李聰 戴洲游
摘要:??隨著我國交通基建逐步向中西部地區(qū)傾斜,橋梁工程在道路工程中所占的比例也越來越高,橋梁病害的防治也逐步成為工程技術人員所關注的問題。本文從導致裂縫的設計、施工原因,裂縫形成機理等方面,研究了決定大體積混凝土裂縫產生的相關因素,并從配合比設計、原材料選擇、冷卻措施等方面提出了多種控制方法。
關鍵詞: 橋梁承臺;大體積混凝土;全蓄水溫控;混凝土裂縫;施工技術
中圖分類號:U445.57???????????????????????????????文獻標識碼:A
收稿日期:2020-04-27
作者簡介:李聰(1978-),男,高級工程師,研究方向:公路、市政道路和橋梁工程的設計與研究;戴洲游(1983-),男,高級工程師,研究方向:公路、鐵路工程道路、橋梁和隧道、市政工程的施工與管理。
隨著橋梁工程在我國道路工程領域所占比例的逐漸增大,橋梁病害的防治也越來越受研究者的關注。通過對橋梁病害的大規(guī)模統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),溫度裂縫已經(jīng)成為大體積混凝土結構澆筑的常見病害。該裂縫將對橋梁的強度、剛度、承載力等關鍵技術指標產生較大影響,必須及時防治。
1 工程概況
某橋梁工程為預應力混凝土變截面懸澆連續(xù)剛構橋,其承臺為整體式鉆孔灌注嵌巖樁承臺,高4m,長27.5m,寬11.5m,封底砼厚0.8m,是典型的大體積混凝土承臺[1],見圖1:
2大體積混凝土裂縫形成主要原因
2.1設計方面原因
(1)隨著車輛荷載和交通荷載的不斷增加,現(xiàn)行橋梁設計標準對大體積混凝土的要求越來越高,特別是對設計承載力的要求大大提高,因此需采用高強混凝土。
(2)大體積混凝土在施工澆筑過程中,多選擇C50以上的高強度水泥,該種水泥水化熱較大,在施工過程中極易由于內外溫差過大產生裂縫[2]。
2.2施工方面原因
(1)施工流程不科學、現(xiàn)場管理混亂、混凝土模板使用不規(guī)范等原因導致混凝土出現(xiàn)裂縫。
(2)大體積混凝土在澆筑時一般都在其內部布設鋼筋,施工時極易因為配筋銹蝕變形產生結構性裂縫。
2.3大體積混凝土溫度裂縫形成機理
大體積混凝土產生裂縫并非單一原因造成的,而是在內因、外因共同作用下導致的,其中最主要的是溫度裂縫:
(1)水化熱過大會導致混凝土內外溫差過大而產生應力集中,超過一定限度就可能產生溫度裂縫。如圖2、3所示。
(2)從圖3數(shù)據(jù)圖分析可知,在最高溫度條件下,溫度應力和容許抗拉強度初期反應較為敏感,而到后期其變化趨勢較為平緩。
(3)在最低溫度條件下,容許應力強度的變化規(guī)律和溫度應力的變化趨勢呈先下降后上升的規(guī)律,后期變化趨勢較為平緩。
3大體積混凝土裂縫控制關鍵措施
(1)施工材料是決定大體積混凝土質量的基礎,應優(yōu)先選用水化熱值較低的水泥,以盡可能減少施工時混凝土內外的溫差[3]。此外還可以通過添加減水劑、壓縮水灰比的方式降低水化熱。
(2)溫度是決定裂縫是否產生的關鍵因素,應采用灑水法冷卻大體積混凝土的骨料,以達到嚴格控制澆筑溫度的目的。此外還可以采用冰水拌和法降低澆筑溫度。
(3)降低混凝土內外溫差,是避免產生溫度裂縫的最佳方案。因此可在混凝土內部鋪設冷卻管,通過循環(huán)冷卻水的方法降低內外溫差,見圖4所示。
(4)大體積混凝土澆筑時可選擇斜分層、分段、分層三種澆筑工藝。在具體施工時,需根據(jù)現(xiàn)場實際情況,以最大限度降低水化熱、加快散熱為原則[4],合理選擇澆筑方案,相關示意圖見圖5。
(5)大體積混凝土在施工澆筑結束后,為保持內外溫度均衡,控制溫度差,可采用保溫材料減緩表面散熱,以防止內外溫差過大產生裂縫;
(6)為減少模板對大體積混凝土澆筑時的約束力,需保證模板內表面光滑,并采用后澆帶減少約束荷載[5]。
4?大體積混凝土承臺施工技術要點分析
4.1?材料準備
(1)水泥材料:為降低混凝土內外溫差,需選擇水化熱值較低的普通礦渣硅酸鹽水泥。
(2)粗粒徑骨料:和易性指標是決定拌合質量的關鍵,對于大體積混凝土需選用級配好、質量優(yōu)、粒徑在5mm-20mm之間、含泥量<1%的碎石骨料[6]。
(3)細粒徑骨料:為降低拌合時的用水量,可選用含泥量≤5%,粒徑值>0.6mm的粗砂或中砂進行拌合。
(4)粉煤灰:可添加粉煤灰外摻劑以提高混凝土的和易性;
(5)外加劑:外加劑摻量控制在3.8kg/m3以下。通過降低摻量來減少水化熱,避免產生溫度裂縫。
4.2承臺大體積混凝土的配合比設計
(1)混凝土配合比為1:2.41:3.63:0.25: 0.01:0.43;摻加緩凝劑和減水劑保證混凝土材料的初凝時間在7h以內[7],增加經(jīng)活化處理的粉煤灰材料,以提升混凝土材料的施工和易性和泵送性,借助粉煤灰代替一定量的水泥,起到降低水泥使用量的目的;
(2)大體積混凝土內外溫差過大是導致溫度裂縫產生的關鍵。因此在澆筑時可采用加冰水、用冷水澆灌砂石、灑水等降低拌合溫度的方法,避免產生溫度裂縫;
(3)為盡可能保證混凝土澆筑時的內外溫度差在較小范圍內,可在傍晚進行澆筑,并一次性澆筑單一承臺。
