劑,使混凝土能在負(fù)溫下硬化.并能使混凝土在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠的早期強(qiáng)度。另外。增加含氣量.混凝土中加人大約5%左右的含氣量,可以截?cái)酀B水通道,使孔隙互相封閉形成連貫毛細(xì)孔.從而提高混凝土內(nèi)密實(shí)性和耐久性。
外加劑的摻量經(jīng)過試驗(yàn)確定,是水泥用量的5%左右,少摻無效。
多摻反而會影響混凝土強(qiáng)度。配制混凝土的水溶液的濃度.隨混凝土的澆筑溫度與養(yǎng)護(hù)溫度而定,溫度越低,需要的溶液濃度就越高。外加劑加熱在稀釋桶內(nèi)進(jìn)行,稀釋外加劑的水最好使用熱水,熱水溫度以不喪失外加劑的作用為限。
3.4 施工原材料的保溫
分水閘施工現(xiàn)場天氣寒冷,經(jīng)常出現(xiàn)雨雪風(fēng)天氣,暴露在空氣中的粗細(xì)骨料溫度太低,不利于混凝土拌和物的水化熱作用,因此采取以下措施對施工原材料進(jìn)行保溫:
(1)對砂石料進(jìn)行保溫儲存;
(2)在料場搭設(shè)暖棚,避免砂石料暴露在外;
(3)天氣特別寒冷時(shí),在暖棚內(nèi)對砂石料進(jìn)行加熱保溫。
3.5 混凝土拌和物的加熱
在拌和前對水、砂石骨料等混凝土原材料進(jìn)行加熱。混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆筑以后,還蓄有相當(dāng)?shù)臒崃,具有適當(dāng)?shù)臏囟龋⒃谝欢ǖ酿B(yǎng)護(hù)條件下硬化,逐步增長到所要求的強(qiáng)度,能使混凝土不致受到凍害,效果明顯。
(1)拌合水的加熱
對混凝土拌合材料進(jìn)行加熱時(shí)優(yōu)先選擇加熱水.水的加熱溫度一般不超過8O℃ ,加熱的水不能與水泥直接接觸,以免引起水泥的速凝與假凝。當(dāng)將水加熱到最高溫度時(shí)還滿足不了混凝土拌合溫度的要求時(shí),再考慮加熱骨料。拌和時(shí)當(dāng)熱水超過60℃時(shí),需要改變加料順序,先將水和骨料拌和,再加水泥,以免假凝。
(2)拌合料的加熱
拌和前對砂石骨料等拌和物進(jìn)行加熱,不僅有效的去除了骨料中夾雜的冰塊雪團(tuán).還使骨料中因受凍而結(jié)成的料塊松散.更利于骨料的拌合也提高了拌和物的質(zhì)量。
水泥不允許以任何方式加熱。
3.5 混凝土施工中的溫控措施
(1)混凝土運(yùn)輸
分水閘地處公路旁邊,施工現(xiàn)場場地開闊,交通便利,距離攪拌機(jī)大約0.2km 右右。實(shí)驗(yàn)表明,混凝土在此段運(yùn)輸過程中溫度損失大約1℃左右。因此要求混凝土運(yùn)輸車輛運(yùn)輸速度要快,一次到位,盡量避免混凝土倒運(yùn).盡量減少混凝土在運(yùn)輸過程中的溫度損失。
(2)混凝土的澆筑
分水閘改建工程的主體工程是閘墩的澆筑,屬于大體積現(xiàn)澆工程。采取快鋪料、快振搗、一次成型、及時(shí)覆蓋的快速施工方法。混凝土人倉時(shí)盡量做到連續(xù)人倉,最好能一次入倉,快供料,縮短時(shí)間,有效的減少混凝土溫度損失,避免表層受凍。
因施工現(xiàn)場晝夜溫差大,施工時(shí)間盡量安排在白天進(jìn)行。
(3)施工縫處理
混凝土施工縫縫面處理采取干法施工,一律采用人工手釬鑿毛,用高壓風(fēng)槍吹干凈,并及時(shí)覆蓋稻草保溫。
(4)混凝土的養(yǎng)護(hù)
混凝土澆筑后需要有一定的養(yǎng)護(hù)期以使其強(qiáng)度逐漸上升,而環(huán)境溫度對混凝土的養(yǎng)護(hù)影響很大,在常溫施工條件下用灑水養(yǎng)護(hù)即可,但在寒冷的冬季施工條件下很難達(dá)到這一點(diǎn)。結(jié)合分水閘施工現(xiàn)場環(huán)境和工程實(shí)際情況,采取澆筑后在混凝土表面覆蓋一層草簾子以起到保溫的作用,并灑水以保持表面濕潤,效果明顯。
4 結(jié)束語
瑪納斯河流域具有相對獨(dú)特的氣候和地質(zhì)等特征,分水閘改建工程施工中采取的幾種防凍處理措施,都有一定的環(huán)境局限性,其適用范圍受一定的環(huán)境條件制約。因此要根據(jù)實(shí)際情況做具體分析,采取有效的施工防凍措施,才能保證冬季混凝土施工質(zhì)量。