瑪納斯河水利工程冬季混凝土施工的防凍處理措施

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(chǎng)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(duì)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(gè)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)楣滔啵饔靡材芾^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(huì)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(huì)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(chǎng)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(duì)施工原材料進(jìn)行保溫：
    (1)對(duì)砂石料進(jìn)行保溫儲(chǔ)存；
    (2)在料場(chǎng)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(duì)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(duì)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)臒崃浚哂羞m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(duì)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(duì)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(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(duì)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。