大體積混凝土承臺施工控制措施

何 強

(中鐵二局第三工程有限公司,四川 成都 610031)

大體積混凝土截面尺寸大,熱阻大,水泥水化熱高,熱量聚集在內部不易散發,而表面散熱較快,這樣在混凝土內部和表層形成較大溫差,導致不均勻的溫度變形和溫度應力,一旦拉應力超過混凝土的即時抗拉強度,就會在混凝土內部或表面產生裂縫。如何有效控制大體積混凝土裂縫是施工中必須高度重視的重要技術問題之一。

1 工程概況

大溝河大橋位于江西省武吉高速公路。上部結構采用(55+110+55)m預應力混凝土連續剛構。下部結構橋墩為矩形薄壁空心墩群樁基礎,承臺結構尺寸為(16×8×6)m,混凝土設計強度等級為 C30,單個承臺的混凝土灌注數量達768m3。

2 施工控制措施

2.1 原材料選擇

(1)水泥:宜選用水化熱較低的水泥。本工程除考慮結構抗裂性外,還考慮了水泥來源及水泥用量≤300 kg/m3的要求,最終選用分宜海螺普通硅酸鹽水泥P.O 42.5。

(2)骨料:粗集料選擇吉安阜田石廠 5～31.5mm級配碎石(石灰巖);細集料選擇吉安高峰砂場中砂(河砂)。

(3)外加劑:選擇江西武冠 WG-FDN型高效緩凝減水劑,摻量 0.4%～1%,該劑減水率高,能有效降低混凝土水泥用量及用水量,從而降低混凝土的水化熱溫升;該劑的緩凝作用能減慢水泥水化初期的水化速度,使水化熱緩慢釋放,減小升溫幅度。

(4)粉煤灰:采用吉安華能電廠產Ⅱ級粉煤灰,摻量為水泥的 20%～35%。在混凝土中摻入粉煤灰可以改善混凝土的和易性,同時替代部分水泥用量,從而降低了總的水化熱。

2.2 配合比的優化

根據本工程施工操作特點,配合比設計參數選擇如下:

(1)混凝土的初凝時間不少于 210min。

(2)混凝土的砂率控制在30%～35%。

(3)坍落度控制在 70～110mm。

(4)水泥用量不超過 300 kg/m3。

經試驗室多次試配,優化后的配合比為:水泥∶碎石∶中砂∶水∶粉煤灰∶減水劑 =290 kg∶1075 kg∶752 kg∶138 kg∶94 kg∶3.5 kg,水膠比∶0.36。實測混凝土的坍落度為 90mm,初凝時間 230min,抗壓強度:3 d16.3MPa、5 d 20.6MPa、7 d 24.3 MPa、28 d 39.7MPa。

2.3 在結構物內預埋冷卻水管和布置測溫點

規范規定大體積混凝土施工期間的內外溫差不宜超過25℃。為降低混凝土的內部溫升,本工程采用了內部降溫法,即在混凝土內部預埋水管,通入冷卻水,利用循環冷卻水流將混凝土內部的水化熱適時適量地排出體外,借以對混凝土的溫升過程進行調控。

本工程承臺混凝土共布設5層冷卻水管,分別位于標高+0.75m、+1.75m、+2.75m、+3.75m、+4.75m處,層間距為 1.0m,冷卻水管縱橫向間距 1m。為保證循環冷卻水對結構物內部降溫的均勻性,冷卻水管每層按縱橫交錯布置(見圖 1)。冷卻水管采用內徑 5.0 cm的輸水鐵管,安裝時平面位置和每層高度可根據承臺內鋼筋布置情況做適當調整,定位利用承臺鋼筋所形成的網格框架。每層循環散熱管各設置一個進、出水口。安裝冷卻水管時做到管道暢通、接頭可靠,不漏水、不阻水。安裝完成后連續通水 15～20 h進行試驗檢測。

溫度測試采取在承臺混凝土中埋設K型測溫傳感器,在外部用 TM 914F數字溫度儀直接讀取溫度數值。測試傳感器在埋設時忌與鋼筋接觸。溫度測點的布置:通過在中心豎軸布置 1組測點,找出最大升溫點;平面按縱向間隔 3m、橫向間隔 2.5m設置;在豎向距承臺底 +1.0 m、+3.0m、+4.5m設置 3層測溫點;共計 45處測溫點(圖 1)。

2.4 混凝土施工

2.4.1 混凝土拌和、運輸

混凝土采用集中拌和,嚴格控制原材料投料順序及拌和時間(4min),確保混凝土配合比的準確性和施工的連續性。

混凝土運輸時間在任何情況下不得大于 180m in,對到達澆筑點超過 210m in的混凝土不得使用。混凝土運輸過程中不得任意摻加任何材料(水、外加劑等)。混凝土裝入運輸車時,要求每車測定坍落度,同時觀察混凝土的和易性、不得存在離析、分層等現象,坍落度不符合要求的混凝土不得出站。混凝土坍落度在運輸過程中損失超過 40mm或澆筑點溫度大于 30℃,不得澆筑。

