全圓針梁鋼模臺(tái)車襯砌底部氣泡成因分析及改進(jìn)措施

陳張華, 孟潤(rùn)花

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066)

1 工程概況

馬鹿塘水電站二期工程位于云南省文山州麻栗坡縣境內(nèi)最大的河流盤(pán)龍河上,距麻栗坡縣城公路里程 36 km,距文山縣城 116 km,距昆明 439 km。電站引水隧洞布置于右岸山體內(nèi),隧洞前段全長(zhǎng) 2 400 m。對(duì)隧洞內(nèi)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖地段采用鋼筋混凝土襯砌,采用圓形過(guò)水?dāng)嗝?洞徑 7 m?；炷烈r砌臺(tái)車模長(zhǎng) 9.1 m。考慮到混凝土對(duì)模板的壓縮作用,模板半徑較理論半徑大 10 mm,為 3.51 m。針梁臺(tái)車襯砌隧洞全圓斷面底、邊、頂一次性成型,立模、拆模由液壓油缸執(zhí)行,定位找正由底座豎向油缸和調(diào)平油缸執(zhí)行。臺(tái)車為自行式,安裝在臺(tái)車上的卷?yè)P(yáng)機(jī)使鋼模和針梁相對(duì)運(yùn)動(dòng),臺(tái)車便可向前移動(dòng),主要由模板總成、針梁總成、梁框總成、水平和垂直對(duì)中調(diào)整機(jī)構(gòu)、卷?yè)P(yáng)牽引機(jī)構(gòu)、抗浮裝置、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等組成。在引水隧洞針梁鋼模臺(tái)車襯砌過(guò)程中,底部60°范圍氣泡明顯且混凝土表面光潔度差。為了提高底部混凝土外觀質(zhì)量,減少氣泡量,項(xiàng)目部對(duì)如何減少全圓針梁鋼模臺(tái)車混凝土澆筑底部氣泡改進(jìn)措施進(jìn)行了研討。

2 氣泡形成的原因

全圓針梁鋼模臺(tái)車模板面由底模、左右邊模、頂模 4塊模板組成,底模對(duì)應(yīng)圓心角 115°。因條件限制,工地附近沒(méi)有粉煤灰供應(yīng)廠家且料場(chǎng)供應(yīng)的人工砂細(xì)度模數(shù)大、石粉含量高。經(jīng)綜合分析后認(rèn)為,引水隧洞襯砌混凝土底部氣泡產(chǎn)生的主要原因?yàn)?(1)因底模密閉、排氣不暢而形成氣泡;(2)減水劑的選擇。某些減水劑具有增加混凝土中氣泡含量的副作用;(3)混凝土振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng),造成混凝土中粗骨料下沉、漿液上泛集中,漿液中含有大量的水泡和氣泡,混凝土凝固后因收縮形成氣泡;(4)脫模劑的選擇。某些脫模劑對(duì)混凝土中的水泡具有吸附作用,水泡不易擴(kuò)散;(5)液化水珠。在混凝土澆筑過(guò)程中,因產(chǎn)生水化熱,將混凝土中少量水分氣化成水蒸汽,水蒸汽上浮至臺(tái)車底模液化成水珠吸附在底模上,混凝土澆筑至底模處便形成水泡。

3 減少底部氣泡的技術(shù)措施

3.1 混凝土原材料的控制

用于拌制混凝土的原材料有:砂石骨料、水、水泥、減水劑。砂石骨料中的含泥量、拌和用水雜質(zhì)含量在規(guī)范允許的范圍內(nèi)盡可能小,泥和雜質(zhì)在拌和過(guò)程中產(chǎn)生水泡,從而加大了混凝土中水泡的含量;選用穩(wěn)定性好、水化熱較低的水泥;選用的外加劑應(yīng)具有以下特點(diǎn):改善混凝土的和易性、減少離析、降低泌水量、提高勻質(zhì)性、改善混凝土的泵送性。

3.2 混凝土配合比的調(diào)整

結(jié)合工程建設(shè)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理工程師的綜合咨詢意見(jiàn)和其他類似工程全圓針梁臺(tái)車混凝土澆筑施工經(jīng)驗(yàn),為減少混凝土的泌水性,改善混凝土的和易性,在滿足混凝土強(qiáng)度指標(biāo)要求下進(jìn)行配合比試驗(yàn),調(diào)整砂率、選擇適用的減水劑,確定底部與頂部不同部位的最優(yōu)配合比。

