摘 要:闡述了發生堿- 骨料反應的機理和混凝土構件的損壞特點。結合工程實例,對如何抑制混凝土堿- 骨料反應、加固混凝土構件,提出了具體的施工方案。
關鍵詞:堿- 骨料反應;施工工藝;加固方案
中圖分類號: TU 746. 3 文獻標識碼: B
引言
當混凝土的骨料中含有活性SiO2 時,如果所用水泥中堿(Na2O和K2O)的含量較多,經過一定的時間,其水解后形成的NaOH和KOH將與骨料中的活性SiO2 發生化學反應,形成復雜的堿- 硅酸凝膠。堿- 硅酸凝膠在潮濕條件下吸水膨脹,體積可增大3倍,混凝土產生的內應力致使包圍骨料的水泥石脹裂。這種堿性氧化物與骨料中活性SiO2 之間的化學作用通常稱為堿- 骨料反應。
堿- 骨料反應有3種類型:第1種為堿硅酸反應,積累時間一般為10～20年,最快的也是在混凝土澆注5年后開始出現裂縫;第2種為硅碳酸鹽反應,多在混凝土施工2～3年后即出現膨脹裂縫,最快的可能在混凝土施工1年后出現裂縫;第3種為慢膨脹型堿硅酸反應,其反應的醞釀時間最長,一般為40～50年。混凝土發生堿- 骨料反應需具備3個必要條件:一是水泥中堿的含量較高;二是骨料中含有活性SiO2 ;三是混凝土中存有水分。
混凝土發生堿- 骨料反應損壞有兩個特點:一是發生膨脹損壞;二是反應需要積累時間。因此,由堿- 骨料反應造成的工程損壞,一般先從裂縫開始,隨著時間的延長,會造成工程整個脹長、中間上拱等損壞。堿- 骨料反應裂縫與干縮裂縫是有區別的,進行分辨時應注意以下幾點:
(1)反應時間不同。干縮裂縫多在混凝土澆注后一個月內形成,以后在干燥環境中有所發展;堿-骨料反應裂縫則有反應積累時間,出現裂縫的時間比較滯后。
(2)裂縫的形狀不同。干縮裂縫呈網狀分布,有約束時裂縫垂直于約束方向,而且裂縫兩側的混凝土是平的。堿- 骨料反應裂縫在無約束條件時呈網狀,但由于是膨脹裂縫,往往裂縫兩側的混凝土不平,由一側拱起;裂縫在有鋼筋約束時順鋼筋開裂。
某熱電廠冷卻塔運行7年后,人字柱角部主筋外側混凝土存在不同程度的裂縫及松脫現象,且主筋也存在不同程度的腐蝕。通過現場實地勘察發現,該冷卻塔的人字柱是在混凝土澆注8年后開始出現裂縫,裂縫順著主筋方向開裂且裂縫兩側混凝土不平,屬堿- 骨料反應現象。為保證該冷卻塔安全運行,須對人字柱進行加固和防護,以抑制混凝土堿- 骨料反應的進一步發展。本文就人字柱具體的加固方案作一介紹。
1 工程概況
該冷卻塔淋水面積2 000 m2 ,塔高60 m,人字柱斷面為350 mm ×350 mm, 共計72 根, 每根長5. 5 m。施工期間正值冬季,平均氣溫為- 5 ℃,受冷卻塔下面空氣對流的影響,人字柱處平均氣溫為- 7～ - 10 ℃。
2 加固設計方案
根據冷卻塔的設計圖紙、施工資料和相關數據以及混凝土堿- 骨料反應的形成原因,決定采用某建筑科學院提供的雙摻免振混凝土配合比和聚苯乙烯泡沫板保溫技術。設計依據為: CECS 25—90《混凝土結構加固技術規范》和GB 50010—2002《混凝土結構設計規范》。為了更好地抑制堿- 骨料反應, 在混凝土中摻加了粉煤灰和混凝土外加劑( PNC - Ⅲ和NC - Ⅲ) 。粉煤灰能與混凝土中游離的Ca (OH) 2及其他堿性物質發生反應,降低混凝土的堿度;混凝土外加劑( PNC - Ⅲ和NC - Ⅲ)是由無機材料與有機材料復合而成的多功能外加劑,其膨脹組分屬硫鋁酸鹽類,含有天然沸石粉和硅灰。通過離子交換和吸收作用,天然沸石粉中的Na+離子與K+離子進入沸石骨架孔道,可降低混凝土的總堿度,從而抑制堿- 骨料反應;硅灰具有極高的火山灰活性,可與混凝土中游離的Ca (OH) 2 及其他堿性物質發生反應,降低混凝土的總堿度,抑制堿- 骨料反應。另外, 混凝土中加入外加劑( PNC - Ⅲ和NC - Ⅲ) ,可以提高混凝土的抗凍性、抗滲性和抗炭化性,配出的混凝土為高流塑狀態,不用振搗即可達到設計要求的強度C 30、S 8、D 200。
3 加固施工工藝
3. 1 工藝流程
