何 強(qiáng)

(中鐵二局第三工程有限公司,四川 成都 610031)

大體積混凝土截面尺寸大,熱阻大,水泥水化熱高,熱量聚集在內(nèi)部不易散發(fā),而表面散熱較快,這樣在混凝土內(nèi)部和表層形成較大溫差,導(dǎo)致不均勻的溫度變形和溫度應(yīng)力,一旦拉應(yīng)力超過混凝土的即時(shí)抗拉強(qiáng)度,就會在混凝土內(nèi)部或表面產(chǎn)生裂縫。如何有效控制大體積混凝土裂縫是施工中必須高度重視的重要技術(shù)問題之一。

1 工程概況

大溝河大橋位于江西省武吉高速公路。上部結(jié)構(gòu)采用(55+110+55)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)橋墩為矩形薄壁空心墩群樁基礎(chǔ),承臺結(jié)構(gòu)尺寸為(16×8×6)m,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為 C30,單個(gè)承臺的混凝土灌注數(shù)量達(dá)768m3。

2 施工控制措施

2.1 原材料選擇

(1)水泥:宜選用水化熱較低的水泥。本工程除考慮結(jié)構(gòu)抗裂性外,還考慮了水泥來源及水泥用量≤300 kg/m3的要求,最終選用分宜海螺普通硅酸鹽水泥P.O 42.5。

(2)骨料:粗集料選擇吉安阜田石廠 5～31.5mm級配碎石(石灰?guī)r);細(xì)集料選擇吉安高峰砂場中砂(河砂)。

(3)外加劑:選擇江西武冠 WG-FDN型高效緩凝減水劑,摻量 0.4%～1%,該劑減水率高,能有效降低混凝土水泥用量及用水量,從而降低混凝土的水化熱溫升;該劑的緩凝作用能減慢水泥水化初期的水化速度,使水化熱緩慢釋放,減小升溫幅度。

(4)粉煤灰:采用吉安華能電廠產(chǎn)Ⅱ級粉煤灰,摻量為水泥的 20%～35%。在混凝土中摻入粉煤灰可以改善混凝土的和易性,同時(shí)替代部分水泥用量,從而降低了總的水化熱。

2.2 配合比的優(yōu)化

根據(jù)本工程施工操作特點(diǎn),配合比設(shè)計(jì)參數(shù)選擇如下:

(1)混凝土的初凝時(shí)間不少于 210min。

(2)混凝土的砂率控制在30%～35%。

(3)坍落度控制在 70～110mm。

(4)水泥用量不超過 300 kg/m3。

經(jīng)試驗(yàn)室多次試配,優(yōu)化后的配合比為:水泥∶碎石∶中砂∶水∶粉煤灰∶減水劑 =290 kg∶1075 kg∶752 kg∶138 kg∶94 kg∶3.5 kg,水膠比∶0.36。實(shí)測混凝土的坍落度為 90mm,初凝時(shí)間 230min,抗壓強(qiáng)度:3 d16.3MPa、5 d 20.6MPa、7 d 24.3 MPa、28 d 39.7MPa。

2.3 在結(jié)構(gòu)物內(nèi)預(yù)埋冷卻水管和布置測溫點(diǎn)

規(guī)范規(guī)定大體積混凝土施工期間的內(nèi)外溫差不宜超過25℃。為降低混凝土的內(nèi)部溫升,本工程采用了內(nèi)部降溫法,即在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管,通入冷卻水,利用循環(huán)冷卻水流將混凝土內(nèi)部的水化熱適時(shí)適量地排出體外,借以對混凝土的溫升過程進(jìn)行調(diào)控。

本工程承臺混凝土共布設(shè)5層冷卻水管,分別位于標(biāo)高+0.75m、+1.75m、+2.75m、+3.75m、+4.75m處,層間距為 1.0m,冷卻水管縱橫向間距 1m。為保證循環(huán)冷卻水對結(jié)構(gòu)物內(nèi)部降溫的均勻性,冷卻水管每層按縱橫交錯(cuò)布置(見圖 1)。冷卻水管采用內(nèi)徑 5.0 cm的輸水鐵管,安裝時(shí)平面位置和每層高度可根據(jù)承臺內(nèi)鋼筋布置情況做適當(dāng)調(diào)整,定位利用承臺鋼筋所形成的網(wǎng)格框架。每層循環(huán)散熱管各設(shè)置一個(gè)進(jìn)、出水口。安裝冷卻水管時(shí)做到管道暢通、接頭可靠,不漏水、不阻水。安裝完成后連續(xù)通水 15～20 h進(jìn)行試驗(yàn)檢測。

溫度測試采取在承臺混凝土中埋設(shè)K型測溫傳感器,在外部用 TM 914F數(shù)字溫度儀直接讀取溫度數(shù)值。測試傳感器在埋設(shè)時(shí)忌與鋼筋接觸。溫度測點(diǎn)的布置:通過在中心豎軸布置 1組測點(diǎn),找出最大升溫點(diǎn);平面按縱向間隔 3m、橫向間隔 2.5m設(shè)置;在豎向距承臺底 +1.0 m、+3.0m、+4.5m設(shè)置 3層測溫點(diǎn);共計(jì) 45處測溫點(diǎn)(圖 1)。

2.4 混凝土施工

2.4.1 混凝土拌和、運(yùn)輸

混凝土采用集中拌和,嚴(yán)格控制原材料投料順序及拌和時(shí)間(4min),確?；炷僚浜媳鹊臏?zhǔn)確性和施工的連續(xù)性。

混凝土運(yùn)輸時(shí)間在任何情況下不得大于 180m in,對到達(dá)澆筑點(diǎn)超過 210m in的混凝土不得使用?；炷吝\(yùn)輸過程中不得任意摻加任何材料(水、外加劑等)?；炷裂b入運(yùn)輸車時(shí),要求每車測定坍落度,同時(shí)觀察混凝土的和易性、不得存在離析、分層等現(xiàn)象,坍落度不符合要求的混凝土不得出站?；炷撂涠仍谶\(yùn)輸過程中損失超過 40mm或澆筑點(diǎn)溫度大于 30℃,不得澆筑。

