大体积混凝土的施工

吕利春

大体积混凝土是指最小断面尺寸大于1 m以上的混凝土结构,其尺寸已经达到必须采取相应的技术措施来处理温度差值,合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。

本工程概况:本期改扩建工程是在已拆除的1号、2号、3号机组场地建设2×300mW级机组,场地狭小,施工条件复杂。我们施工的2号汽机基础位于汽机房○12轴～○16轴间,基础长30250mm,最窄处宽9400mm,最宽处13600mm,基础底板厚3000mm,为桩筏板复合基础,下面由37根φ 800灌注桩锚入岩石内承受上部荷载,混凝土总量约1000m3。因基础厚度较大,设计考虑到混凝土温升引起的桩基对混凝土底板的外部约束,在冷凝器中心线处留一条2500mm的后浇带,后浇带用双层铁丝网隔离,克服由于温度变化而可能产生的裂缝,后浇带要求21 d后再次浇筑将结构连接成整体。

混凝土结构裂缝产生的原因主要有三种:1)外部荷载引起的;2)由结构次应力引起的;3)由变形应力引起的。这其中变形应力主要是温度、收缩膨胀、不均匀沉降引起结构变形,当产生的应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。大体积混凝土结构中由于结构截面大,水泥用量多,水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,由此产生的温度收缩应力是导致大体积钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。

为了防止混凝土裂缝的发生,在施工中根据本工程特点及本地的物质条件,采用以下几条措施:

1)采用预留后浇带,释放部分变形;2)掺减水缓凝剂以降低水泥用量,加速混凝土散热;3)掺入AEA混凝土微膨胀剂,补偿混凝土的收缩变形;4)采用塑料薄膜加麻袋片保温保湿;5)采用预埋测温管对混凝土进行24 h严格监控测温,及时处理温度超差,把混凝土中心与表面的温度差控制在不大于25℃。

具体施工中有如下考虑。

1 材料选择

1)水泥:采用42.5普通硅酸盐水泥,降低水化热。

2)粗骨料:采用碎石,粒径10mm～30mm,含泥量不大于1%,选用粒径较大、级配良好的石子配制混凝土,和易性好,强度高。

3)细骨料:采用中砂,平均粒径大于 0.5mm,含泥量不大于2%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右,同时相应减少水泥用量,使水泥水化热减少。

4)粉煤灰:由于混凝土的浇筑方式为泵送,为了改善混凝土的和易性便于泵送,考虑掺加适量的二级粉煤灰,粉煤灰掺量为45 kg/m3。

5)外加剂:选用高效泵送剂及AEA混凝土微膨胀剂,AEA掺量为水泥用量的10%。

6)材料选定后按施工要求送实验室进行试配,混凝土坍落度为130mm～160mm,初凝时间为6 h～8 h。

2 混凝土温度计算

混凝土为大体积混凝土,水泥水化热引起的混凝土内部温度可按如下公式计算:

其中,Tmax为混凝土最高绝热温升;W为每立方米混凝土的水泥用量,取290 kg/m3;Q为每千克水泥28 d的累计水化热,查《大体积混凝土施工》表,Q=354 kJ/kg;C为混凝土比热,取0.96 kJ/(kg◦K);ρ为混凝土容重,取 2400 kg/m3。

混凝土最高绝热温升:Tmax=WQ/Cρ=290×354/(0.96×2400)=44.6℃。

混凝土内部中心温度:

其中,Th为混凝土内部中心温度;Tj为混凝土浇筑温度(按多次测量资料,有日照时混凝土温度比当时温度高7℃～9℃,无日照时混凝土温度比当时温度高3℃～5℃,当时气温为20℃,我们按27℃计);ζ为不同浇筑混凝土块厚度的温度系数,3 m厚取0.73。混凝土内部中心温度:Th=Tj+Tmax×ζ=27+44.6×0.73=59.6℃。

混凝土温度在浇筑后第3天达到最高,实测最高温度为63℃,与计算值接近,采取措施以保证内外温差小于25℃。

3 混凝土浇筑

混凝土采用全自动混凝土搅拌站进行搅拌,混凝土罐车运输至现场使用地泵进行浇筑,浇筑时采用斜面分层浇筑,斜面分层厚度为500mm,每浇筑完一层后方可进行第二层浇筑,上层混凝土必须在前一层混凝土初凝前进行覆盖,以避免混凝土冷缝的出现。混凝土浇筑连续进行,出灰口处配置4台振捣器,2台振捣器主要负责下部斜坡流淌处振捣密实,另外2台振捣器主要负责顶部混凝土振捣。振捣棒插入间距不大于500mm,快插慢拔,振捣上层时棒插入下层混凝土50mm以上,至表面无明显气泡为止。

混凝土罐车运至现场后有专职人员留取混凝土试块,现场按每浇筑100m3制作3组试块,1组压7 d强度,1组压28 d强度归技术档案资料用,1组仍作14 d强度备用。及时测取混凝土的坍落度及入模温度,以便保证混凝土的浇筑质量和控制温差。

及时排除混凝土表面的泌水,在混凝土浇筑至设计标高后,当表面混凝土初凝前在表面撒一层洗净的碎石并用平板振捣器进行二次振捣,使石子全部嵌入混凝土内,减小表面因骨料下沉而形成的砂浆层厚度,并能释放部分水化热,二次振捣后及时用木抹子搓平,用铁板压光后再用塑料薄膜及麻袋覆盖,以达到保湿保温的目的。

4 混凝土测温、养护

测温点布置图见图1。

混凝土测温采用测温管,用钢管制成的测温管埋设时按照测温点布置图埋设,一端封死,管底超过混凝土中心100mm,上口高出混凝土表面100mm,管内灌水,配备专职人员用温度计每隔2 h测出管内水温及混凝土表面的温度,认真做好测温记录,以便控制混凝土表面和中心的温差不大于25℃,没有温度异常。在养护过程中,电厂排水明渠的水温为60℃,用3台泵抽取进行养护,很好的控制了混凝土表面的温度及温差。

大体积混凝土施工最主要的就是控制温度应力裂缝的产生,因此需要从材料选择上、技术措施等有关环节做好充分的准备工作,才能保证大体积混凝土顺利施工。在本次汽机基础的施工中采用的方法正确,措施得力,经质监及监理的检查验收,未出现裂缝,施工质量优良。

[1]张军红,师旭超.大体积混凝土裂缝成因及控制措施[J].山西建筑,2009,35(8):139-140.