李 原 (安徽水利開發(fā)有限公司,安徽 蚌埠 233000)
某橋梁工程位于國(guó)道干線上,跨越某河流,橋面設(shè)計(jì)為雙幅,總設(shè)計(jì)寬度達(dá)43.5m,總長(zhǎng)為739m。跨河主跨為95m,全橋共有18組墩臺(tái),其中5#、6#、7#、8#、9#、10#承臺(tái)平面尺寸為14.6×9.1m,厚3.5m,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30。
相關(guān)規(guī)范術(shù)語明確表述,大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸不小于1m的大體量混凝土,或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。另有表述為,澆筑塊體尺寸較大,需要考慮采取溫度控制措施以減少裂縫發(fā)生概率的混凝土。
從規(guī)范的規(guī)定來看,大體積混凝土較易因水泥水化熱產(chǎn)生溫度變化,內(nèi)外溫差較大會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性貫穿裂縫,是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全及使用功能要求所不允許的。大體積混凝土不僅是厚度與其他普通混凝土存在不同,關(guān)鍵是由于混凝土中水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量,因結(jié)構(gòu)斷面大,混凝土材料導(dǎo)熱系數(shù)低,結(jié)構(gòu)表面與內(nèi)部散熱降溫速度不同步,出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面存在較大溫差,同時(shí)混凝土表面與周圍環(huán)境氣溫間的也會(huì)存在較大溫差,因溫差過大,混凝土結(jié)構(gòu)體積發(fā)生變形不同步,其產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞,出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性貫穿裂縫。
經(jīng)參考業(yè)內(nèi)相關(guān)論著,本工程大體積混凝土溫度控制采用的標(biāo)準(zhǔn)是:混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與混凝土表面溫度的差值不超過25℃、混凝土外表面和當(dāng)時(shí)施工環(huán)境最低溫度間差值也不超過25℃,混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部最大降溫速率控制在小于2.0℃/d。
通過對(duì)5#、6#、7#、8#、9#、10#承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫度驗(yàn)算,混凝土的兩個(gè)溫差均超過25℃,故將本工程按大體積混凝土標(biāo)準(zhǔn)要求采取溫度控制措施,防止因水化熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力致使混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)貫穿裂縫。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件及外部環(huán)境,針對(duì)性地采用了以下溫度控制措施。
設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),已在圖紙說明中明確要求采取可靠措施,降低水化熱,防止出現(xiàn)裂縫;在設(shè)計(jì)方面,在承臺(tái)側(cè)表面、頂面增設(shè)D6冷軋帶肋貼面鋼筋網(wǎng),網(wǎng)孔間距10cm×10cm,凈保護(hù)層3cm,有效控制混凝土表面因收縮產(chǎn)生的表面裂縫。
在保證混凝土強(qiáng)度及施工性能的條件下,通過對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)可選材料調(diào)查,對(duì)常規(guī)配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,主要是從水泥、砂石骨料強(qiáng)度及級(jí)配,摻入外加劑種類及選擇等方面優(yōu)化。
①水泥。選用大品牌的水泥,要達(dá)到水化熱低、質(zhì)量穩(wěn)定、安定性好的水泥,如普通硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥等。
②砂石骨料。砂選擇優(yōu)質(zhì)的河砂、江砂,砂的細(xì)度模數(shù)達(dá)到中砂,級(jí)配在II區(qū),砂品質(zhì)優(yōu)于規(guī)范允許的最小值。碎石選用質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔,級(jí)配良好,碎石各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于規(guī)范要求。進(jìn)場(chǎng)做好質(zhì)量檢測(cè),不合格材料不得入場(chǎng)。
③外加劑。主要選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)礦料和減水劑、緩凝劑等,以代替部分會(huì)發(fā)生水熱的膠凝材料水泥用量,目的是降低總體熱量的產(chǎn)生。摻入減水劑、緩凝劑主要目的是提高混凝土的工作性能。
本工程大體積混凝土配合比經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì),加入磨細(xì)礦料、粉煤灰替代部分水泥。膠凝材料用量如下:水泥:240kg,磨細(xì)礦料:60kg,粉煤灰:125kg。
按公式計(jì)算各階段最大溫度:
式中:ξ—不同澆筑塊厚度、不同齡期時(shí)的降溫系數(shù),可由表查得
T—混凝土的澆筑入模溫度
T—混凝土內(nèi)部最高溫度
T—在t齡期時(shí)混凝土的絕熱溫升
式中:m—每立方米混凝土水泥用量
Q—每千克水泥水化熱量
C—混凝土的比熱,一般取0.96J/kg·K
ρ—混凝土的質(zhì)量密度,取2400kg/m
e―常數(shù),為2.718
