摘 要: C 4 0 厚大體積混凝土澆筑, 為避免混凝土產(chǎn)生有害的結(jié)構(gòu)裂紋，在原材料選用與配合比設(shè)計(jì)，混凝土澆注施工控制，混凝土內(nèi)部溫度檢測(cè)及表面養(yǎng)護(hù)、混凝土內(nèi)部降溫等方面采取了有效的措施。
關(guān)鍵詞:厚大體積混凝土 施工 裂紋 水化熱 措施
中圖分類(lèi)號(hào):T U 7 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):1672-3791(2007)04(a)-0216-02
1 工程概況
某某工程為目前國(guó)內(nèi)施工跨度、斷面最大的地下工程,開(kāi)挖寬度為44.4 米, 高度為13.74 米,斷面最大為573 平方米；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗沖擊、防震要求高,抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)為S8 級(jí),鋼筋密集,二次被覆混凝土按復(fù)合式設(shè)計(jì)施工。被覆混凝土厚度拱頂為3.0~1.0 米不等,邊墻為3.0~2.0 米,一次灌注量為680~1740 立方米（每次被覆長(zhǎng)度10 米）,屬厚大體積C40 混凝土,混凝土澆筑施工難度大。該工程混凝土總量近100000.00 立方米,且混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40,給混凝土施工帶來(lái)極為不利的因素,其主要表現(xiàn)為：(1)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高,為降低混凝土內(nèi)部最高溫度和控制混凝土內(nèi)外溫差在規(guī)范范圍內(nèi)(25℃)比較困難。(2)每次混凝土施工數(shù)量大?，F(xiàn)澆施工,水泥水化熱不易散失。(3)混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高,必然存在早強(qiáng)與緩凝,高流態(tài)與低收縮,高水泥用量及低水化熱等突出矛盾。(4)外部自然條件差,由于施工現(xiàn)場(chǎng)處于亞熱帶海洋氣候,晝夜溫差大,天氣炎熱,最高氣溫達(dá)到40℃以上。(5)為保證其工作性,滿足泵送,就必須滿足易于澆注,搗實(shí)而不離析,長(zhǎng)期保持的力學(xué)性能。
2 C40大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)及試配
由于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高,為防止混凝土產(chǎn)生溫度裂紋等結(jié)構(gòu)裂紋（表面裂紋和縱向貫穿裂紋）,就必然從降低混凝土溫度應(yīng)力和提高混凝土本身抗拉性能等方面綜合考慮,其主要和有效的措施是降低混凝土的水化熱。因此, 必須作好原材料的合理選取、配合比的最優(yōu)化設(shè)計(jì)和試配工作的有效可行。
2.1 原材料選用
水泥：C 4 0 厚大體積混凝土宜選用水化熱較低的水泥,該工程為業(yè)主指定供給海南國(guó)投水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5R 早強(qiáng)型火巖水泥。
細(xì)骨料：對(duì)本工程附近不同產(chǎn)地的河砂,進(jìn)行對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)后,采用質(zhì)量穩(wěn)定,細(xì)度模數(shù)MX=2.84~3.05,大于5mm 的顆粒占總量的8.2%,大于10mm 占3.7%,小于0.15mm的顆粒少于1% 的中砂。
粗骨料：在采用可以良好泵送的前提下,選用5~20mm 連續(xù)粒徑的級(jí)配碎石。
摻合料：并為了減少水泥用量, 采用粉煤灰等量替代作用,粉煤灰采用海口電廠生產(chǎn)的二級(jí)粉煤灰,其各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
其主要目的是降低水化熱, 增加混凝土和易性,控制溫升速度,推移混凝土內(nèi)部溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間,且能夠大幅度的提高混凝土后期強(qiáng)度。
