畢進(jìn)安

摘要 為進(jìn)一步探究大體積混凝土施工質(zhì)量的提升路徑，文章以某高速公路工程中的某橋梁承臺結(jié)構(gòu)施工為研究案例，結(jié)合該工程對混凝土的實(shí)際要求，對該次需要的C40混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化，使其綜合性能處于較優(yōu)水平；結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置溫控措施，確保溫控防裂目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。最后對該次研究取得的效果進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，通過應(yīng)用優(yōu)化后的配合比和溫控防裂措施，混凝土裂縫問題得到有效解決。

關(guān)鍵詞 高速公路；橋梁承臺；大體積混凝土；防裂

中圖分類號 TU755文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0045-03

0 引言

承臺是高速公路橋梁工程中的重要組成部分，如何保證其力學(xué)性能符合要求是施工領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容?？紤]大體積混凝土因其自身理化性質(zhì)而存在的特殊性，因此仍需要結(jié)合工程實(shí)際，對大體積混凝土的配合比重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步研究其溫控防裂措施，以確保承臺部分的工程質(zhì)量。

1 工程概況

某高速公路橋梁工程全長為400 m，跨徑布置為4×30 m+5×30 m+4×30 m，橋面寬度約為16 m，設(shè)計(jì)最高通行時速為100 km/h。由于該橋梁工程所在區(qū)域地形相對較為復(fù)雜，因此為提升對該橋梁的支撐能力，針對橋梁主墩采用圓端矩形承臺設(shè)計(jì)模式，承臺則分為兩級布置，其中一級承臺平面外輪廓尺寸為67.5 m×35.75 m，厚度為7 m；二級承臺（塔座）地面平面尺寸設(shè)計(jì)為46 m×18 m，厚度則為2.5 m，擬采用大體積混凝土施工模式進(jìn)行作業(yè)[1-2]。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 不同配合比的基本力學(xué)性能分析

結(jié)合該項(xiàng)目中的承臺部分設(shè)計(jì)手冊要求，確定該次使用的強(qiáng)度為C40的大體積混凝土需滿足以下幾方面的技術(shù)要求：①混凝土坍落度在160～200 mm，擴(kuò)展度為420～480 mm，且不應(yīng)出現(xiàn)泌水和離析等問題；②混凝土28 d抗壓強(qiáng)度不可低于48.2 MPa；③混凝土最終絕熱溫升值需控制在45 ℃以下；④混凝土28 d碳化深度需控制在5 mm以下。

基于上述技術(shù)要求，參考已有經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料后，對混凝土進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。該環(huán)節(jié)共設(shè)計(jì)4個實(shí)驗(yàn)組合，分別標(biāo)記為A0、A1、A2和A3，其中各個實(shí)驗(yàn)組合的砂、碎石用量保持不變，水膠比均控制為0.35，由此對其他指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，得到四種實(shí)驗(yàn)組合下的配合比如表1所示。

基于上述幾個實(shí)驗(yàn)組合進(jìn)行少量混凝土的配制，而后對不同實(shí)驗(yàn)組合下的混凝土基本性能進(jìn)行分析，得到的分析結(jié)果分別如圖1和圖2所示。

根據(jù)圖1和圖2可知，在上述四個實(shí)驗(yàn)組合中，所制備的混凝土在基本力學(xué)性能上均符合技術(shù)要求。

2.2 不同膠凝材料體系下的水化熱分析

為分析混凝土制備中采用不同膠凝材料體系對于混凝土水化熱的影響，在該環(huán)節(jié)中，在確定采用P0425水泥的前提下，對膠凝材料體系進(jìn)行調(diào)整，分別設(shè)定如下三個體系：一是采用100%水泥，不添加其他材料，該體系標(biāo)記為S1；二是將水泥比例調(diào)整為55%，其余材料為27%粉煤灰和18%礦渣粉，記作S2；三是控制水泥比例55%不變，其余材料為27%粉煤灰和18%礦渣粉，并另加1%的緩凝型聚羧酸減水劑，該體系記作S3。由此，使用C80微量熱儀對水化熱進(jìn)行測定，并對三個膠凝材料體系下的水化熱變化情況進(jìn)行匯總分析，得到結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)變化趨勢可知，在上述三個體系中，S2和S3的水化熱顯著低于S1，同時在S2和S3中，最大水化放熱速率出現(xiàn)時間存在一定的差異，當(dāng)添加1%的緩凝型聚羧酸減水劑后，S3體系下的水化熱在48 h內(nèi)均未見顯著增長，證明應(yīng)用緩凝型聚羧酸減水劑對于控制水化熱較有作用。同時，由于S2和S3兩個實(shí)驗(yàn)組在7 d后的水化熱放熱量基本相同，因此可以認(rèn)為，引入緩凝型聚羧酸減水劑并不會因?yàn)榫從龝r間長而影響水泥的力學(xué)性能[3-4]。

