(北京韓建水利水電工程有限公司，北京 102488)

隨著國內(nèi)建設的高速發(fā)展，在現(xiàn)澆大體積、大面積和超長混凝土施工中，由于水泥水化熱引起混凝土澆筑體內(nèi)部溫度劇烈變化，使混凝土澆筑早期塑性收縮和混凝土硬化過程中的收縮增大，使混凝土澆筑內(nèi)部的溫度-收縮應力劇烈變化，從而導致混凝土澆筑體或構(gòu)件發(fā)生裂縫的現(xiàn)象并不罕見。

防止大體積混凝土施工中出現(xiàn)有害裂縫是大體積混凝土施工中的關(guān)鍵技術(shù)問題。補償收縮混凝土是一種較好的解決手段。近幾年，氧化鎂生產(chǎn)工藝有了很大改進，新型的膨脹劑——氧化鎂性能更加穩(wěn)定，氧化鎂膨脹劑在60℃條件下，依然有較好的膨脹發(fā)展趨勢。針對大體積混凝土、夏季施工等條件，氧化鎂膨脹劑有更大的優(yōu)勢。摻入氧化鎂膨脹劑的補償收縮混凝土在北京市良鄉(xiāng)組團北部地區(qū)泵站進水池超長大體積混凝土中成功應用，取得了良好效果。

1 工程概況

本工程主要任務是提升北京市良鄉(xiāng)組團北部地區(qū)排水及內(nèi)澇防治標準，解決區(qū)域標準內(nèi)降雨積水問題。工程主體結(jié)構(gòu)為泵站進水池，進水池的支護結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻、水平支撐梁加支撐格構(gòu)柱，其平面布置，如圖1所示。進水池長48.1m，寬36.1m，深7.8m和10.8m。底板為1.2m厚鋼筋混凝土，側(cè)墻為0.6m厚鋼筋混凝土，頂板為板梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中板厚0.3m，梁斷面為0.6m×1.0m。進水池內(nèi)設置35根直徑0.8m鋼筋混凝土圓形立柱，其中28根由鋼格構(gòu)立柱改造形成，7根為普通立柱，剖面圖見圖2和圖3。進水池混凝土采用摻入氧化鎂膨脹劑的補償收縮混凝，等級為C30W6F150。

圖1 平面布置圖 (單位：mm)

圖2 1-1剖面圖 (單位：mm)

圖3 2-2剖面圖 (單位：mm)

進水池混凝土屬于超長大體積混凝土，為控制裂縫發(fā)生，原設計在進水池底板、側(cè)墻及頂板沿長度方向中部勻設置后澆帶，待兩側(cè)混凝土澆筑42天后再進行后澆帶施工。由于工期緊迫，為了保證泵站在汛前具備排洪能力，經(jīng)專家和設計院技術(shù)人員多次研究，最終決定采用以氧化鎂為膨脹劑的補償收縮混凝土，取消后澆帶。

2 氧化鎂膨脹劑的特性

傳統(tǒng)的氧化鈣、硫鋁酸鈣類膨脹劑，在高溫環(huán)境下，反應速度較快。試驗表明，在溫度達到60℃時，氧化鈣、硫鋁酸鈣類膨脹劑在1天內(nèi)其膨脹能基本消耗完畢，之后不再產(chǎn)生膨脹，一定程度上影響補償效果。而氧化鎂膨脹劑在60℃條件下，依然有較好的膨脹發(fā)展趨勢。因此，氧化鎂更適合在40℃以上高溫環(huán)境下使用，針對大體積混凝土、夏季施工等條件，氧化鎂有更好的優(yōu)勢。

本工程采用的是M型氧化鎂膨脹劑，活性反應時間為140s，適用于在夏季高溫或者混凝土內(nèi)部溫度高于40℃時使用。其由回轉(zhuǎn)窯工藝煅燒，與傳統(tǒng)立窯生產(chǎn)輕燒氧化鎂相比，不存在過燒或欠燒現(xiàn)象，因而產(chǎn)品勻質(zhì)性高，性能更加穩(wěn)定。其化學成分及物理特性見表1。