外加劑：為解決混凝土早強(qiáng)與緩凝, 高流態(tài)與低收縮的矛盾性,經(jīng)過(guò)性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)和與水泥相溶性鑒別, 選用湛江F D N - 2 0 0 0 、F D N - P 、三亞恒通U N F - 1 U N F - 3 A 減水劑；珠海 CSP-7 超塑化劑。通過(guò)配合比試驗(yàn),選定珠海 CSP-7 超塑化劑。
2.2 試配及施工配合比的確定
成立C40 混凝土配合比試驗(yàn)QC 小組,經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)工作,并根據(jù)該工程的特點(diǎn)和厚大體積混凝土施工技術(shù)要求,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行工作性能、經(jīng)濟(jì)性能及施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等全面分析,找出了工作性佳,經(jīng)濟(jì)效益明顯的C40 混凝土的施工配合比。
3 根據(jù)試驗(yàn)及水化熱計(jì)算對(duì)施工進(jìn)行溫度預(yù)測(cè)分析
根據(jù)確定的配合比中原材料用量和攪拌前混凝土原材料總的熱量與攪拌后總熱量相等的原則, 可計(jì)算混凝土的出機(jī)溫度。但在實(shí)際中,離散性很大,我們以混凝土實(shí)測(cè)溫度為準(zhǔn)。從2002 年8 月1 日~8 月30 日我們統(tǒng)計(jì)的資料分析,混凝土平均入模溫度為33.5℃。
混凝土中心最高溫升估算：
大體積混凝土中心的最高溫度的峰值經(jīng)驗(yàn)公式[1]：T 0 = T + C α式中：T 0 為混凝土中心的最高溫度,℃；T 為混凝土澆注入模時(shí)的溫度, ℃；C 為每m 3 混凝土水泥用量, K g / m 3；α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù), 采用普通水泥時(shí)α = 0 .105。
根據(jù)以上公式和配合比中的水泥用量,若混凝土入模溫度為33.5℃,則混凝土中心最高溫度為T(mén)0=T+C α =33.5+452 × 0.105 ≈8 1 ℃。通過(guò)上面的計(jì)算可以看出：混凝土內(nèi)部絕熱溫升非常高,必須采取一定的溫控措施。
根據(jù)多組試驗(yàn)配合比的性能試驗(yàn)、施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護(hù)方法,采用建立數(shù)據(jù)庫(kù),利用回歸分析曲線,對(duì)混凝土施工期溫度升高與時(shí)間變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),提供結(jié)構(gòu)變化與混凝土溫度的相對(duì)關(guān)系,及混凝土齡期內(nèi)溫度的變化關(guān)系,進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)的優(yōu)化方案選擇。根據(jù)計(jì)算及方案論證, 初步擬定采用噴養(yǎng)護(hù)膜或鋪塑料膜的養(yǎng)護(hù)方案,并在混凝土施工時(shí),在混凝土內(nèi)埋設(shè)二層φ50鍍鋅鋼管,通循環(huán)水對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行降溫處理的方法。
4 大體積混凝土施工方案
4.1 混凝土澆筑方法
由于混凝土設(shè)計(jì)厚度大,被覆臺(tái)架采用萬(wàn)能桿件拼裝為整體可行走式,用50T 千斤頂進(jìn)行高程調(diào)整。且每次灌注混凝土數(shù)量大,內(nèi)部水化溫升偏高, 內(nèi)表溫差和降溫頻率不易控制,故混凝土澆筑時(shí)采用連續(xù)澆筑,間隔時(shí)間不能大于2.0 小時(shí)。混凝土罐車(chē)運(yùn)輸,輸送泵灌注, 分層搗固。并為了保證混凝土澆筑質(zhì)量,混凝土澆注前根據(jù)混凝土拌合站的生產(chǎn)能力,確定了混凝土的澆筑順序?yàn)檠貎蓚?cè)拱腳對(duì)稱(chēng)、勻速灌注；每次灌注長(zhǎng)度為10m?；炷翝仓凉绊敃r(shí),封頂采用有壓封頂,從內(nèi)往外逐層移動(dòng)輸送管,并保證混凝土與基巖的完全密閉。
