建筑施工中的大體積混凝土澆筑技術

鄭永源

摘要:在重大工程項目和高層建筑施工中,通常混凝土一次澆筑量較大,這種大體積混凝土的澆筑極易出現裂縫,如果施工中不加以控制,會產生許多嚴重的后果。所以,在澆筑大體積混凝土的施工,一定要認真組織施工,合理安排施工工序,才能確保混凝土的質量。本文對大體積混凝土施工中的主要技術難點進行了簡要的闡述,提出了混凝土配合比設計、測溫養護的一些可供借鑒的方法。

關鍵詞:裂縫;降溫養護;澆筑方案

大體積混凝土施工的主要技術難點是防止混凝土表面裂縫的產生。造成大體積混凝土開裂的主要原因是干燥收縮和降溫收縮。處于完全自由狀態下的混凝土,出現再大的均勻收縮,也不會在內部產生拉應力。當混凝土處在地基等約束條件下時,內部就會產生拉應力,當拉應力超過當時混凝土的抗拉強度時,混凝土就會開裂。

大體積混凝土澆筑凝結后,溫度迅速上升,通常經3d-5d達到峰值,然后開始緩慢降溫。溫度變化產生體積脹縮,線脹縮值符合△L=Lo. a.△T的規律,這里線脹縮值數取1x10-5(1/0C)。因為混凝土的特點是抗壓強度高而抗拉強度低,而且混凝土彈性模量較低,所以升溫時體積膨脹一般不會對混凝土產生有害影響。但在降溫時其降溫收縮與干燥收縮疊加在一起時,處于約束條件下的混凝土常常會產生裂縫,起初的細微裂縫會引起應力集中,裂縫可逐漸加寬加長,最終破壞混凝上的結構性、抗滲性和耐久性。

混凝土降溫值=溫度+水化熱溫升值-環境溫度。其中溫升值的影響因素主要有水泥品種和用量、用水量、大體積混凝土的散熱條件(主要包括澆筑方法、混凝土厚度、混凝土各表面的能力和其它降溫措施)等。

為盡量發揮混凝土松弛對應力的抵消作用,同時避免在混凝土硬化初期驟然產生過大的應力,應該減慢降溫速度。一般規定,混凝土內外溫差不大于25℃,降溫速度不大于1.50C/ d.

該工程大體積混凝土的特點是:基礎厚1.2 m;基礎做了SBS防水;混凝土一次澆筑3800 m3;混凝土強度等級C40。

1 混凝土配合比設計

對配合比設計的主要要求是:既要保證設計強度,又要大幅度降低水化熱;既要使混凝土具有良好的和易性、可泵性,又要降低水泥和水的用量。

選用水化熱低的32.5MPa礦渣水泥,水泥用量僅為340kg/m3。

大摻量I級粉煤灰(國外高達30%)。摻量高達100kg/m3,占水泥用量的29%,占膠凝材料總量的21%。在大體積混凝土中摻粉煤灰是增加可泵性、節約水泥的常用方法。礦渣水泥本身就摻有20%-70%活性或惰性摻合料,再在礦渣水泥中摻近30%的粉煤灰,而且要配制大坍落度的C40混凝土,非常少見。這個摻量巳接近GBJ 146-9,粉煤灰混凝土應用技術規范的規定的上限。

2 混凝土的澆筑方案選用

全面分層,采取二次振搗方案。混凝土初凝以后,不允許受到振動。混凝土尚未初凝(剛接近初凝再進行一次振搗,稱二次振搗),這在技術上是允許的。二次振搗可克服一次振搗的水分、氣泡上升在混凝土中所造成的微孔,亦可克服一次振搗后混凝土下沉與鋼筋脫離,從而提高混凝土與鋼筋的握裹力,提高混凝土的強度、密實性和抗滲性。

全面分層,二次振搗方案就是當下層混凝土接近初凝時再進行一次振搗,使混凝土又恢復和易性。這樣,當下層混凝土一直澆完42m后,再澆上層,不致出現初凝現象。此方案雖然技術上可行,也有利于保證混凝土質量,但需要增加人力和振動設備,是否采用應做技術經濟比較。

3 預測溫度、設計養護方案

在約束條件和補償收縮措施確定的前提下,大體積混凝土的降溫收縮應力取決于降溫值和降溫速率。降溫值=澆筑溫度+水化熱溫升值-環境溫度。

為了防止大體積混凝土裂縫的產生,通過計算預測了混凝土的澆筑溫度、混凝土溫升值的可能產生應力,并據此制定了降低澆筑溫度腔制溫升值措施,預先制定減緩降溫速率的方案和一旦出現意外情況的應急措施。

3.1 計算混凝土內最大溫升

據資料介紹,有三種計算公式,其一為理論公式:

△Tmax= WcxQx(1-e- nt) x￡ (1)

另一個為經驗公式:

△Tmax = Wc/10+ FA/50 (2)

當混凝土厚度超過3m時,計算值與實測值偏差過大。建議把上述經驗公式改為:

