王廣生 錢 偉
中交三航局第三工程有限公司
蒙華鐵路25標(biāo)一工區(qū)華容河特大橋44#、45#主墩承臺(tái)大體積混凝土溫控技術(shù)總結(jié)(分析)
王廣生 錢 偉
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本文結(jié)合蒙華鐵路25標(biāo)一工區(qū)華容河特大橋44#、45#主墩承臺(tái)混凝土澆筑的施工實(shí)例對(duì)大體積混凝土澆筑的溫度控制進(jìn)行了具體分析,砼內(nèi)外溫差較大時(shí),會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫,影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用,并提出相應(yīng)的控制措施,來(lái)保證施工的質(zhì)量。
華容河特大橋;承臺(tái)大體積砼;溫控
華容河特大橋跨越華容河及兩側(cè)堤壩,96m主跨跨越華容河河道,64m邊跨跨越兩側(cè)堤壩。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,44#、45#主墩承臺(tái)長(zhǎng)18.5m,寬13.5m,高3.5m的鋼筋砼結(jié)構(gòu),砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30,砼方量為874.1m3。該承臺(tái)屬大體積砼,為避免承臺(tái)砼受溫度影響而產(chǎn)生有害裂縫,保證承臺(tái)砼的施工質(zhì)量,施工過(guò)程需要重點(diǎn)關(guān)注砼內(nèi)部的溫升、最高溫度峰值、峰值出現(xiàn)時(shí)間,溫度回落趨勢(shì)。為確保施工質(zhì)量和了解溫控效果,掌握溫控信息,便于第一時(shí)間調(diào)整溫控措施,做到信息化施工,在大體積砼從原材料、澆筑過(guò)程和澆筑之后必須進(jìn)行溫度監(jiān)控,保證結(jié)構(gòu)安全和正常使用。為此,我們委托中交三航設(shè)計(jì)研究院對(duì)華容河主墩承臺(tái)砼施工進(jìn)行了內(nèi)部溫度場(chǎng)及仿真應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了承臺(tái)砼不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)制定出了現(xiàn)場(chǎng)溫控措施。
承臺(tái)砼在硬化過(guò)程中,由于水化熱的作用,其內(nèi)部溫度變化歷經(jīng)了升溫階段、降溫階段、穩(wěn)定階段三個(gè)階段。與此同時(shí)砼的體積亦隨著溫度的變化而產(chǎn)生伸縮,若砼體積變化受到約束,就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。如果該應(yīng)力超過(guò)其同期砼的劈裂抗拉強(qiáng)度,砼就會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。因此大體積砼必須采用溫控防裂措施,而溫控計(jì)算則是防裂措施的基礎(chǔ)。
砼澆筑后一般在3天后即達(dá)到溫度峰值,溫峰持續(xù)8-10h后溫度開(kāi)始下降,初期降溫速度較快,后期降溫速率逐漸減慢,至15-20天后降溫平緩,溫度趨于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。砼內(nèi)部最高溫度約為61℃。
砼應(yīng)力計(jì)算顯示,砼應(yīng)力最大值出現(xiàn)在底部。表1砼最大溫度主拉應(yīng)力(Mpa)
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,承臺(tái)砼早期(14天左右)最大溫度應(yīng)力為1.1Mpa,而此時(shí)C30砼劈裂抗拉強(qiáng)度1.5Mpa~2.0Mpa,抗裂安全系數(shù)K≥1.4,后期也有1.5以上的抗裂安全系數(shù),不會(huì)產(chǎn)生有害溫度裂縫。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出為保證承臺(tái)不出現(xiàn)有害溫度裂縫,本工程采取如下溫控標(biāo)準(zhǔn):
(1)混凝土入模溫度不低于5℃,不大于30℃;
(2)混凝土內(nèi)部最高溫度不大于70℃;
(3)混凝土內(nèi)表溫差不大于25℃;
(4)表層混凝土溫度與環(huán)境溫差(表面蓄水)不大于25℃;(5)混凝土塊體降溫速率不大于2℃/d。