4.2 混凝土的拌合
為充分使用原有設(shè)備,節(jié)約投資,考慮本混凝土拌合、運(yùn)輸系統(tǒng)的匹配,根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備情況,選擇4 臺(tái)0.5m3 拌合機(jī)作為拌合站,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和計(jì)劃施工進(jìn)度要求對(duì)機(jī)械進(jìn)行合理調(diào)整和儲(chǔ)備。
骨料分別儲(chǔ)存。水泥采用袋裝水泥, 人工裝入攪拌機(jī)料斗。外加劑人工計(jì)量裝入拌合機(jī)；水采用自動(dòng)計(jì)量泵計(jì)量加入；砂石骨料使用裝載機(jī)裝入自動(dòng)稱(chēng)料機(jī)稱(chēng)量后,用上料皮帶送入拌合機(jī)。拌合機(jī)拌合完畢后, 卸料進(jìn)混凝土罐車(chē)。
混凝土的制備程序?yàn)樵牧蟽?chǔ)存→稱(chēng)量→配料→攪拌→卸料。原材料包括水泥、外加劑和砂混凝土拌合能力計(jì)算。
本拌合站配備4 臺(tái)0.5m3 的強(qiáng)制式拌合機(jī), 其生產(chǎn)能力為：Q h= 6 0 V N K / （t 1+ t 2+ t 3）式中 Qh 為小時(shí)生產(chǎn)能力。m 3/ h ；V 為拌合機(jī)容量, 按出料0.45m3 計(jì)；N 為拌合機(jī)臺(tái)數(shù), 4 臺(tái)；t1 為裝料時(shí)間,可取0.25~0.33min,取0.3 3 m i n ；t2 為卸料時(shí)間,可取0.17~0.33min,取0.3 3 m i n ；t1 為凈攪拌時(shí)間,可取2.5min；K 為時(shí)間利用系數(shù),一般可取0.85~0.9;生產(chǎn)能力為：Q h=60VNK/（t 1+t2+t 3）
=60*0.45*4*0.9/（0.33+0.33+2.5）=31m3/h。
4.3 混凝土的運(yùn)輸和灌注
混凝土運(yùn)輸采用5臺(tái)6.0立方米的混凝土罐車(chē),施工時(shí),4 臺(tái)罐車(chē)分別對(duì)2 臺(tái)輸送泵進(jìn)行供料, 一臺(tái)備用。灌注采用沿兩側(cè)拱腳對(duì)稱(chēng)、勻速灌注, 及時(shí)分層搗固, 同時(shí)不能漏搗,但也不能過(guò)搗,以免離析,且在搗固時(shí)不能破壞冷凝管接頭和被覆鋼筋結(jié)構(gòu),以免冷凝管內(nèi)通水時(shí),大量水流沖刷混凝土,產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。
4.4 混凝土內(nèi)部降溫處理措施
為了控制混凝土內(nèi)部溫度升高速度,推移混凝土內(nèi)部溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間,減少混凝土內(nèi)表溫度差,經(jīng)過(guò)方案論證,采用在混凝土灌注體內(nèi)埋設(shè)二層φ50鍍鋅鋼管,通循環(huán)水對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行冷卻降溫處理的方法。其冷凝管布置見(jiàn)附圖1 。
混凝土灌注3 小時(shí)起開(kāi)始通循環(huán)冷卻水,并對(duì)進(jìn)出口水溫進(jìn)行測(cè)量,每2 小時(shí)改變一次水流方向,以保證混凝土內(nèi)部上下層間溫差不能超標(biāo)。
4.5 混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)
在被覆混凝土鋼筋上沿混凝土環(huán)向等間距布置9 個(gè)溫度感應(yīng)片,運(yùn)用便攜式溫度儀進(jìn)行溫度測(cè)量,每2 小時(shí)測(cè)溫一次,并進(jìn)行結(jié)果分析。
由圖2 實(shí)際測(cè)溫曲線可以看出：（1）混凝土澆注大約2-3 天出現(xiàn)溫度峰值,峰值最高溫度為74.3℃,比理論計(jì)算值低8.7℃；（2）隨后在三天內(nèi)溫峰稍有下降,保持較高溫度3~4天后,開(kāi)始緩慢下降；（3）繼續(xù)冷凝通水10d后, 混凝土內(nèi)部溫度下降到警戒線溫度, 即：混凝土表面溫度與混凝土中心溫度之差小于25℃;（4）連續(xù)通水降溫14d 后,混凝土內(nèi)部溫度便可控制在40℃以下,停止通水后,跟蹤測(cè)溫兩個(gè)月,混凝土內(nèi)部溫度保持在40℃左右浮動(dòng),基本達(dá)到溫控目的。便可放心拆模進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
