大體積混凝土施工及裂縫控制技術(shù)

卜蘭芬

中鐵二十局集團(tuán)第七工程有限公司（730030）

大體積混凝土施工及裂縫控制技術(shù)

卜蘭芬

中鐵二十局集團(tuán)第七工程有限公司（730030）

結(jié)合新建寶蘭客運(yùn)專線甘肅段BLTJ-8標(biāo)的新店子特大橋承臺的施工,分析大體積混凝土裂縫成因,從大體積混凝土的配制、施工、養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行控制，從而避免出現(xiàn)混凝土溫度裂縫，保證混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。

大體積混凝土；裂縫；成因；控制措施

1 工程概況

新建寶雞至蘭州鐵路客運(yùn)專線甘肅段BLTJ-8標(biāo)位于甘肅省通渭縣境內(nèi)，起訖里程為IDK852+ 136.35至IDK876+461，全線長23.715 km。新店子特大橋位于本標(biāo)段的終點,為跨越牛谷河而設(shè)，橋梁全長4 199.92m，中心里程為DK874+361.00。由于大體積混凝土表面積小,水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時，會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用,因此必須從根本上控制溫差，來保證施工的質(zhì)量。

2 大體積混凝土裂縫成因

2.1 溫度影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土是否開裂有著很大影響。特別是氣溫驟降，會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起混凝土變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。另外，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度可達(dá)65℃,并且有較長的延續(xù)時間。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差過大引起的混凝土裂縫。

2.2 水泥水化熱的影響

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚,表面系數(shù)相對較小，所以發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，水化熱越積越高，使內(nèi)外溫差增大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。水泥水化熱引起的溫升與混凝土結(jié)構(gòu)的厚度、單位體積水泥用量和水泥品種等有關(guān)。混凝土結(jié)構(gòu)的厚度愈大，水泥用量愈多，水泥的水化熱越大，則混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫升愈快。由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，隨著混凝土齡期的增長，其彈性模量和強(qiáng)度相應(yīng)不斷提高,對混凝土變形的約束也愈來愈強(qiáng)，即產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗此溫度應(yīng)力時，易產(chǎn)生溫度裂縫。

2.3 混凝土收縮變形的影響

在混凝土硬化之前,混凝土處于塑性狀態(tài)，如果上部混凝土的均勻沉降受到限制，如遇到鋼筋或大的混凝土骨料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，就容易形成一些不規(guī)則的混凝土塑性收縮性裂縫。

2.4 內(nèi)外約束條件的影響

大體積混凝土澆筑完畢后，當(dāng)溫度變化時受到下部地基的限制，因而產(chǎn)生外部的約束應(yīng)力。混凝土在早期溫度上升時，產(chǎn)生的膨脹變形受到約束面的約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)溫度下降時，則產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。若超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，混凝土將會出現(xiàn)垂直裂縫。

在全約束的條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形應(yīng)是溫差和混凝土膨脹系數(shù)的乘積。當(dāng)混凝土的變形超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時,混凝土結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。由于結(jié)構(gòu)不可能受到全約束，況且混凝土還有徐變變形，所以溫差在20～30℃情況下，也可能不產(chǎn)生裂縫。由此可見，降低混凝土的內(nèi)外溫差和改善其約束條件,是防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的重要措施。

3 大體積混凝土的配制

3.1 選擇材料

3.1.1 水泥及外加劑

采用祁連山水泥廠生產(chǎn)的525號散裝普通硅酸鹽水泥，28 d的水化熱為460.93 kJ。

外加劑采用緩凝泵送型UEA-M外加劑，它具有補(bǔ)償收縮功能,同時具有緩解泵送劑的性能，降低水化熱，可配制出不泌水、不離析、有良好可泵性的補(bǔ)償收縮混凝土。混凝土抗?jié)B標(biāo)號S30，達(dá)到抗裂防滲效果，其在高溫下(30℃以上)坍落度損失小。UEA-M外加劑的性能見表1。

表1 UEA-M外加劑的性能

3.1.2 骨料

采用5～40mm的石子，其比5～25mm粒徑的碎石或卵石混凝土可減少用水量6～8 kg/m3,降低水泥用量15 kg/m3，因而減少泌水、收縮和水化熱。此外，5～40mm石子要求針片狀少,顆粒級配符合篩分曲線要求。同時應(yīng)注意大粒徑骨料混凝土的離析，調(diào)整好級配設(shè)計，施工時加強(qiáng)振搗作業(yè)。這樣可以避免堵泵，減少砂率、水泥用量，提高混凝土強(qiáng)度。

采用中砂,其細(xì)度模數(shù)為2.79,平均粒徑0.381mm,它比采用細(xì)砂細(xì)度模數(shù)為2.12,平均粒徑為0.336mm時,每立方米混凝土減少用水量為20～25 kg/m3，水泥相應(yīng)也減少28～35 kg/m3,從而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。

