淺談高溫下大體積混凝土的澆筑技術(shù)

楊軍文

1 工程概況

鳧州大橋位于南沙經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),南北向跨越鳧州水道,是連接南沙環(huán)島西路與龍穴島龍穴大道(港區(qū)段)的城市干道。起訖里程為K0+000～K4+200,路線總長4.2 km,橋梁長2.774 km,橋梁最大跨度130 m,總投資7億多元,設(shè)計為雙向六車道。主墩承臺平面尺寸為9.5 m×35.9 m,厚度為4 m,屬于大體積混凝土構(gòu)筑物。

工程特點是:1)氣溫高,按工期和施工進(jìn)度要求,承臺需在炎熱的夏季澆筑混凝土,而當(dāng)時的氣溫高達(dá)42℃;2)結(jié)構(gòu)體積大,主墩承臺(C30)外型尺寸(長×寬×高)為 35.9 m×9.5 m×4.0 m。因此,除必須滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性等要求外,其關(guān)鍵是確保混凝土的工作性能,控制混凝土結(jié)構(gòu)的最高溫升及其內(nèi)外溫差,防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害裂縫。

2 施工技術(shù)措施

由于拉森鋼板樁圍堰,并用吊裝式的鋼沉箱相結(jié)合,剛性好,因此由于底座不均勻沉降引起和外荷載引起的裂縫的可能性很小,而混凝土硬化期間水化過程釋放的水化熱和澆筑溫度所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用,由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力,是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。因此,主要采用各種措施以控制水化熱,降低混凝土出機(jī)溫度以控制澆筑溫度,并采取保溫養(yǎng)護(hù)等綜合措施來控制混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的最高溫升及其內(nèi)外溫差,控制裂縫并確保高溫情況下順利澆筑。

2.1 限制水泥用量降低混凝土內(nèi)部水化熱

1)選擇水泥。選用水化熱較低的P.O32.5普通硅酸鹽水泥,其早期的水化熱與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比,3 d的水化熱約可低30%。2)摻加磨細(xì)粉煤灰。在每立方米混凝土中摻加粉煤灰10 kg,不僅可以改善混凝土的粘聚性和和易性,還可以降低灰水比,從而降低了因混凝土水化熱而引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部最高溫升,也就相應(yīng)地降低混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。根據(jù)有關(guān)試驗資料表明,每立方米混凝土的水泥用量每增減10 kg,其混凝土的溫度相應(yīng)升降1℃～1.2℃。3)選用優(yōu)質(zhì)外加劑。為達(dá)到既能減水緩凝,又使坍落度損失小的要求,經(jīng)比較,最后選用了湛江FDN-5型高效減水劑,可減少拌合用水10%左右,相應(yīng)也減少了水泥用量,降低了混凝土水化熱。綜合上述因素,考慮高溫和近海風(fēng)力較大等因素造成的混凝土坍落度損失較快,把出機(jī)坍落度控制在14 cm±2 cm之間,并用少方量運輸,采用每輛水泥攪拌車的運輸方量為3 m3～5 m3,縮短出機(jī)到澆筑完成之間的時間;并且由于采用了“雙摻技術(shù)”(緩凝減水劑和磨細(xì)粉煤灰),延緩了凝結(jié)時間,減少了坍落度損失,改善了混凝土和易性,使得混凝土在高溫條件下能夠順利澆筑。通過采取這些保證措施,在保證結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,保證混凝土的工作性能既符合設(shè)計要求又能滿足施工的要求。

2.2 用原材料降溫控制混凝土出機(jī)溫度

根據(jù)由攪拌前混凝土原材料總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等的原理,可求得混凝土的出機(jī)溫度 T,說明混凝土的出機(jī)溫度與原材料的溫度成正比,為此對原材料采取降溫措施:

1)在集料堆場的上方搭蓋涼棚,避免了太陽直接暴曬碎石、砂等集料而導(dǎo)致混凝土出倉溫度過高;2)將堆場石子連續(xù)澆水,使其溫度自澆水前的48℃降至澆水后的38℃,且可使碎石預(yù)先吸足水分,最大限度地控制混凝土在出機(jī)后的坍落度損失;3)雖然混凝土中水的用量較少,但它的比熱最大,故在攪拌混凝土用的貯水池上方搭設(shè)涼棚,從而降低了水溫。