表1 化學成分及物理特性

3 大體積混凝土施工工藝

3.1 補償收縮混凝土設計要求

按照設計要求，本工程補償收縮混凝土限制膨脹率為：側(cè)墻用補償收縮混凝土20℃水中28天限制膨脹率不小于0.02%；底板和頂板用補償收縮混凝土20℃水中28天限制膨脹率不小于0.015%。

3.2 混凝土配合比設計及拌制

本工程采用摻入氧化鎂膨脹劑的補償收縮混凝土，等級為C30W6F150，水膠比0.45，側(cè)墻混凝土砂率42%，底板和頂板砂率41%。混凝土配合比見表2。

表2 混凝土配合比

氧化鎂膨脹劑在商品混凝土拌和站加入拌制，摻量為膠凝材料總量的5.0%～6.1%，為了保證補償收縮混凝土攪拌均勻性，攪制時間比普通混凝土攪制時間延長30s，本工程攪制時間為90s。

3.3 施工工藝

3.3.1 模板設計

進水池混凝土分四期澆筑，依次澆筑底板、結(jié)構(gòu)柱、側(cè)墻、頂板。

進水池的側(cè)墻及頂板全部采用竹膠模板。由于進水池混凝土外側(cè)是地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，所以側(cè)墻模板加固有一定困難，如果采用單側(cè)斜撐方式加固，受側(cè)模高度限制，斜撐過長，受力角度較大。為了保證斜撐穩(wěn)定，還須對斜撐體系進行加固，工程量很大，而且在頂板施工時還要全部拆除，影響施工進度。為了解決這個問題，本工程采用滿堂腳手架對撐方式來加固側(cè)墻模板，滿堂腳手架既作為側(cè)模的加固體系統(tǒng)，也作為頂板的支撐體系。滿堂紅腳手架設計時，既要考慮側(cè)模的穩(wěn)定性又要兼顧頂板受力情況。經(jīng)計算，腳手架立桿間排距為0.9m，步高0.6m，縱橫向5跨設置一道剪刀撐，水平向每兩步設置一道水平剪刀撐，腳手架與結(jié)構(gòu)柱連接加固成為一個整體。

3.3.2 混凝土澆筑

超長、大體積混凝土澆筑要保證連續(xù)性，一氣呵成，混凝土的供應強度和澆筑方式是關(guān)鍵。本工程混凝土由商品混凝土拌和站供應，商品混凝土拌和站距施工現(xiàn)場25km，配備16m3混凝土罐車15臺，620C-8型混凝土泵車3臺(2用1備)。進水池底板混凝土長48.1m，寬36.1m，厚1.2m，澆筑總量為2137m3，澆筑時，采用沿長邊方向整體推移式連續(xù)澆筑法。側(cè)墻混凝土厚0.6m，環(huán)向周長168.4m，采用環(huán)向分層澆筑，分層厚度0.3～0.4m。頂板澆筑時沿長邊整體推進連續(xù)澆筑。由插入式振搗棒振搗。

3.3.3 混凝土下料

進水池側(cè)墻模板采用滿堂腳手架對撐方式加固，混凝土的澆筑速度既要考慮混凝土初凝時間，又要考慮模板的強度。本工程模板的強度和穩(wěn)定性按照混凝土澆筑速度不大于1.0m/h進行設計。下料時，嚴格按照設計的下料點位置、下料強度、下料點間距均衡布料，保證每層鋪料厚度不大于0.4m，澆筑速度不大于1.0h/m。側(cè)墻及頂板模板支撐體系的穩(wěn)定性安排專人看護，采用對講機與放料人員隨時保持溝通，要求模板看護人員發(fā)現(xiàn)模板有異響或變形立即停止下料，待查明原因或加固后再繼續(xù)澆筑。本工程實施過程中，模板及支撐體系未發(fā)生異常情況。