圖1 循環冷卻水管布置示意

2.4.2 混凝土澆筑

本工程混凝土澆筑采用“分段分層施工,一個坡度(小于1:5),由低向高,薄層澆筑,循序漸進,均勻上升,一次到頂”的斜面滾動式澆筑方案(見圖 2)施工。先從結構端部開始澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。分層厚度 30 cm,分段距離以保證下層混凝土初凝前澆筑完上層混凝土,相鄰層前后澆筑錯開距離保持在 1.5m以上,澆筑層末端混凝土形成自然澆筑坡度。混凝土澆筑過程中,每層混凝土初凝前都確保被上層混凝土覆蓋,避免施工縫出現。

圖2 承臺混凝土澆筑分層示意

2.4.3 混凝土搗固

混凝土振搗時布置三道振搗,第一道設在混凝土的坡角,第二道設在混凝土的坡中間,第三道設在混凝土的坡頂,每道用 3臺插入式振搗器。三道振搗相互配合,確保振搗覆蓋整個坡面。插入式振搗棒振搗時插入下層混凝土中的深度應大于 50mm,振搗棒移動的間距以40 cm左右為宜,振搗棒要快插慢拔,對每一振動部位,必須振動到以混凝土停止下沉、不再冒氣泡、表面呈現平坦、泛漿密實為止。

(1)泌水處理:混凝土在澆筑、振搗過程中出現泌水和浮漿時,應改變混凝土澆筑方向形成集水槽及時將泌水排除以提高混凝土質量,減少結構表面裂縫及水紋。

(2)表面處理:由于泵送混凝土表面水泥漿較厚,在澆筑后 2～8h,初步按標高用長刮尺刮平,然后用木板反復壓數遍,使其表面密實,再用鐵面板收面后立即用塑料薄膜覆蓋。

2.5 混凝土澆筑期間的降溫控制

混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始通入冷卻水,冷卻水采用地下井水,通水24h要換一次進出口。為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升,在測量下層混凝土斷面平均溫度有明顯回升時下層混凝土開始二次循環冷卻通水降溫。為確保大體積混凝土內部均勻冷卻,冷卻水通水流量應達到 32～40 L/min,同時控制冷卻水流向,使冷卻水從混凝土高溫區域流向低溫區域。夏季進水溫度不超過 25℃,同時測量氣溫、混凝土澆筑溫度、冷卻水管進出水溫度,并作好記錄。

2.6 混凝土的后期養護

混凝土泌水結束、初凝前應進行多次搓壓防止面層起粉及塑性收縮。混凝土初凝后應及時覆蓋保濕材料和塑料薄膜進行養護。

混凝土澆筑24 h后開始拆除支架及模板,因大體積混凝土水化放熱會使溫度持續升高,在升溫的一段時間內應加強通水散熱,當混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以減小內外溫差。拆除模板于中午進行,此時氣溫為全天最高,混凝土內外溫差易控制在 25℃左右。

混凝土后期養護包括濕度和溫度兩個方面,本工程結構內部降溫采用循環冷卻水,直至混凝土內外溫差不超過 25℃時才停止內部降溫;結構外部采用均勻鋪設補水管并間隔均勻開孔,保持灑水濕潤以滿足水化所需水分。

混凝土澆筑后的 1～2 d,混凝土處于水化熱高峰期,澆筑后的 3～5 d,混凝土水化逐漸減弱,由升溫階段轉入降溫階段。因此后期養護溫度檢測:第 1～2 d每 2 h測 1次,第3～5 d每 4 h測 1次,以后時間每 8 h測 1次。根據測溫結果,確保混凝土內外溫差在 25℃以內。冷卻水管通水結束后應立即灌注 C40水泥漿封堵,并將伸出承臺頂面或四周的管道截除。

本工程混凝土中心溫度與表面溫度隨時間變化的實測結果表明,盡管施工過程中混凝土中心的最高溫度曾達到過70℃,但由于采取了各項有效的控制措施,整個施工過程中混凝土內部與表面的溫差均被成功地控制在 25℃內,避免了混凝土裂縫的產生。

3 結束語

大體積混凝土結構的施工技術與控制措施直接關系到混凝土結構抗裂性能及耐久性能,通過以上合理選擇原材料,優化混凝土配合比,科學組織施工及采取有效的溫控養護措施,達到了降低混凝土水化熱和提高混凝土抗裂性能目的。