混凝土中的砂石含泥量與混凝上的收縮有很大的關(guān)系。含泥量越大，對防裂越不利。含泥塊尤其有害，一般含泥塊3%～7%可增加收縮一倍(與含泥量為零比較)，會使混凝土的彈性模量和抗拉強(qiáng)度降低。因此，本工程采用含泥量不到1%的中砂和5～40mm粒徑的石子,同時不斷地做含泥量試驗，嚴(yán)格控制砂、石質(zhì)量。

3.1.3 攪拌用水

對攪拌用水采取降溫措施。施工期間正值夏季，室外最高氣溫高達(dá)40℃。針對這一狀況采用了貯水池內(nèi)加冰的方法，摻量為1：1，即每1 kg水中加入1 kg的冰，用冰屑水?dāng)嚢杌炷粒行У乜刂苹炷恋娜肽囟龋蛊溥_(dá)到30℃以下。

3.2 混凝土配合比

在進(jìn)行配合比設(shè)計時，要充分利用混凝土后期強(qiáng)度，以60 d強(qiáng)度代替28 d的設(shè)計強(qiáng)度，可使水泥用量減少40%～70%,溫度降低4～7℃。

采用泵送混凝土，坍落度控制在(150±20)mm，初凝時間控制在10 h以上，終凝時間為(20±2)h。優(yōu)化配合比后的混凝土材料見表2。

試驗強(qiáng)度符合要求。坍落度為140～160mm，符合泵送要求。水灰比為0.43，符合要求。

表2 優(yōu)化配合比后的混凝土材料

4 大體積混凝土施工

4.1 混凝土出機(jī)和入模溫度控制

由于本項目在夏季施工，故要求攪拌站將混凝土出機(jī)溫度控制在25℃左右。為此攪拌站對砂石料場、上料皮帶及主機(jī)進(jìn)行封裝，將液體外加劑儲存池設(shè)在地下，避免陽光直射；攪拌用水采用貯水池內(nèi)加冰的方法，用冰屑水?dāng)嚢杌炷粒辉谑┕がF(xiàn)場地給泵設(shè)置遮陽棚，混凝土輸送管用毛氈包裹并澆水降溫，控制澆筑的入模溫度不超過30℃；施工現(xiàn)場周圍定時灑水降溫;筏板鋼筋用草簾覆蓋。

在白天高溫期間用塑料布覆蓋混凝土斜面流淌部分，避免陽光直射，防止表面水分蒸發(fā)過快，保證混凝土初凝時間，避免出現(xiàn)冷縫。

4.2 混凝土攪拌

混凝土攪拌采用二次投料法，即在攪拌混凝土?xí)r，改變以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子進(jìn)行攪拌的方法。這種攪拌工藝又被稱為“裹砂法”。這種攪拌工藝的主要優(yōu)點是無泌水現(xiàn)象，混凝土上下層強(qiáng)度差減少，可有效地防止水分向石子與水泥砂漿面的集中，從而使硬化后的界面過渡層結(jié)構(gòu)致密、黏結(jié)加強(qiáng)。

4.3 混凝土運(yùn)輸

保證罐車均勻、連續(xù)供應(yīng)混凝土的需要,加強(qiáng)調(diào)度減少停滯時間，對罐車保溫、淋水降溫。

4.4 混凝土澆筑振搗

大體積混凝土的振搗采用二次振搗的方法，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，從而使混凝土抗壓強(qiáng)度提高10%～20%，同時提高混凝土的抗裂性。

4.5 混凝土泌水及表面處理

混凝土表面出現(xiàn)的泌水,主要以引流為主，將水引至排水溝流入集水坑。

對混凝土的表面處理在初凝前采用三次抹面刮平的方法以防止早期混凝土表面收縮裂縫的產(chǎn)生。初步按標(biāo)高用長尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，再用木楔打磨壓實，以閉合收水裂縫，約12 h后，覆蓋薄膜和麻袋充分澆水濕潤養(yǎng)護(hù)。

5 大體積混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)采用外蓄內(nèi)散綜合養(yǎng)護(hù)措施。外蓄是在混凝土表面覆蓋二層塑料薄膜和草袋，即先一層塑料薄膜，后二層麻袋，再一層塑料薄膜，以保證混凝土內(nèi)外溫度差不超過25℃。內(nèi)散是在混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻水管,在現(xiàn)場配置循環(huán)調(diào)溫水箱，使混凝土內(nèi)部降溫完全處于受控狀態(tài)，減少混凝土內(nèi)外溫差過大，確保混凝土的溫度應(yīng)力始終小于抗裂強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時間為20 d（不少于15 d），拆模后立即回填土或再用麻袋覆蓋保護(hù)。

6 結(jié)語

本工程通過采取以上技術(shù)措施，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計，精心組織施工，有效地控制了大體積基礎(chǔ)混凝土裂縫的產(chǎn)生，保證了工程質(zhì)量。經(jīng)過近一年的觀察，未發(fā)現(xiàn)裂縫，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]GB 50010-2011,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50496-2009,大體積混凝土施工規(guī)范[S].