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發(fā)生堿- 骨料反應(yīng)的混凝土構(gòu)件加固方案

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-07-20  來源:《施工技術(shù)》  作者:馮 磊 樊 鎮(zhèn) 李曉軍
核心提示:發(fā)生堿- 骨料反應(yīng)的混凝土構(gòu)件加固方案

摘 要:闡述了發(fā)生堿- 骨料反應(yīng)的機(jī)理和混凝土構(gòu)件的損壞特點(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)如何抑制混凝土堿- 骨料反應(yīng)、加固混凝土構(gòu)件,提出了具體的施工方案。

關(guān)鍵詞:堿- 骨料反應(yīng);施工工藝;加固方案

中圖分類號(hào): TU 746. 3   文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

引言

  當(dāng)混凝土的骨料中含有活性SiO2 時(shí),如果所用水泥中堿(Na2O和K2O)的含量較多,經(jīng)過一定的時(shí)間,其水解后形成的NaOH和KOH將與骨料中的活性SiO2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成復(fù)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(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)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(xué)作用通常稱為堿- 骨料反應(yīng)。

  堿- 骨料反應(yīng)有3種類型:第1種為堿硅酸反應(yīng),積累時(shí)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(xiàn)裂縫;第2種為硅碳酸鹽反應(yīng),多在混凝土施工2~3年后即出現(xiàn)膨脹裂縫,最快的可能在混凝土施工1年后出現(xiàn)裂縫;第3種為慢膨脹型堿硅酸反應(yīng),其反應(yīng)的醞釀時(shí)間最長(zhǎng),一般為40~50年?;炷涟l(fā)生堿- 骨料反應(yīng)需具備3個(gè)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(fā)生堿- 骨料反應(yīng)損壞有兩個(gè)特點(diǎn):一是發(fā)生膨脹損壞;二是反應(yīng)需要積累時(shí)間。因此,由堿- 骨料反應(yīng)造成的工程損壞,一般先從裂縫開始,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),會(huì)造成工程整個(gè)脹長(zhǎng)、中間上拱等損壞。堿- 骨料反應(yīng)裂縫與干縮裂縫是有區(qū)別的,進(jìn)行分辨時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

  (1)反應(yīng)時(shí)間不同。干縮裂縫多在混凝土澆注后一個(gè)月內(nèi)形成,以后在干燥環(huán)境中有所發(fā)展;堿-骨料反應(yīng)裂縫則有反應(yīng)積累時(shí)間,出現(xiàn)裂縫的時(shí)間比較滯后。

  (2)裂縫的形狀不同。干縮裂縫呈網(wǎng)狀分布,有約束時(shí)裂縫垂直于約束方向,而且裂縫兩側(cè)的混凝土是平的。堿- 骨料反應(yīng)裂縫在無約束條件時(shí)呈網(wǎng)狀,但由于是膨脹裂縫,往往裂縫兩側(cè)的混凝土不平,由一側(cè)拱起;裂縫在有鋼筋約束時(shí)順鋼筋開裂。

  某熱電廠冷卻塔運(yùn)行7年后,人字柱角部主筋外側(cè)混凝土存在不同程度的裂縫及松脫現(xiàn)象,且主筋也存在不同程度的腐蝕。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn),該冷卻塔的人字柱是在混凝土澆注8年后開始出現(xiàn)裂縫,裂縫順著主筋方向開裂且裂縫兩側(cè)混凝土不平,屬堿- 骨料反應(yīng)現(xiàn)象。為保證該冷卻塔安全運(yùn)行,須對(duì)人字柱進(jìn)行加固和防護(hù),以抑制混凝土堿- 骨料反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)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(jì)72 根, 每根長(zhǎng)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(duì)流的影響,人字柱處平均氣溫為- 7~ - 10 ℃。

2 加固設(shè)計(jì)方案

  根據(jù)冷卻塔的設(shè)計(jì)圖紙、施工資料和相關(guān)數(shù)據(jù)以及混凝土堿- 骨料反應(yīng)的形成原因,決定采用某建筑科學(xué)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(shù)。設(shè)計(jì)依據(jù)為: CECS 25—90《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》和GB 50010—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。為了更好地抑制堿- 骨料反應(yīng), 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(zhì)發(fā)生反應(yīng),降低混凝土的堿度;混凝土外加劑( PNC - Ⅲ和NC - Ⅲ)是由無機(jī)材料與有機(jī)材料復(fù)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(jìn)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(yīng);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(zhì)發(fā)生反應(yīng),降低混凝土的總堿度,抑制堿- 骨料反應(yīng)。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?jié)B性和抗炭化性,配出的混凝土為高流塑狀態(tài),不用振搗即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)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(yùn)行→清除貯水池內(nèi)的積水和淤泥→搭設(shè)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(shè)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(yùn)行后,將貯水池內(nèi)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(duì)完好的柱面進(jìn)行人工鑿毛處理。