4.3施工段的劃分及澆筑要點
(1)采用斜分層澆筑、分段澆筑、分層澆筑三種方案聯(lián)合澆筑,可最大限度地控制大體積混凝土內外的溫度差[8]。此外泵送澆筑時需采用斜坡混凝土澆筑法施工。
(2)施工澆筑時可采用7cm直徑的振搗棒插入混凝土內部,在10cm深度位置反復進行振搗,以提高水泥和骨料之間的粘合度;
(3)振搗澆筑時需派遣監(jiān)理人員旁站施工,確保澆筑一次成功,發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)及時采取對應措施處治。
4.4混凝土測溫控制
(1)為保證大體積混凝土內外的溫度差維持在合理范圍內,可在其內部提前布設降溫冷卻循環(huán)管后再進行澆筑[9],該方法可動態(tài)調整溫度差在科學范圍內。
(2)溫度測定時間范圍為完工后23d;前3d內,測溫頻率為2h/次;3d-9d范圍內,測溫頻率為4h/次;9d-15d范圍內,測溫頻率為6h/次;16d-20d范圍內,測溫頻率為12h/次;21d-23d范圍內,測溫頻率為24h/次[10]。本工程中實際測定的溫度曲線見如圖6。
(3)大體積混凝土的溫度高峰值出現(xiàn)在第七天,最高值為65℃;
(4)表面覆蓋層厚度需要根據(jù)混凝土的監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)進行動態(tài)調整。在夜晚溫度較低時,需恢復保溫層,避免熱量散失[11]。在中午溫度較高時,需減少保溫層厚度,加快散熱能力。
(5)3周后檢測到的外部溫度為14℃,混凝土內部中心溫度為38℃,內外溫度差值≤25℃,達到了拆除保溫材料的條件。
5?質量控制要求及措施
大體積混凝土全蓄水溫控施工技術在應用過程中,為保障溫控措施實施到位,需對全蓄水溫控施工的各個環(huán)節(jié)進行檢查驗收,層層把關,嚴格按照設計及規(guī)范要求施工,方能確保工程質量。對于溫控措施檢查重點如下:
(1)承臺大體積混凝土溫度控制標準:針對承臺大體積混凝土的特點,確保混凝土水化熱溫升、內部溫度、內表溫差、降溫速率等滿足規(guī)范和設計要求,同時加強對混凝土溫度變化的監(jiān)測,防止承臺混凝土出現(xiàn)溫度裂紋[12]。
(2)為了最大限度降低承臺內部混凝土溫度峰值,除了嚴格控制入模溫度,還在承臺內部埋設冷卻水管,通水降溫,從原材料供應、混凝土工作性能、混凝土強度指標以及大體積混凝土溫控等方面進行反復對比、優(yōu)化[13]。冷卻水管采用內徑5Omm鋼管,通過控制通水流量,使冷卻水管的進出水溫差控制不超過10℃。
(3)外加劑控制:本工程要求粉料、外加劑、水計量偏差不大于1.0%,粗細集料計量偏差不大于1.5%,混凝土拌合物入模溫度不大于26℃。
(4)混凝土澆筑溫度控制:對大體積混凝土進行溫度控制時,入模后30min混凝土的最大溫升應小于30℃,且應使其內部最高溫度不大于75℃、內表溫差不大于25℃。在混凝土內外溫度差小于要求前,設專人連續(xù)觀測記錄。
(5)大體積混凝土的澆筑應在一天中氣溫較低時進行,入模溫度不低于5℃,不高于26℃。
6?結論
本文從設計、施工因素、裂縫生成機理等方面,綜合分析了大體積混凝土裂縫形成的主要原因,從分析中可知:溫度是導致裂縫產生的內在核心因素。因此需優(yōu)先選用水化熱值較低的水泥,施工時采用冰水拌和法或灑水法降低拌合溫度,并通過科學設計配合比、選擇高質量原材料、分段分層澆筑等方法,盡可能降低混凝土內外溫差,從各個環(huán)節(jié)防止產生溫度裂縫。
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Abstract:?As transportation in?frastructure gradually tilts towards the midwest, the proportion of bridge projects in road projects is also increasing. The prevention and treatment of bridge diseases has gradually become a concern. In this paper, the relevant factors that determine the cracks of mass concrete are studied from the aspects of design, construction and mechanism. A variety of control methods are proposed in light of mix ratio design, raw material selection, and cooling measures.
Keywords: Bridge cap; Mass concrete; Temperature control using full storage water; Concrete crack; Construction technology