大體積混凝土的施工

呂利春

大體積混凝土是指最小斷面尺寸大于1 m以上的混凝土結構,其尺寸已經達到必須采取相應的技術措施來處理溫度差值,合理解決溫度應力并控制裂縫開展的混凝土結構。

本工程概況:本期改擴建工程是在已拆除的1號、2號、3號機組場地建設2×300mW級機組,場地狹小,施工條件復雜。我們施工的2號汽機基礎位于汽機房○12軸～○16軸間,基礎長30250mm,最窄處寬9400mm,最寬處13600mm,基礎底板厚3000mm,為樁筏板復合基礎,下面由37根φ 800灌注樁錨入巖石內承受上部荷載,混凝土總量約1000m3。因基礎厚度較大,設計考慮到混凝土溫升引起的樁基對混凝土底板的外部約束,在冷凝器中心線處留一條2500mm的后澆帶,后澆帶用雙層鐵絲網隔離,克服由于溫度變化而可能產生的裂縫,后澆帶要求21 d后再次澆筑將結構連接成整體。

混凝土結構裂縫產生的原因主要有三種:1)外部荷載引起的;2)由結構次應力引起的;3)由變形應力引起的。這其中變形應力主要是溫度、收縮膨脹、不均勻沉降引起結構變形,當產生的應力超過混凝土抗拉強度時就產生裂縫。大體積混凝土結構中由于結構截面大,水泥用量多,水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮作用,由此產生的溫度收縮應力是導致大體積鋼筋混凝土產生裂縫的主要原因。

為了防止混凝土裂縫的發生,在施工中根據本工程特點及本地的物質條件,采用以下幾條措施:

1)采用預留后澆帶,釋放部分變形;2)摻減水緩凝劑以降低水泥用量,加速混凝土散熱;3)摻入AEA混凝土微膨脹劑,補償混凝土的收縮變形;4)采用塑料薄膜加麻袋片保溫保濕;5)采用預埋測溫管對混凝土進行24 h嚴格監控測溫,及時處理溫度超差,把混凝土中心與表面的溫度差控制在不大于25℃。

具體施工中有如下考慮。

1 材料選擇

1)水泥:采用42.5普通硅酸鹽水泥,降低水化熱。

2)粗骨料:采用碎石,粒徑10mm～30mm,含泥量不大于1%,選用粒徑較大、級配良好的石子配制混凝土,和易性好,強度高。

3)細骨料:采用中砂,平均粒徑大于 0.5mm,含泥量不大于2%。選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的混凝土比采用細砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右,同時相應減少水泥用量,使水泥水化熱減少。

4)粉煤灰:由于混凝土的澆筑方式為泵送,為了改善混凝土的和易性便于泵送,考慮摻加適量的二級粉煤灰,粉煤灰摻量為45 kg/m3。

5)外加劑:選用高效泵送劑及AEA混凝土微膨脹劑,AEA摻量為水泥用量的10%。

6)材料選定后按施工要求送實驗室進行試配,混凝土坍落度為130mm～160mm,初凝時間為6 h～8 h。

2 混凝土溫度計算

混凝土為大體積混凝土,水泥水化熱引起的混凝土內部溫度可按如下公式計算:

其中,Tmax為混凝土最高絕熱溫升;W為每立方米混凝土的水泥用量,取290 kg/m3;Q為每千克水泥28 d的累計水化熱,查《大體積混凝土施工》表,Q=354 kJ/kg;C為混凝土比熱,取0.96 kJ/(kg?K);ρ為混凝土容重,取 2400 kg/m3。

混凝土最高絕熱溫升:Tmax=WQ/Cρ=290×354/(0.96×2400)=44.6℃。

混凝土內部中心溫度:

其中,Th為混凝土內部中心溫度;Tj為混凝土澆筑溫度(按多次測量資料,有日照時混凝土溫度比當時溫度高7℃～9℃,無日照時混凝土溫度比當時溫度高3℃～5℃,當時氣溫為20℃,我們按27℃計);ζ為不同澆筑混凝土塊厚度的溫度系數,3 m厚取0.73。混凝土內部中心溫度:Th=Tj+Tmax×ζ=27+44.6×0.73=59.6℃。

混凝土溫度在澆筑后第3天達到最高,實測最高溫度為63℃,與計算值接近,采取措施以保證內外溫差小于25℃。

3 混凝土澆筑

混凝土采用全自動混凝土攪拌站進行攪拌,混凝土罐車運輸至現場使用地泵進行澆筑,澆筑時采用斜面分層澆筑,斜面分層厚度為500mm,每澆筑完一層后方可進行第二層澆筑,上層混凝土必須在前一層混凝土初凝前進行覆蓋,以避免混凝土冷縫的出現。混凝土澆筑連續進行,出灰口處配置4臺振搗器,2臺振搗器主要負責下部斜坡流淌處振搗密實,另外2臺振搗器主要負責頂部混凝土振搗。振搗棒插入間距不大于500mm,快插慢拔,振搗上層時棒插入下層混凝土50mm以上,至表面無明顯氣泡為止。

混凝土罐車運至現場后有專職人員留取混凝土試塊,現場按每澆筑100m3制作3組試塊,1組壓7 d強度,1組壓28 d強度歸技術檔案資料用,1組仍作14 d強度備用。及時測取混凝土的坍落度及入模溫度,以便保證混凝土的澆筑質量和控制溫差。

及時排除混凝土表面的泌水,在混凝土澆筑至設計標高后,當表面混凝土初凝前在表面撒一層洗凈的碎石并用平板振搗器進行二次振搗,使石子全部嵌入混凝土內,減小表面因骨料下沉而形成的砂漿層厚度,并能釋放部分水化熱,二次振搗后及時用木抹子搓平,用鐵板壓光后再用塑料薄膜及麻袋覆蓋,以達到保濕保溫的目的。

4 混凝土測溫、養護

測溫點布置圖見圖1。

混凝土測溫采用測溫管,用鋼管制成的測溫管埋設時按照測溫點布置圖埋設,一端封死,管底超過混凝土中心100mm,上口高出混凝土表面100mm,管內灌水,配備專職人員用溫度計每隔2 h測出管內水溫及混凝土表面的溫度,認真做好測溫記錄,以便控制混凝土表面和中心的溫差不大于25℃,沒有溫度異常。在養護過程中,電廠排水明渠的水溫為60℃,用3臺泵抽取進行養護,很好的控制了混凝土表面的溫度及溫差。

大體積混凝土施工最主要的就是控制溫度應力裂縫的產生,因此需要從材料選擇上、技術措施等有關環節做好充分的準備工作,才能保證大體積混凝土順利施工。在本次汽機基礎的施工中采用的方法正確,措施得力,經質監及監理的檢查驗收,未出現裂縫,施工質量優良。

[1]張軍紅,師旭超.大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].山西建筑,2009,35(8):139-140.