加固施工的工藝流程為:冷卻塔停止運行→清除貯水池內的積水和淤泥→搭設腳手架→清除人字柱裂縫處松脫的表層混凝土→人字柱表面混凝土鑿毛→裸露鋼筋除銹→綁扎加固鋼筋→支模并留設澆注口→澆注免振混凝土→拆模→涂刷防腐涂料。
3. 2 施工方案
(1)冷卻塔停止運行后,將貯水池內的水排出并清除淤泥。
(2)將裂縫處松脫的表層混凝土清除干凈,對完好的柱面進行人工鑿毛處理。
(3)在人字柱內側搭設兩處排架,每一處搭設4跨;將人字柱分兩處進行對稱相向修補。
(4)對裸露的鋼筋進行表面除銹。
(5)采用碗扣腳手架支撐模板,先支底模板和側模板,支頂面模板時應隔一塊支一塊。預留混凝土澆注入口,模板外面采用槽鋼柱箍加固。
(6)在加固的混凝土保護層內增加12Φ 12 mm鋼筋, 箍筋采用Φ 6 mm 鋼筋, 在距上、下兩端500 mm的范圍內,箍筋間距為100 mm; 在中間部分,箍筋間距為150 mm。
(7)由于人字柱為雙向傾斜,每邊的混凝土保護層僅有70 mm 左右,采用普通混凝土施工難度大,且無法用振搗棒振搗。根據該工程特點,澆注材料采用免振混凝土代替普通混凝土,骨料采用粒徑為5 ～10 mm 的細石, 混凝土強度為C 30、S 9、D 200,與原柱體材料的設計強度一致。
(8)由于是冬季施工,氣溫很低,受冷空氣對流影響,冷卻塔下面的溫度比大地的氣溫約低2 ～5 ℃,免振混凝土中需加NC - Ⅲ負溫防凍劑。當澆注混凝土時,采用聚苯乙烯泡沫板與鋼模共同支模方案,待混凝土有一定強度后拆掉模板,再在聚苯乙烯泡沫板外包裹塑料薄膜進行保溫(見圖1) 。
4 質量保證措施
(1)施工所用的鋼筋不得有銹蝕現象;砂石應進行試驗檢驗,砂石的含泥量應≯2 %。
(2)原有混凝土表面及原有銹蝕鋼筋的表面處理,是該加固方案中的一道重要工序,這道工序處理的好壞,直接影響到加固修補的效果。具體的處理方法為:一是將表面松動、有裂紋的混凝土清除干凈;二是將原人字柱中的銹蝕鋼筋徹底清除,將鋼筋表面的浮銹清除干凈;三是用清洗劑將混凝土表面及銹蝕鋼筋清洗干凈;四是用丙酮將混凝土擦拭干凈。
(3)加固用的主筋、箍筋嚴格按設計尺寸下料,其綁扎位置應正確,固定應牢靠,不得產生位移。
(4)模板的加固應牢靠, 槽鋼柱箍的間距應≯600 mm,模板表面應清理干凈,用膠水將模板與聚苯乙烯泡沫板粘結牢固,在泡沫板與混凝土接觸處涂刷脫模劑。
(5)嚴格按免振混凝土配合比進行計量。
(6)混凝土、鋼筋和模板工程驗收時,應嚴格執行GB 50204—92《混凝土結構工程施工及驗收規范》和DL /T 5210. 1—2005《電力建設施工質量驗收及評定規程》(第一部分土建工程)的規定。
5 安全保證措施
(1)嚴格貫徹“安全第一,預防為主”的方針,對所有的施工人員進行入場前安全教育。
(2)施工人員進入現場必須戴安全帽、穿防滑鞋;在高于2 m處施工應系掛安全帶,且系掛在牢固的地方;從事高空作業的人員應保證精力充沛,嚴禁酒后作業。
(3)施工時應經常檢查腳手架搭設是否牢固,發現問題應及時處理。
(4)施工期間,電工應經常檢查用電線路,以防止漏電。
(5)用鐵絲將施工操作架板綁扎牢固,防止出現探頭板。
(6)搭設一處進塔坡道,不得在無坡道處進出水塔。
(7)工程所用材料應傳遞使用,不得拋上拋下。
(8)不得擅自進入電廠的其他生產區域。
(9)設專職安全員1 名,隨時檢查各專業點的安全情況。
(10)施工用的編織袋、聚苯乙烯泡沫板等材料應集中妥善管理,防止被風吹入其他運行的水塔。
6 結語
筆者認為,該工程采取的加固方案施工工藝合理,措施得當,可廣泛應用于冷卻塔人字柱、淋水構件、薄壁型構件及有抗凍、抗滲等要求的混凝土構件的加固。
參考文獻:
[ 1 ] GB 50204—2002,混凝土結構工程施工質量驗收規范[ S].
[ 2 ] DL /T 5210. 1—2005,電力建設施工質量驗收及評定規程(第一部分土建工程) [ S].
[ 3 ] GB 50010—2002,混凝土結構設計規范[ S].
[ 4 ] CECS 25—90,混凝土結構加固技術規范[ S].
[ 5 ] 王鐵成. 混凝土結構基本構件設計原理[M ]. 北京:中國建材工業出版社, 2002.