3.3 施工工序控制

在引水隧洞鋼模臺(tái)車混凝土襯砌施工中,各施工工序的嚴(yán)格控制對(duì)減少底部氣泡起著至關(guān)重要的作用。

(1)模 板:針梁鋼模臺(tái)車模板面?zhèn)}的清理,采用扁鏟和鋼絲拋光砂輪機(jī)相結(jié)合的方式。扁鏟將模板上所粘接的混凝土塊鏟除,用鋼絲拋光砂輪機(jī)將模板面上所粘結(jié)的混凝土漿、模板銹面徹底清除,直至針梁鋼模臺(tái)車模板面光潔。光潔的模板面可降低對(duì)混凝土中氣泡、水泡的吸附作用且混凝土成型面光潔,從而杜絕了麻面的出現(xiàn)。

(2)脫模劑:選用粘稠度小的機(jī)油,模板面清理完成并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可涂刷脫模劑。在涂刷脫模劑時(shí)應(yīng)仔細(xì)操作,將其均勻涂刷于模板面并盡量減少對(duì)鋼筋和混凝土面的污染。

(3)混凝土入倉(cāng)塌落度:為了減少混凝土在振搗過(guò)程中的泌水量,從而減小模板底部氣泡形成的概率,引水隧洞下半洞混凝土入倉(cāng)塌落度在滿足泵送的條件下應(yīng)盡可能小。引水隧洞下半洞混凝土澆筑過(guò)程中入倉(cāng)塌落度確定為 13～15 cm。在下半洞混凝土澆筑過(guò)程中,采用定時(shí)與不定時(shí)結(jié)合的方式對(duì)混凝土進(jìn)行塌落度檢測(cè)試驗(yàn)并做好記錄;頂拱澆筑時(shí),為了盡可能將頂拱澆筑滿,可將混凝土塌落度適當(dāng)增大。

(4)混凝土入倉(cāng)順序:引水隧洞上平段設(shè)計(jì)坡度 i=0.5%,鋼模臺(tái)車襯砌方向由下游端向上游端進(jìn)行,在鋼模臺(tái)車上沿圓心角方向布置進(jìn)料口,共 6排,每排 4或 3個(gè),共 21個(gè)。每段混凝土入倉(cāng)順序由鋼模臺(tái)車下游端向上游端依次進(jìn)行;先從底部窗口進(jìn)料,底板混凝土澆筑高度與底模平齊時(shí)將底部窗口關(guān)閉,改為從下部?jī)蓚?cè)窗口對(duì)稱下料?；炷寥雮}(cāng)順序?yàn)?底部窗口 1下料→底部窗口 2下料→底部窗口 3下料→底部窗口 4下料→下部?jī)蓚?cè)窗口下料(下料方向由下游端向上游端依次類推)。

(5)混凝土振搗:混凝土振搗采用 6根 φ50軟軸插人式振搗棒(2根備用)和鋼模臺(tái)車上 6臺(tái)1.8 kW和 9臺(tái) 2.1 kW附著式振搗器相結(jié)合的方式進(jìn)行。其中 4根φ50軟軸振搗棒分 2組分別布置于澆筑段左右側(cè),每側(cè)每組 2根 φ50軟軸振搗棒由 2名混凝土澆筑工進(jìn)行振搗,每段澆筑倉(cāng)內(nèi)共需 4名混凝土澆筑工進(jìn)行振搗,振搗順序由底模最低處向高處逐漸延伸到兩側(cè),沿洞軸線方向振搗順序由下游端向上游端進(jìn)行,除頂部三分之一外,人工入倉(cāng)及時(shí)將入模的混凝土均勻振搗密實(shí),不得隨意加密振點(diǎn)和漏振,每點(diǎn)的振搗時(shí)間宜為 20～30 s,以混凝土不再沉落、不出現(xiàn)氣泡、表面泛漿為度,防止過(guò)振、漏振。值得關(guān)注的是:在靠近模板面處進(jìn)行二次振搗可以盡可能地將附著在模板面上的氣泡逸出,另一方面可以提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B及抗裂指標(biāo)。模板底部 60°范圍內(nèi)共布置了6臺(tái) 1.8 kW附著式振搗器,分為2排分別布置在模板靠近兩端和中間部位,完成底部60°范圍混凝土入倉(cāng),φ50軟軸插入式振搗完成后,依混凝土入倉(cāng)順序開(kāi)啟附著式振搗器。每排振搗器開(kāi)啟次數(shù)為 2次,每次振搗時(shí)間為 60 s,第1次振搗與第 2次振搗間隔時(shí)間為 5 min。在混凝土振搗過(guò)程中,根據(jù)混凝土入倉(cāng)情況嚴(yán)格控制振搗時(shí)間,杜絕漏振和過(guò)振。