圖1 循環(huán)冷卻水管布置示意

2.4.2 混凝土澆筑

本工程混凝土澆筑采用“分段分層施工,一個(gè)坡度(小于1:5),由低向高,薄層澆筑,循序漸進(jìn),均勻上升,一次到頂”的斜面滾動(dòng)式澆筑方案(見圖 2)施工。先從結(jié)構(gòu)端部開始澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。分層厚度 30 cm,分段距離以保證下層混凝土初凝前澆筑完上層混凝土,相鄰層前后澆筑錯(cuò)開距離保持在 1.5m以上,澆筑層末端混凝土形成自然澆筑坡度?；炷翝仓^程中,每層混凝土初凝前都確保被上層混凝土覆蓋,避免施工縫出現(xiàn)。

圖2 承臺混凝土澆筑分層示意

2.4.3 混凝土搗固

混凝土振搗時(shí)布置三道振搗,第一道設(shè)在混凝土的坡角,第二道設(shè)在混凝土的坡中間,第三道設(shè)在混凝土的坡頂,每道用 3臺插入式振搗器。三道振搗相互配合,確保振搗覆蓋整個(gè)坡面。插入式振搗棒振搗時(shí)插入下層混凝土中的深度應(yīng)大于 50mm,振搗棒移動(dòng)的間距以40 cm左右為宜,振搗棒要快插慢拔,對每一振動(dòng)部位,必須振動(dòng)到以混凝土停止下沉、不再冒氣泡、表面呈現(xiàn)平坦、泛漿密實(shí)為止。

(1)泌水處理:混凝土在澆筑、振搗過程中出現(xiàn)泌水和浮漿時(shí),應(yīng)改變混凝土澆筑方向形成集水槽及時(shí)將泌水排除以提高混凝土質(zhì)量,減少結(jié)構(gòu)表面裂縫及水紋。

(2)表面處理:由于泵送混凝土表面水泥漿較厚,在澆筑后 2～8h,初步按標(biāo)高用長刮尺刮平,然后用木板反復(fù)壓數(shù)遍,使其表面密實(shí),再用鐵面板收面后立即用塑料薄膜覆蓋。

2.5 混凝土澆筑期間的降溫控制

混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后開始通入冷卻水,冷卻水采用地下井水,通水24h要換一次進(jìn)出口。為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升,在測量下層混凝土斷面平均溫度有明顯回升時(shí)下層混凝土開始二次循環(huán)冷卻通水降溫。為確保大體積混凝土內(nèi)部均勻冷卻,冷卻水通水流量應(yīng)達(dá)到 32～40 L/min,同時(shí)控制冷卻水流向,使冷卻水從混凝土高溫區(qū)域流向低溫區(qū)域。夏季進(jìn)水溫度不超過 25℃,同時(shí)測量氣溫、混凝土澆筑溫度、冷卻水管進(jìn)出水溫度,并作好記錄。

2.6 混凝土的后期養(yǎng)護(hù)

混凝土泌水結(jié)束、初凝前應(yīng)進(jìn)行多次搓壓防止面層起粉及塑性收縮?；炷脸跄髴?yīng)及時(shí)覆蓋保濕材料和塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

混凝土澆筑24 h后開始拆除支架及模板,因大體積混凝土水化放熱會使溫度持續(xù)升高,在升溫的一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)通水散熱,當(dāng)混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以減小內(nèi)外溫差。拆除模板于中午進(jìn)行,此時(shí)氣溫為全天最高,混凝土內(nèi)外溫差易控制在 25℃左右。

混凝土后期養(yǎng)護(hù)包括濕度和溫度兩個(gè)方面,本工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部降溫采用循環(huán)冷卻水,直至混凝土內(nèi)外溫差不超過 25℃時(shí)才停止內(nèi)部降溫;結(jié)構(gòu)外部采用均勻鋪設(shè)補(bǔ)水管并間隔均勻開孔,保持灑水濕潤以滿足水化所需水分。

混凝土澆筑后的 1～2 d,混凝土處于水化熱高峰期,澆筑后的 3～5 d,混凝土水化逐漸減弱,由升溫階段轉(zhuǎn)入降溫階段。因此后期養(yǎng)護(hù)溫度檢測:第 1～2 d每 2 h測 1次,第3～5 d每 4 h測 1次,以后時(shí)間每 8 h測 1次。根據(jù)測溫結(jié)果,確?；炷羶?nèi)外溫差在 25℃以內(nèi)。冷卻水管通水結(jié)束后應(yīng)立即灌注 C40水泥漿封堵,并將伸出承臺頂面或四周的管道截除。

本工程混凝土中心溫度與表面溫度隨時(shí)間變化的實(shí)測結(jié)果表明,盡管施工過程中混凝土中心的最高溫度曾達(dá)到過70℃,但由于采取了各項(xiàng)有效的控制措施,整個(gè)施工過程中混凝土內(nèi)部與表面的溫差均被成功地控制在 25℃內(nèi),避免了混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3 結(jié)束語

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與控制措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性能及耐久性能,通過以上合理選擇原材料,優(yōu)化混凝土配合比,科學(xué)組織施工及采取有效的溫控養(yǎng)護(hù)措施,達(dá)到了降低混凝土水化熱和提高混凝土抗裂性能目的。