  (3)在人字柱內(nèi)側(cè)搭設(shè)兩處排架,每一處搭設(shè)4跨;將人字柱分兩處進(jìn)行對(duì)稱相向修補(bǔ)。

  (4)對(duì)裸露的鋼筋進(jìn)行表面除銹。

  (5)采用碗扣腳手架支撐模板,先支底模板和側(cè)模板,支頂面模板時(shí)應(yīng)隔一塊支一塊。預(yù)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(hù)層內(nèi)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(nèi),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(hù)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(jù)該工程特點(diǎn),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(xì)石, 混凝土強(qiáng)度為C 30、S 9、D 200,與原柱體材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度一致。

  (8)由于是冬季施工,氣溫很低,受冷空氣對(duì)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(fù)溫防凍劑。當(dāng)澆注混凝土?xí)r,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(qiáng)度后拆掉模板,再在聚苯乙烯泡沫板外包裹塑料薄膜進(jìn)行保溫(見圖1) 。

4 質(zhì)量保證措施

  (1)施工所用的鋼筋不得有銹蝕現(xiàn)象;砂石應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn),砂石的含泥量應(yīng)≯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(bǔ)的效果。具體的處理方法為:一是將表面松動(dòng)、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(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料,其綁扎位置應(yīng)正確,固定應(yīng)牢靠,不得產(chǎn)生位移。

  (4)模板的加固應(yīng)牢靠, 槽鋼柱箍的間距應(yīng)≯600 mm,模板表面應(yīng)清理干凈,用膠水將模板與聚苯乙烯泡沫板粘結(jié)牢固,在泡沫板與混凝土接觸處涂刷脫模劑。

  (5)嚴(yán)格按免振混凝土配合比進(jìn)行計(jì)量。

  (6)混凝土、鋼筋和模板工程驗(yàn)收時(shí),應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行GB 50204—92《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和DL /T 5210. 1—2005《電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)定規(guī)程》(第一部分土建工程)的規(guī)定。

5 安全保證措施

  (1)嚴(yán)格貫徹“安全第一,預(yù)防為主”的方針,對(duì)所有的施工人員進(jìn)行入場(chǎng)前安全教育。

  (2)施工人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)必須戴安全帽、穿防滑鞋;在高于2 m處施工應(yīng)系掛安全帶,且系掛在牢固的地方;從事高空作業(yè)的人員應(yīng)保證精力充沛,嚴(yán)禁酒后作業(yè)。

  (3)施工時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查腳手架搭設(shè)是否牢固,發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理。

  (4)施工期間,電工應(yīng)經(jīng)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(xiàn)探頭板。

  (6)搭設(shè)一處進(jìn)塔坡道,不得在無坡道處進(jìn)出水塔。

  (7)工程所用材料應(yīng)傳遞使用,不得拋上拋下。

  (8)不得擅自進(jìn)入電廠的其他生產(chǎn)區(qū)域。

  (9)設(shè)專職安全員1 名,隨時(shí)檢查各專業(yè)點(diǎn)的安全情況。

  (10)施工用的編織袋、聚苯乙烯泡沫板等材料應(yīng)集中妥善管理,防止被風(fēng)吹入其他運(yùn)行的水塔。

6 結(jié)語

  筆者認(rèn)為,該工程采取的加固方案施工工藝合理,措施得當(dāng),可廣泛應(yīng)用于冷卻塔人字柱、淋水構(gòu)件、薄壁型構(gòu)件及有抗凍、抗?jié)B等要求的混凝土構(gòu)件的加固。

參考文獻(xiàn):

  [ 1 ] GB 50204—2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[ S].

  [ 2 ] DL /T 5210. 1—2005,電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)定規(guī)程(第一部分土建工程) [ S].

  [ 3 ] GB 50010—2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[ S].

  [ 4 ] CECS 25—90,混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[ S].

  [ 5 ] 王鐵成. 混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件設(shè)計(jì)原理[M ]. 北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社, 2002.

 
 
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