4 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

采取以上技術(shù)措施后,引水隧洞底部混凝土氣泡量大幅度降低,氣泡直徑絕大部分縮小至 5 mm內(nèi);混凝土表面光滑,外觀質(zhì)量有明顯提高。但底部仍有氣泡存在,進(jìn)一步進(jìn)行原因分析后認(rèn)為:形成氣泡的主要原因?yàn)殇撃Ｅ_(tái)車底模為一塊模板,無(wú)間隙、密閉性好,當(dāng)混凝土與底模相接觸后再振搗混凝土?xí)r,混凝土中的氣泡逸至模板面無(wú)法擴(kuò)散形成。這是因鋼模臺(tái)車自身結(jié)構(gòu)給混凝土澆筑帶來(lái)的不足,只能最大限度的減少,而不能完全消除。

5 針梁鋼模臺(tái)車結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

針對(duì)鋼模臺(tái)車自身結(jié)構(gòu)給混凝土澆筑所帶來(lái)的不足,我們對(duì)鋼模臺(tái)車局部進(jìn)行了改進(jìn)。針梁鋼模臺(tái)車底模結(jié)構(gòu)為整塊模板,底模密閉,排氣不暢。為加強(qiáng)排氣采取了以下措施:(1)在底部?jī)纱翱谥g開(kāi)設(shè)直徑為 3 cm的圓孔;(2)在底部中心左右 15°的位置每隔 80 cm開(kāi)設(shè)直徑為 3 cm的圓孔。

開(kāi)設(shè)圓孔的優(yōu)缺點(diǎn)分析:優(yōu)點(diǎn):將部分氣泡和水泡集中于底模無(wú)法排出的范圍盡可能縮小,從而減少底部混凝土的氣泡量。缺點(diǎn):混凝土澆筑完成后開(kāi)孔處出現(xiàn)模板印跡,需采用砂輪機(jī)磨光處理。

6 混凝土缺陷的處理

采用全斷面針梁鋼模臺(tái)車進(jìn)行引水隧洞混凝土襯砌,由于模板自身的結(jié)構(gòu)而造成不可避免的氣泡產(chǎn)生。參考以往施工經(jīng)驗(yàn),鋼模臺(tái)車行走后應(yīng)立即進(jìn)行底部 60°范圍內(nèi)的混凝土氣泡處理,此時(shí)混凝土面未被污染,粘接牢固。待表面充分濕潤(rùn)后用干凈的麻布或橡膠海綿抹子在整個(gè)表面上擦抹砂漿,以填滿所有的氣孔。砂漿配比為水泥∶砂 =1∶2,砂的最大尺寸小于 600μm,砂漿用水量要足以使其稠度成為濃乳漿。將深度大于 5 mm的氣泡鑿成規(guī)則形狀,用水洗刷干凈后再用與混凝土同標(biāo)號(hào)的干硬性水泥預(yù)縮砂漿將鑿除處抹平、壓實(shí)。

7 結(jié) 語(yǔ)

馬鹿塘電站二期工程引水隧洞針梁鋼模臺(tái)車襯砌施工,從混凝土原材料、混凝土配合比、施工工序上進(jìn)行了探索,并對(duì)針梁臺(tái)車底部 60°范圍的模板進(jìn)行了改進(jìn),有效的減少了底部襯砌混凝土氣泡,提高了混凝土外觀質(zhì)量。馬鹿塘電站二期工程引水隧洞前段混凝土襯砌段共計(jì) 59個(gè)單元,除起始兩個(gè)單元存在混凝土外觀缺陷、另有兩個(gè)單元與漸變段銜接出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)外,其余單元均被評(píng)為“優(yōu)良”,優(yōu)良率達(dá) 93.22%。