2.3 絕熱溫升實(shí)驗(yàn)分析

在確定章節(jié)2.1中的四個實(shí)驗(yàn)組合在基本力學(xué)性能上均滿足需求后，對其做進(jìn)一步分析，結(jié)果顯示，由于A3實(shí)驗(yàn)組在初凝時間方面偏長，達(dá)到2 000 min以上，顯著高于其他組，在實(shí)際應(yīng)用中較受限制，因此在該環(huán)節(jié)的絕熱溫升實(shí)驗(yàn)分析中，僅分析A0、A1和A2三個實(shí)驗(yàn)組。使用測試設(shè)備對三個實(shí)驗(yàn)組制備的混凝土試樣進(jìn)行7 d絕熱溫升測定后發(fā)現(xiàn)，在該次分析的三個實(shí)驗(yàn)組合中，絕熱溫升與時間的函數(shù)關(guān)系基本趨同，未見顯著差異，在7 d的分析時間內(nèi)，A0組絕熱溫升為44.95 ℃，A1組為43 ℃，A2組為41.6 ℃。從變化趨勢來看，各組的絕熱溫升變化均可用以下特征予以描述：絕熱溫升這項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)歷了“相對穩(wěn)定—快速上升—相對穩(wěn)定”的變化過程，相對而言，混凝土絕熱溫升的快速上升期是溫控工作應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的時間段。

2.4 耐久性實(shí)驗(yàn)分析

通過前期分析論證可知，該施工區(qū)域客觀環(huán)境對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在一定的銹蝕作用，主要表現(xiàn)為水滲透和碳化而引起混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。對此，研究人員在耐久性實(shí)驗(yàn)分析中，重點(diǎn)對不同實(shí)驗(yàn)組的混凝土電通量與碳化深度進(jìn)行分析，得到測試結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)對比分析可知，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，各組混凝土樣品在電通量上均逐步降低，且在56 d后的電通量已處于較低水平，符合設(shè)計(jì)要求。相對而言，上述三個實(shí)驗(yàn)組在電通量方面存在一定差異，從A0到A2，其電通量緩慢減小，由此可知，當(dāng)水膠比固定不變時，適當(dāng)降低膠材用量對于提升混凝土內(nèi)部的致密性作用更明顯。另外，從碳化深度這項(xiàng)指標(biāo)來看，上述三個實(shí)驗(yàn)組的碳化深度均在5 mm的臨界值以下，均符合實(shí)際要求，但相對而言，A2組的碳化深度最低，在耐久性方面也更具優(yōu)勢。

2.5 摻雜輔助材料的影響分析

在確定上述A2實(shí)驗(yàn)組合中的配合比作為該次承臺C40混凝土的配合比后，其基本力學(xué)性能已經(jīng)滿足實(shí)際需要。但由于大體積混凝土在理化性質(zhì)上的特殊性，加之該次承臺施工作業(yè)的混凝土澆筑為分層澆筑，因此仍可能存在因混凝土表面浮漿過厚而引起后期收縮不一致的情況，一旦這種情況發(fā)生，則混凝土開裂問題仍然難以避免。對此，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料后，研究人員決定在A2配合比的基礎(chǔ)上，按照0.9 kg/m3的比例添加聚丙烯纖維材料進(jìn)行優(yōu)化，由此得到實(shí)驗(yàn)組A4，并對兩個組別的主要指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)測試。結(jié)果顯示，在摻入聚丙烯纖維材料后，基本力學(xué)指標(biāo)未見顯著差異，電通量和碳化深度值進(jìn)一步降低，同時抗拉強(qiáng)度顯著提升，這表明摻入聚丙烯纖維有助于提升混凝土抗裂性能，降低出現(xiàn)開裂的概率。

3 混凝土溫控措施設(shè)計(jì)