△Tmax =Wc x Q x 0 .83/Cб+FA/50 (3)

公式(1)可計算各個齡期混凝土中心溫升,從而計算每個溫度區段內產生的應力,還可找出達到溫升峰值的齡期,從而推定采取養護措施的時間。但在介紹該公式的資料中并沒有詳細說明其適用范圍。

該公式似乎未能把大體積混凝土的散熱條件和平面尺寸的影響因素充分考慮進去。如能根據不同情況調整m和￡的取值,可能會使計算值更接近實際。

在該工程中,按公式(1)計算的結果與后來的實測值偏差較大,升溫峰值出現的時間也比實測值偏后。據了解,其它工程的計算也有類似情況。

公式(2)計算較簡便,在該工程中計算值較實測值偏差較小,但無法據此計算應力,也找不出升溫峰值出現的時間。因該工程混凝土厚度是1.2 m,若按公式(3)計算,計算值最接近實測值。

三個公式,三種結果。在考慮施工、養護方案時,均按最不利的情況考慮,以求穩妥。

3.2混凝土中心溫度值T1=T2+△T(t),

因為△T(t)計算值較高,夏季的澆筑溫度T1應采取措施降下來。如果不采取水中加冰等降溫措施,計算得:

混凝土拌合溫度:

Tc=∑Ti.Wi.。Ci/∑Wi.Ci=29.1℃。

混凝土出機溫度:

Tj=Tc-0.16(Tc-Td)=30.1℃。

混凝土澆筑溫度:

Tj-T1+(Tq-T1) (A1+A2+…)=29.7℃。

這個溫度是晝夜平均澆筑溫度,如果白天最高氣溫是35℃,這時的澆筑溫度Tj = 31.4℃。為了降低Tj,采取如下措施:料場石子進倉前用涼水沖洗,水泥在筒倉內存放15d以上,晴天泵管用濕巖棉被覆蓋,氣溫高時拌合水中加冰降溫。其中,拌合水中加冰效果最好。

可見,每使混凝土澆筑溫度下降1℃,平均要使拌合水溫下降近6℃。要使混凝土澆筑溫度下降3℃,至少每m3混凝土要加0℃冰40 kg.無論如何,在工程中實際澆筑溫度Tj,都不能超過32℃。

4 確定保溫材料的厚度,預測混凝土表面溫度

據公式(3)計算,混凝土中心最大溫升達47 .3℃,假如澆筑溫度是30℃,混凝土中心溫度將達77.3℃。如果環境平均溫度Tq=(35 +23)/2=29℃。兩者平均溫差將有48.3℃,這是無論如何不能允許的。解決辦法是在混凝土開始降溫時,在其表面覆蓋保溫材料,使表層混凝土溫度提高,達到減小混凝土內表溫差的目的。

一般規定:混凝土內表溫差T1-T2≤25℃對于較厚的混凝土,此溫差值可適當放寬。

由此可見,即使在炎熱的夏季,大體積混凝上在降溫階段要“保溫”養護。

經過計算,提出兩種養護方案供施工時選擇。

一種是蓋一層塑料薄膜和一層3cm厚的防水巖棉被。

另一種是蓄水2cm-12cm養護,深度隨當時混凝土內外溫差增減。前者的優點是保溫性能較好,可縮小混凝土內表溫差,減慢降溫速度,從而有利于混凝土抗裂,但缺點是可能因降溫速度過慢而延長養護時間;但如遇環境溫度驟降造成混凝土內表溫差過大時,較難采取臨時加強保溫的措施。

5 結語

基礎大體積混凝土施工,一次澆筑量大,厚度大,強度等級高,在夏季炎熱天氣施工,技術難度大。混凝土澆筑后,經過3個星期保溫保濕養護,效果理想。

要施工好超厚、高強度等級的大體積混凝土,關鍵要有一個先進的混凝土配合比,有一套嚴謹的施工組織設計,有一套科學的養護工藝,有一種嚴謹的工作作風。

配制大體積混凝土,關鍵在于水化熱要低,大摻量I級粉煤灰和低用量的礦渣32.5MPa水泥相結合是該工程成功的關鍵之一。它有效地降低了水化熱,提高了可泵性,從而提高了表層混凝土的強度。

在大體積混凝土的濕熱養護條件下,混凝土早期強度發展得很好,有效地防止了混凝土裂縫的出現。

微膨脹劑確實起到了補償收縮作用。根據計算,自降溫開始,混凝土表層就應該出現拉應力。可是在實測中,始終未測到拉應力。除混凝土松弛,養護階段沒發生干縮外,微膨脹劑功不可沒。

大體積混凝土施工,養護和澆筑同樣重要。保濕是前提,控制降溫速度是關鍵,監測是根據。

總之,大體積混凝土是目前施工中應用較多的一項新技術,只要嚴格施工規范,仔細落實每一個施工環節,認真妥善地作好澆筑完的保溫工作,該項技術是完全可以取得滿意的效果。

參考文獻

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