在保證砼強(qiáng)度、和易性及坍落度要求的前提下,宜采取改善集料級(jí)配、提高摻合料和粗集料的含量、降低水膠比等措施,減少單方砼的水泥用量;選擇優(yōu)良的砼外加劑,節(jié)約水泥用量,是降低大體積砼水化熱溫升的重要環(huán)節(jié),因此必須進(jìn)行砼配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3.1.1 砼原材料選擇及質(zhì)量要求
a.水泥:采用臨湘海螺水泥廠生產(chǎn)的425普通硅酸鹽水泥。水泥在攪拌站的入機(jī)溫度不得超過(guò)60℃,應(yīng)對(duì)水泥品種、物理力學(xué)性能、散裝的倉(cāng)號(hào)、出廠日期進(jìn)行檢查,并對(duì)其強(qiáng)度、安定性、比表面積、凝結(jié)時(shí)間、水化熱等性能指標(biāo)及其他必要的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),合格后方可使用。
b.粉煤灰:采用岳陽(yáng)華能電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰。其質(zhì)量應(yīng)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596的有關(guān)規(guī)定。
c.砂:采用汨羅江云田產(chǎn)中砂。細(xì)度模數(shù)為2.8,屬Ⅱ區(qū)中砂范圍,含泥量≤3%,中砂料源穩(wěn)定,進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)合格后方可使用。
d.石:采用宜昌鴻濤石場(chǎng)石灰?guī)r碎石。石子顆粒粒徑范圍為5mm~25mm,其組成粒徑分別以5mm~10mm、10mm~20mm及20mm~25mm按照2:5:3的比例進(jìn)行拌合,料源穩(wěn)定。石子必須分批檢驗(yàn)嚴(yán)格控制其含泥量不不大于1%,合格后才能使用,其他指標(biāo)必須符合規(guī)范要求。
e.外加劑:采用浙江五龍ZWL-A-IX。外加劑進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)合格后方可使用,外加劑采用電子稱重,定期對(duì)稱量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。
f.水:拌和用水必須通過(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)并符合有關(guān)規(guī)范規(guī)定要求方可使用,本項(xiàng)目采用飲用水。
3.1.2 大體積砼配合比設(shè)計(jì)
砼應(yīng)具有良好的和易性。初始坍落度應(yīng)控制在16-18cm,初凝時(shí)間應(yīng)大于10h。施工擬采用配合比如下:
水泥:粉煤灰:細(xì)骨料:粗骨料:減水劑:水=1:0.43:3.21:4.25:0.014:0.62
部位 承 臺(tái)砼標(biāo)號(hào)C30水泥(kg/m3)252粉煤灰(kg/m3)108細(xì)骨料(kg/m3)808粗骨料(kg/m3)1071 ZWLA-IX(kg/m3)3.6水(kg/m3)155坍落度(cm)20抗壓強(qiáng)度(Mpa)7d 2428 d 38
3.1.3 砼施工的控制要點(diǎn)
a.砼制備前,首先請(qǐng)計(jì)量部門對(duì)各種計(jì)量器具進(jìn)行標(biāo)定,使計(jì)量誤差控制在規(guī)范范圍內(nèi),施工時(shí)嚴(yán)格控制砼質(zhì)量,使其和易性及可泵性滿足施工要求。在出料口進(jìn)行坍落度檢測(cè),合格后方可使用,嚴(yán)禁使用坍落度過(guò)大或過(guò)小的砼。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)粗、細(xì)骨料的含水率加大檢測(cè)頻率,根據(jù)每天早中晚的氣候變化及時(shí)調(diào)整施工用水量,確保砼的施工質(zhì)量。
b.砼澆筑前應(yīng)對(duì)模板、鋼筋、預(yù)埋件及冷卻水管等進(jìn)行檢查,同時(shí)應(yīng)清理倉(cāng)內(nèi)的碎渣異物等,驗(yàn)收合格后方可開(kāi)始砼澆筑。
c.為防止砼離析,當(dāng)砼自由落差高度超過(guò)2m時(shí),應(yīng)設(shè)置串筒或溜槽等措施,在串筒或溜槽出料口下方,砼堆積高度不應(yīng)超過(guò)1m,超過(guò)1m的要及時(shí)攤平,分層振搗。
d.砼澆筑層厚宜為300mm~500mm的厚度,采取整體分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑,應(yīng)縮短澆筑時(shí)間,并在前層砼初凝前將次層砼澆筑完畢。當(dāng)層間隔時(shí)間超過(guò)砼初凝時(shí)間時(shí),層面應(yīng)按施工縫處理。