2.3 保持連續(xù)均衡供應(yīng),控制混凝土澆筑溫度

1)混凝土施工有全面的組織計劃,認(rèn)真做好準(zhǔn)備工作,有足夠施工設(shè)備:攪拌站包括50 m3/h拌合系統(tǒng)一套(另現(xiàn)場配置的35 m3/h拌合系統(tǒng)一套作備用),保證混凝土施工能連續(xù)進(jìn)行。2)為不使混凝土輸送過程中溫度過高,在混凝土攪拌運輸車的攪拌鼓外側(cè)經(jīng)常淋水,以達(dá)到降溫的效果。3)混凝土澆筑前,在模板、鋼筋和底座上淋水以達(dá)到降溫的目的,并保證在混凝土澆筑時沒有附著水。在混凝土澆筑期間,也在模板外側(cè)(高出水面的位置的模板)反復(fù)淋水降溫。4)混凝土澆筑采取斜面分層澆筑,錯開層與層之間澆筑推進(jìn)的時間以利下層混凝土散熱,但嚴(yán)格控制上下層之間澆筑時間差,以不超過混凝土初凝時間和不出現(xiàn)施工“冷縫”為控制標(biāo)準(zhǔn),組織混凝土施工。在澆筑表面層混凝土?xí)r,組織好人力及時修整,以防止表面產(chǎn)生裂紋。在混凝土初凝前,再用木抹子搓平壓實,以免表面出現(xiàn)龜裂和收水裂縫。

2.4 加強(qiáng)混凝土保濕保溫養(yǎng)護(hù)

混凝土修整后,立即用濕潤的麻袋覆蓋混凝土的表面,初凝后立即灑水養(yǎng)護(hù),混凝土終凝后采用以下的養(yǎng)護(hù)措施:

1)采用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù),蓄水深度10 cm以上,使混凝土得到有效的養(yǎng)護(hù)。2)預(yù)埋冷卻管。鋼筋安裝時,在構(gòu)筑物的內(nèi)部預(yù)埋φ 6鍍鋅冷卻管,并采取措施防止冷卻管堵塞。在承臺混凝土施工和養(yǎng)護(hù)期間通入冷卻循環(huán)水,以便加快承臺內(nèi)部熱量的散發(fā),同時為保證冷卻水溫度控制可靠、流量調(diào)節(jié)方便,將循環(huán)水管的一端接到蓄水池,另一端接至承臺面,使冷卻水養(yǎng)護(hù)循環(huán)往復(fù),有效地控制承臺混凝土的內(nèi)外溫差。

2.5 通過監(jiān)控,及時掌握混凝土溫度動態(tài)變化

為及時掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值,確保混凝土構(gòu)件的內(nèi)外溫差符合規(guī)范要求。在施工過程中,我們在承臺內(nèi)埋設(shè)15個測溫點,采用L形布置。每次測溫時,同時使用兩個便于讀數(shù)的100℃的紅色水銀溫度計,一根埋置于承臺混凝土的中心位置,測量混凝土中心的最高溫度,另一根置于承臺上表面以下100 mm處,測量混凝土的表面溫度,測溫管的表面均露出混凝土表面100 mm,并做好記錄,如果內(nèi)外溫差超出規(guī)范要求,采取加大冷卻管內(nèi)水的流量,確保混凝土構(gòu)件內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值。1)溫度監(jiān)控的最終目的是為了掌握混凝土內(nèi)部的實際最高溫升值和混凝土中心至表面的溫度梯度,我們通過采取以上的施工措施,保證了構(gòu)件的內(nèi)部與表面的溫差小于25℃(符合規(guī)范要求)。2)溫度是直接關(guān)系整個混凝土基礎(chǔ)質(zhì)量的關(guān)鍵。為了客觀地反映混凝土溫度狀況,我們進(jìn)行原材料溫度、出機(jī)溫度、入模溫度、自然溫度、混凝土內(nèi)部溫度、混凝土表面溫度等項目的測試,便于及時調(diào)整溫控措施。經(jīng)實測混凝土內(nèi)外溫差在16℃～22℃之間,保證規(guī)范要求的內(nèi)部與表面的溫差小于25℃要求,且很少發(fā)現(xiàn)混凝土表面有裂縫情況。部分收集的數(shù)據(jù)如下:太陽底下的溫度為 46℃、棚內(nèi)溫度為 42℃、原材料溫度為38℃、出機(jī)溫度為 42℃、入模溫度為 43℃、混凝土內(nèi)部溫度為56℃～70℃、混凝土表面溫度為48℃。

3 效果及結(jié)論

通過一些施工控制措施,解決了一些施工上的技術(shù)難題,大體積現(xiàn)澆混凝土施工存在的混凝土入模溫度難以控制,混凝土內(nèi)外溫差過大等一系列問題得以控制;避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫和施工裂縫(僅表面有個別收水裂縫),所有構(gòu)件的質(zhì)量驗收均達(dá)到合格或以上,為今后高溫下大體積現(xiàn)澆混凝土的施工提供了一套較完整的施工工藝和質(zhì)量控制技術(shù),積累了寶貴的經(jīng)驗。

[1] 公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程[S].

[2] 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[5] 金榮莊,尹相忠.市政工程質(zhì)量通病及防治[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.