4.6 混凝土的養(yǎng)護(hù)
由于該工程結(jié)構(gòu)跨度大,每次澆筑混凝土數(shù)量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（一般為2~3 天）根據(jù)設(shè)計(jì)要求,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90% 后才能脫模；故混凝土養(yǎng)護(hù)分三階段進(jìn)行。
第一階段：混凝土澆筑期間同時(shí)通循環(huán)冷卻水進(jìn)行內(nèi)部降溫處理根據(jù)混凝土澆筑速度和混凝土結(jié)構(gòu)形式, 拱腳混凝土斷面大；并根據(jù)溫度測(cè)定結(jié)果顯示,混凝土內(nèi)部散熱不均勻。因此,混凝土在灌注3 小時(shí)后即通循環(huán)冷卻水進(jìn)行內(nèi)部降溫處理,且每2 小時(shí)進(jìn)行水流換向, 以期混凝土內(nèi)層和外層溫度趨于平衡。
第二階段：混凝土澆筑完畢后的養(yǎng)護(hù)階段根據(jù)軸力測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果,混凝土澆筑后7 天才能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90% 以上,即混凝土在澆筑完成后至脫模前的養(yǎng)護(hù),除通循環(huán)冷卻水進(jìn)行內(nèi)部降溫處理外,在混凝土側(cè)面噴灑溫水,以預(yù)防溫度裂紋。
第三階段：混凝土后期養(yǎng)護(hù)臺(tái)架脫模后,在混凝土表面和側(cè)面噴灑養(yǎng)護(hù)劑,同時(shí)通循環(huán)冷卻水進(jìn)行內(nèi)部降溫處理,直至測(cè)定內(nèi)表溫差在規(guī)范范圍內(nèi)。
5 混凝土的監(jiān)測(cè)結(jié)果
混凝土澆筑溫度為22~28℃,混凝土灌注和養(yǎng)護(hù)期間環(huán)境溫度為20~25℃。被覆混凝土溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：拱腳混凝土厚度達(dá)到2.0 米以上部分在灌注后24～28 小時(shí)時(shí)達(dá)到最高溫度58.3℃~30.7℃,面層混凝土溫度35℃~38℃左右,拱頂部分混凝土斷面較小部分, 溫度峰值僅53℃左右。
6 施工中應(yīng)注意的問(wèn)題
混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)連續(xù),不能出現(xiàn)施工縫。保證混凝土搗固密實(shí),嚴(yán)格控制混凝土搗固時(shí)間、移動(dòng)距離和插入深度,嚴(yán)禁漏振和過(guò)振。保證混凝土的供應(yīng), 確保不出現(xiàn)冷縫。作好混凝土的養(yǎng)護(hù)和溫度檢測(cè)工作,及時(shí)對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋分析。作好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào), 保證施工按計(jì)劃進(jìn)行。
7 結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的厚大體積混凝土施工（施工5 環(huán),計(jì)44 米,4000.00 余方）及檢測(cè)、觀察, 該大體積混凝土施工、養(yǎng)護(hù)的方案可行, 混凝土未出現(xiàn)溫度裂紋等質(zhì)量病害。由此可見(jiàn)大體積厚混凝土施工在采取合理的技術(shù)措施、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾砗涂茖W(xué)組織情況下, 完全可以控制溫度裂紋和施工縫的發(fā)生,從而達(dá)到自防水抗?jié)B自密的良好效果。
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