e.砼澆筑時(shí)采用插入式振動(dòng)棒振搗密實(shí):其插入間距不應(yīng)超過(guò)振動(dòng)棒作用半徑的1.5倍,與側(cè)模應(yīng)保持50mm~100mm距離,避開(kāi)冷卻水管或監(jiān)控元件100mm左右,分層澆筑時(shí)應(yīng)插入下層砼面50mm~100mm。必須將每一部位的砼振搗密實(shí),具體表現(xiàn)為砼面無(wú)明顯沉降,不再翻泡,表面平坦、泛漿。
f.在砼澆筑過(guò)程中,必須及時(shí)清除砼表面的泌水。
g.砼初凝前宜采用二次振搗工藝,即在砼澆筑后即將凝固前,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和位置給予再次振搗,以排除砼因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙,增加砼的密實(shí)度,減少內(nèi)部微裂縫和改善砼強(qiáng)度,提高抗裂性。砼澆筑面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次抹壓處理。
3.1.4 現(xiàn)場(chǎng)砼澆筑溫度的檢測(cè)
在砼拌合之前,工地試驗(yàn)室要對(duì)水泥、砂、石、水等原材的溫度進(jìn)行量測(cè),并記錄,必要時(shí)采取遮陽(yáng)、加冰塊等降溫措施,降低并測(cè)量其出機(jī)溫度,嚴(yán)格控制砼的入模溫度,砼入模溫度不超過(guò)28℃。
本工程施工中采用泵送混凝土。
當(dāng)澆筑溫度超過(guò)20℃標(biāo)準(zhǔn)控制溫度時(shí),砼澆筑宜選在晚間20時(shí)后開(kāi)盤,并嚴(yán)格控制砼原材料的溫度,水泥要求水泥廠家出廠前放置到規(guī)定溫度;砂、石料要采取遮陽(yáng)、降溫等措施;拌和用水宜采取加冰塊降溫措施,使水在池內(nèi)靜置12h~24h,以降低水的入模溫度。
混凝土放熱量較大,為降低混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn),減小混凝土內(nèi)部溫度峰值和內(nèi)外溫差,在承臺(tái)內(nèi)部共計(jì)布設(shè)三層冷卻水管,循環(huán)冷卻水管采用Ф50mm的薄壁鋼管,層間距0.9m,水管水平間距1.0m,利用冷卻水的出水作為承臺(tái)上表面的蓄水養(yǎng)護(hù),采取“外蓄內(nèi)散”的綜合措施對(duì)承臺(tái)大體積混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)控。
3.2.1 冷卻水管布設(shè)方案如下
a中心設(shè)置一個(gè)進(jìn)水口;
b每層設(shè)一個(gè)進(jìn)出水管路;
c采用5cm鋼管,冷卻水管的接頭做好密封處理,冷卻水管連接完畢后需要進(jìn)行壓水測(cè)試,確保管路不漏水;
d混凝土覆蓋到管開(kāi)始通水;
e出水放到承臺(tái)上表面;
f表面蓄水20~30cm;
g施工結(jié)束后用不低于混凝土強(qiáng)度的水泥凈漿或砂漿對(duì)冷卻水管進(jìn)行灌漿處理;
圖1 承臺(tái)冷卻水管布置圖(單位:cm)
3.2.2 冷卻水管使用及其管理
a.當(dāng)砼澆筑標(biāo)高超過(guò)某一層冷卻水管后即開(kāi)始通水,各層砼溫度峰值過(guò)后即停止通水,通水流量應(yīng)達(dá)到35L/min,通水時(shí)間根據(jù)測(cè)溫結(jié)果確定;
b.通水降溫時(shí),進(jìn)出口水的溫度差值宜小于或等于10℃,且水溫與內(nèi)部砼的溫差宜不大于20℃;
c.利用冷卻水管排出的的降溫水在砼頂面蓄水保溫養(yǎng)護(hù)時(shí),養(yǎng)護(hù)水溫度與砼表面溫度的差值應(yīng)不大于15℃。
為保證冷卻系統(tǒng)正常工作,項(xiàng)目部安排專人負(fù)責(zé),根據(jù)中交三航設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)要求,選擇相適應(yīng)的水泵,并備用1-2臺(tái)水泵,以確保的大體積砼溫控效果。
砼的養(yǎng)護(hù)利于砼強(qiáng)度的增長(zhǎng),從而減少砼收縮裂縫起了重要的作用,因此在承臺(tái)頂面采用蓄水養(yǎng)護(hù),側(cè)面下掛土工布,灑水養(yǎng)護(hù),防止砼表面出現(xiàn)收縮裂縫。
3.4.1 溫度測(cè)試內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布設(shè)