m―與水泥品種,澆筑時(shí)與溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),取0.3
t―混凝土澆筑后至計(jì)算時(shí)的天數(shù)
由上式(1)、(2)可計(jì)算得:
T= [(240×461+125×73.45)/(0.96×2400)]×(1-e)
=52.0×0.26=13.52
T=52.0×0.593=30.84
T=52.0×0.835=43.42
T=52.0×0.93=48.36
T=52.0×0.97=50.44
T=52.0×0.99=51.48
T=24+30.84×0.71=45.90
T=24+43.42×0.7=54.39
T=24+48.36×0.68=56.88
T=24+50.44×0.61=54.77
T=24+52.48×0.5=49.74
通過采用雙摻配合比,按上述公式計(jì)算得出結(jié)果,仍不能滿足大體積混凝土“雙25℃”的控制要求。擬采取以下施工組織管理、監(jiān)測(cè)措施進(jìn)行溫度控制。
①砂石骨料,在拌和站砂石料倉(cāng)處搭設(shè)鋼制防護(hù)大棚,以防止陽光直射并防雨、做好通風(fēng)。砂石材料盡可能地堆高,以減少材料受外部氣溫的變化影響,保證溫度的總體穩(wěn)定性。
②拌和用水,采用抽取地下深井水,保證其低溫及穩(wěn)定性,或采用挖深及大容量蓄水池,保證水溫偏差及穩(wěn)定。在夏季高溫時(shí)段,選用制冰機(jī),現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、加注冰屑到蓄水池中,整體降低拌和用水的溫度。
③施工組織,混凝土開倉(cāng)時(shí)間避開中午高溫時(shí)間段,根據(jù)澆筑體量,合理選擇在下午或夜間澆筑;加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)混凝土入倉(cāng)分層控制,分層厚度不大于50cm,降低混凝土澆筑速度,延長(zhǎng)上層混凝土對(duì)下層混凝土覆蓋時(shí)間,但要在下層混凝土初凝前完成覆蓋。
①布設(shè)冷卻水管,本工程冷卻循環(huán)水管選用φ32mm黑鐵管,單層呈S形,多層布設(shè)。本結(jié)構(gòu)厚度3.5m,共布設(shè)四層,每層間距0.9m,距底面0.3m,頂面0.5m;單層的水平管間距為1m,水管外側(cè)距混凝土外邊緣按不大于0.5m控制,據(jù)實(shí)做作適當(dāng)調(diào)小處理,管道上層及底層分別設(shè)出入口,多層管間連通,且出水口有調(diào)節(jié)流量的水閥和測(cè)流量設(shè)備。
②測(cè)溫儀器及測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)溫計(jì)選用的是南京萬祥儀器有限公司生產(chǎn)的混凝土測(cè)溫儀及讀數(shù)儀。沿混凝土結(jié)構(gòu)高度,分別布置在底部、中部和表面三個(gè)深度;平面上分別布置有邊緣和中間。測(cè)點(diǎn)的布置距邊角為50cm,距表面為20cm,每塊承臺(tái)共設(shè)6個(gè)點(diǎn),即底板中心和近邊分別豎向布設(shè)3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。測(cè)溫儀根據(jù)埋設(shè)位置做好編號(hào)、標(biāo)識(shí),并編制測(cè)溫記錄表,專人定時(shí)測(cè)定、記錄并分析。
③冷卻水管安裝,要以鋼筋骨架或支撐桁架固定牢靠,管道接頭以螺絲口為主,盡可能不采用焊接,做好接頭處的密封,以防混凝土灌注時(shí)水管變形及脫落、斷裂。安裝完成后做通水試驗(yàn)。
④冷卻水管保護(hù)及使用,混凝土澆筑前,就保持在持續(xù)通水狀態(tài);在混凝土振搗時(shí),格外注意,振動(dòng)棒不得觸碰水管,以防破壞。
通過流量計(jì)、控制閥控制循環(huán)冷卻水的流量在10~20L/min,溫度計(jì)測(cè)定進(jìn)出水溫度,使進(jìn)、出水的溫差小于10℃,并每天均交替改變通水方向,動(dòng)態(tài)調(diào)整控制最大降溫速率要小于2.0℃/d。從混凝土開始澆注時(shí),保持連續(xù)通水不少于14天,具體停止通水由每天溫度測(cè)量、計(jì)算分析確定。
⑤冷卻水管封堵,冷卻水管使用完畢后,從底層管的入口處壓注水泥漿,從上層的出口處冒出濃漿后關(guān)閉出口,并持續(xù)壓漿3~5min,關(guān)閉進(jìn)口,以保證管內(nèi)漿液飽滿。
①混凝土澆筑開始就定時(shí)對(duì)測(cè)溫計(jì)讀數(shù),同時(shí)記錄混凝土的澆筑入模溫度,澆筑進(jìn)度同步記錄。
②混凝土澆筑過程,分時(shí)段記錄混凝土入模溫度及環(huán)境氣溫。
③混凝土初凝后,每2h觀測(cè)一次溫度,直到溫度達(dá)到最高后,每4h觀測(cè)一次,觀測(cè)14天。同時(shí)測(cè)環(huán)境氣溫度。
④根據(jù)測(cè)點(diǎn)編號(hào),做好各點(diǎn)溫度統(tǒng)計(jì),當(dāng)天對(duì)數(shù)據(jù)變化及時(shí)對(duì)比,及時(shí)分析,及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。采取的應(yīng)對(duì)措施主要有:調(diào)整冷卻水流量、調(diào)整水溫、加大讀數(shù)頻次、加強(qiáng)混凝土表面保溫或延緩拆除保溫材料等。
保溫養(yǎng)護(hù)是保證混凝土表面溫度與環(huán)境溫度的差值不超過25℃采取的措施,主要由表層溫度測(cè)點(diǎn)的數(shù)值與環(huán)境溫度的溫差決定的,可采用雨布、草袋、土工布等材料覆蓋。保濕措施主要是鋪設(shè)雨布密封,防止混凝土自身水分的蒸發(fā)、散失;或鋪設(shè)草袋、土工布灑水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)等,保持混凝土表面濕潤(rùn)。
通過對(duì)本工程大體積混凝土的識(shí)別,從配合比設(shè)計(jì)、原材料控制、施工組織安排、冷卻措施應(yīng)用、溫度監(jiān)測(cè)手段及保溫保濕等多項(xiàng)措施的聯(lián)合應(yīng)用,結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)貫穿性裂縫及表面裂縫,保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量,保證的結(jié)構(gòu)的安全和使用功能,取得了良好的效果。