3.3.4 混凝土收面

底板及頂板混凝土在終凝前采用抹面機和人工收面方式，對混凝土表面進行三次抹面，以消除混凝土的塑性裂縫。

3.3.5 混凝土養(yǎng)護

充分的水養(yǎng)護是保障補償收縮混凝土發(fā)揮膨脹性能的關(guān)鍵技術(shù)措施，特別是早期。進水池底板和頂板均采用整體推進連續(xù)澆筑，由于澆筑時間較長，對先期封面并達到終凝的混凝土鋪設一層塑料布保濕，隨澆筑隨鋪設，待全部封面后再覆蓋一層5mm厚的苫布，采用蓄水養(yǎng)護方式。墻體澆筑完成后，在頂端設多孔淋水管，達到脫模強度后，松動頂托支撐，使墻體外側(cè)與模板之間有2～3mm的縫隙，確保上部淋水進入模板與墻壁間。各部位養(yǎng)護時間均大于14天。

4 工程實施效果

4.1 溫度監(jiān)測

根據(jù)進水池混凝土結(jié)構(gòu)特點，在其底板、頂板沿長度方向軸線及兩側(cè)對稱軸線上布置3條測溫軸線，每個測試軸線布置4處測溫點。底板和頂板混凝土測溫情況見圖4和圖5。

圖4 底板混凝土測溫記錄

圖5 頂板混凝土測溫記錄

從圖4和圖5可以看出，底板混凝土在澆筑后第3天混凝土內(nèi)部溫度達到峰值53.5℃，內(nèi)外溫差為21.5℃；頂混凝土在澆筑后第3天內(nèi)部溫度達到峰值63℃，內(nèi)外溫差為25℃。

4.2 防裂效果

本工程在混凝土內(nèi)部沒有設置冷卻水管，混凝土施工完成后，經(jīng)詳細排查未發(fā)現(xiàn)裂縫，這也說明補償收縮混凝土產(chǎn)生的壓應力可以有效控制溫度裂縫。另外，補償收縮混凝土有顯著的裂縫“自愈合”能力，對因施工不當產(chǎn)生的微小裂縫，在水養(yǎng)護一段時間后，由于膨脹性水化產(chǎn)物堵塞裂縫，可以將斷裂的兩個表面膠結(jié)為一體，有效避免了干縮裂縫的發(fā)生。各部位混凝土限制膨脹率見表3。

4.3 強度指標

各部位7天齡期混凝土抗壓強度為設計強度的89%～96%，28天齡期混凝土抗壓強度均滿足設計要求?；炷量箟簭姸纫姳?。

表3 混凝土限制膨脹率

表4 混凝土抗壓強度

4.4 抗?jié)B及抗凍指標

依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)標準，混凝土抗?jié)B符合W6要求；凍融循環(huán)次數(shù)150次，質(zhì)量損失率為1.2%，相對動彈性模量為88.8%，混凝土抗凍性符合F150要求。

4.5 功能性試驗

根據(jù)《給水排水構(gòu)筑物工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50141—2008)要求，對進水池進行了滿水試驗，檢測滲水量。池內(nèi)注水分三次進行，每次注水為設計深度的1/3，水池設計深度為6.3m，故每次注水深度為2.1m。由于進水池屬于大型池體，所以首次注水至池壁底部施工縫以上，檢查底板無滲漏和沉降后，繼續(xù)注水至第一次注水深度，即2.1m。每次注水間隔時間為24h。經(jīng)檢測，三次注水滲水量分別為0.08L/(m2·d)、0.08L/(m2·d)、0.09L/(m2·d)，遠遠小于滲水量不大于2L/(m2·d)的規(guī)范要求。這也說明，進水池混凝土振搗密實，混凝土無明顯裂縫，進水池防滲效果非常理想。

5 結(jié) 語

本工程大體積混凝土施工時間為2018年4月20日至6月1日。實踐證明，大體積混凝土采用摻入氧化鎂膨脹劑的補償收縮混凝土時，在混凝土內(nèi)部不須設置冷卻水管，只要養(yǎng)護措施得當，充分利用補償收縮混凝土產(chǎn)生的壓應力可以有效控制溫度裂縫和干縮裂縫。

在長度不超過50m的大體積混凝土施工時，采用摻入氧化鎂膨脹劑的補償收縮混凝土可以取消后澆帶，施工質(zhì)量能夠得到保障，這樣，不僅加快了施工進度，簡化了施工程序，還降低了施工成本。氧化鎂膨脹劑值得在超長大體積混凝土中大力推廣使用。