根據(jù)溫度量測(cè)結(jié)果,進(jìn)行信息化施工,如實(shí)地反映砼溫控的實(shí)際效果,以便第一時(shí)間對(duì)出現(xiàn)異常情況采取有效措施,本項(xiàng)目在承臺(tái)砼中設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)。本次承臺(tái)溫控共需29支傳感器。測(cè)點(diǎn)設(shè)置按照砼澆筑體平面圖對(duì)稱軸線的半條軸線為測(cè)試區(qū),在測(cè)試區(qū)內(nèi)測(cè)點(diǎn)按平面分層設(shè)置。在砼澆筑體外表面上設(shè)置測(cè)點(diǎn)觀測(cè)混凝土外表面溫度。測(cè)點(diǎn)布設(shè)的典型位置如下:
a混凝土塊體中心位置;
b混凝土塊體對(duì)稱軸位置;
c混凝土表面5cm位置(代表表層混凝土溫度);
d混凝土表面蓄水水溫;
e空氣中(環(huán)境溫度);
3.4.2 現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)及要求
砼澆筑后宜立即進(jìn)行各項(xiàng)量測(cè)項(xiàng)目,并連續(xù)不間斷。砼的溫度量測(cè),達(dá)到溫度峰值之前,每2h量測(cè)一次;溫度峰值出現(xiàn)后,每4h量測(cè)一次,持續(xù)5天,然后每天量測(cè)2次,一直到砼溫度基本穩(wěn)定。
3.4.3 量測(cè)所用儀器
本項(xiàng)目溫度量測(cè)采用大體積混凝土智能測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)由用戶計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)端監(jiān)測(cè)軟件、數(shù)據(jù)適配器(電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收發(fā))及電源傳輸線、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器、傳感器組成,系統(tǒng)組成示意圖如下:
圖2 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成示意圖
承臺(tái)澆筑層中心位置溫度24h左右比入模溫度升高近一倍,44h左右達(dá)到溫度最高值,持續(xù)近24h后開(kāi)始下降,5-6d后逐漸趨向平穩(wěn)。
本項(xiàng)目在岳陽(yáng)市華容地區(qū),施工時(shí)正是春季,最高氣溫達(dá)到16℃左右,最低氣溫下降至9℃左右,承臺(tái)邊緣溫度受氣溫影響較大。由于保溫措施比較完善,承臺(tái)砼四周溫度變化較小。砼內(nèi)、表溫差始終在溫控標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi),故而砼表面末造成傷害。
冷卻水管通水時(shí)間為在承臺(tái)砼開(kāi)始有溫度升高時(shí)即開(kāi)始通水,砼的澆筑體的降溫速率不宜大于2℃/d,超過(guò)時(shí)時(shí)即停止通水。冷卻水管通水降溫起到了早期降低砼水化熱的峰值,從而減少承臺(tái)砼內(nèi)表面溫差,對(duì)承臺(tái)砼早期裂縫的防治起了較好的作用。
華容河特大橋主墩承臺(tái)砼為大體積砼,在施工過(guò)程,由于施工管理精細(xì)化,即計(jì)量準(zhǔn)確、溫控措施得當(dāng)、施工組織合理、質(zhì)量控制嚴(yán)格,經(jīng)施工方、監(jiān)理方及監(jiān)控第方三方共同檢驗(yàn),主墩承臺(tái)并未出現(xiàn)有害的溫度裂縫,溫控效果較好,確保了工程質(zhì)量。
[1]《華容河特大橋施工圖》((MHTJ-25)蒙華荊岳段施橋-79).
[2]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(TZ203-2008、鐵總建設(shè)[2013]196號(hào)).
[3]TB 10415-2003.鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].
[4]《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)[2010]241號(hào)).
[5]《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424-2010、鐵總建設(shè)[2013]52號(hào)).
[6]GB 50666-2011.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].
[7]GB 50496-2009.大體積混凝土施工規(guī)范[S].
王廣生,性別;男,出生年月;1976.12,職稱;工程師,研究方向;路橋施工管理,工作年限;16年,畢業(yè)院校;南京工業(yè)大學(xué)。