3.1 理論模擬

為避免大體積混凝土因自身傳熱等因素影響而出現(xiàn)裂縫，研究人員在確定混凝土配合比后，進(jìn)一步研究混凝土溫控措施。結(jié)合混凝土配合比，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊后確定該C40混凝土比熱為0.990 26 kJ/（kg·℃），導(dǎo)熱系數(shù)為9.23 kJ/（mh·℃），密度為2 443.3 kg/m?。由此，根據(jù)混凝土熱源函數(shù)對絕熱溫升θ值進(jìn)行求解，其公式如下：

式中，W——水泥用量（kg）；C——混凝土比熱；ρ——混凝土密度；F——混合料用量（kg）；Q（t）——水泥水化熱；k——折減系數(shù)，該次取值為0.25。代入上述已知數(shù)據(jù)后，即可求得該次應(yīng)用的C40混凝土的絕熱溫升為49.851 6 ℃。

3.2 溫控措施設(shè)計(jì)

在確定需對混凝土內(nèi)外溫差進(jìn)行控制后，進(jìn)一步查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，最終確定采用布置冷卻水管的方式進(jìn)行溫控。結(jié)合該承臺設(shè)計(jì)尺寸，確定冷卻水管采用直徑50 mm，壁厚2.5 mm的鋼管，按照蛇形布置，各層冷卻水管水平間距控制為1 m，豎向間距控制為1 m（布置1～4層時）和1.4 m（布置4層以上）。

為防止過多的浮漿在模板周邊聚集，在混凝土澆筑時采取了從四周向中心布料的方式。在整個布料過程中，始終保持承臺周邊混凝土的高度稍高。為了確?；炷辆鶆蚍植?，特別加強(qiáng)了邊角處的振搗工作。這樣做的目的是防止膠凝材料漿體在流動過程中發(fā)生過長距離的流動并堆積在承臺四周，從而產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，通過這種方式能夠降低混凝土側(cè)面和邊角發(fā)生開裂的風(fēng)險。同時在分層澆筑過程中，將單層澆筑的厚度均控制在40 cm左右，控制澆筑厚度盡量縮短層間間隔時間，避免出現(xiàn)收縮裂縫。另外在澆筑過程中，為確保混凝土澆筑的均勻性，施工部門在澆筑過程中使用直徑為φ40 mm規(guī)格的振動棒進(jìn)行振搗。振搗器插入混凝土材料的間距控制為20 cm，每次振搗時間則控制為30 s[5]。

3.3 溫控效果分析

在該次混凝土施工環(huán)節(jié)完成后，為檢驗(yàn)溫控效果的有效性，使用紅外測溫裝置對兩層承臺混凝土分別進(jìn)行測溫，得到測溫結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4中的測溫結(jié)果變化情況可知，在兩層承臺混凝土澆筑完成后，其均在第50～100 h時間段內(nèi)出現(xiàn)混凝土溫度的峰值，但相對而言，內(nèi)表溫差均處于較低水平，維持在10 ℃左右的范圍內(nèi)，有助于規(guī)避裂縫的產(chǎn)生。

4 應(yīng)用效果測試

在該次施工作業(yè)全部完成后，為檢驗(yàn)混凝土配合比研究及溫控技術(shù)措施的效果，研究人員對大體積混凝土裂縫問題進(jìn)行監(jiān)測，以分析技術(shù)應(yīng)用效果。通過對裂縫進(jìn)行監(jiān)測，得到裂縫監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3中的裂縫監(jiān)測結(jié)果知，在監(jiān)測周期內(nèi)，該大體積混凝土裂縫問題得到了有效控制，裂縫最大值也被抑制在0.2 mm以下，處于允許范圍之內(nèi)，這也證明了該次混凝土配合比合乎要求，溫控技術(shù)措施基本取得預(yù)期效果。

5 結(jié)束語

從實(shí)際測試結(jié)果來看，通過應(yīng)用上述兩方面的措施，該大體積混凝土未出現(xiàn)顯著的裂縫問題，裂縫最大值處于允許范圍內(nèi)，表明該次針對混凝土配合比優(yōu)化和混凝土溫控防裂兩方面的研究取得一定進(jìn)展，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可予以總結(jié)，并在后續(xù)的類似工程項(xiàng)目中做進(jìn)一步的推廣與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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