浅谈高温下大体积混凝土的浇筑技术

杨军文

1 工程概况

凫州大桥位于南沙经济开发区,南北向跨越凫州水道,是连接南沙环岛西路与龙穴岛龙穴大道(港区段)的城市干道。起讫里程为K0+000～K4+200,路线总长4.2 km,桥梁长2.774 km,桥梁最大跨度130 m,总投资7亿多元,设计为双向六车道。主墩承台平面尺寸为9.5 m×35.9 m,厚度为4 m,属于大体积混凝土构筑物。

工程特点是:1)气温高,按工期和施工进度要求,承台需在炎热的夏季浇筑混凝土,而当时的气温高达42℃;2)结构体积大,主墩承台(C30)外型尺寸(长×宽×高)为 35.9 m×9.5 m×4.0 m。因此,除必须满足混凝土强度和耐久性等要求外,其关键是确保混凝土的工作性能,控制混凝土结构的最高温升及其内外温差,防止结构出现有害裂缝。

2 施工技术措施

由于拉森钢板桩围堰,并用吊装式的钢沉箱相结合,刚性好,因此由于底座不均匀沉降引起和外荷载引起的裂缝的可能性很小,而混凝土硬化期间水化过程释放的水化热和浇筑温度所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用,由此产生的温度应力和收缩应力,是导致结构出现裂缝的主要因素。因此,主要采用各种措施以控制水化热,降低混凝土出机温度以控制浇筑温度,并采取保温养护等综合措施来控制混凝土结构内部的最高温升及其内外温差,控制裂缝并确保高温情况下顺利浇筑。

2.1 限制水泥用量降低混凝土内部水化热

1)选择水泥。选用水化热较低的P.O32.5普通硅酸盐水泥,其早期的水化热与同龄期的普通硅酸盐水泥相比,3 d的水化热约可低30%。2)掺加磨细粉煤灰。在每立方米混凝土中掺加粉煤灰10 kg,不仅可以改善混凝土的粘聚性和和易性,还可以降低灰水比,从而降低了因混凝土水化热而引起混凝土结构内部最高温升,也就相应地降低混凝土结构的内外温差。根据有关试验资料表明,每立方米混凝土的水泥用量每增减10 kg,其混凝土的温度相应升降1℃～1.2℃。3)选用优质外加剂。为达到既能减水缓凝,又使坍落度损失小的要求,经比较,最后选用了湛江FDN-5型高效减水剂,可减少拌合用水10%左右,相应也减少了水泥用量,降低了混凝土水化热。综合上述因素,考虑高温和近海风力较大等因素造成的混凝土坍落度损失较快,把出机坍落度控制在14 cm±2 cm之间,并用少方量运输,采用每辆水泥搅拌车的运输方量为3 m3～5 m3,缩短出机到浇筑完成之间的时间;并且由于采用了“双掺技术”(缓凝减水剂和磨细粉煤灰),延缓了凝结时间,减少了坍落度损失,改善了混凝土和易性,使得混凝土在高温条件下能够顺利浇筑。通过采取这些保证措施,在保证结构混凝土强度的基础上,保证混凝土的工作性能既符合设计要求又能满足施工的要求。

2.2 用原材料降温控制混凝土出机温度

根据由搅拌前混凝土原材料总热量与搅拌后混凝土总热量相等的原理,可求得混凝土的出机温度 T,说明混凝土的出机温度与原材料的温度成正比,为此对原材料采取降温措施:

1)在集料堆场的上方搭盖凉棚,避免了太阳直接暴晒碎石、砂等集料而导致混凝土出仓温度过高;2)将堆场石子连续浇水,使其温度自浇水前的48℃降至浇水后的38℃,且可使碎石预先吸足水分,最大限度地控制混凝土在出机后的坍落度损失;3)虽然混凝土中水的用量较少,但它的比热最大,故在搅拌混凝土用的贮水池上方搭设凉棚,从而降低了水温。

2.3 保持连续均衡供应,控制混凝土浇筑温度

1)混凝土施工有全面的组织计划,认真做好准备工作,有足够施工设备:搅拌站包括50 m3/h拌合系统一套(另现场配置的35 m3/h拌合系统一套作备用),保证混凝土施工能连续进行。2)为不使混凝土输送过程中温度过高,在混凝土搅拌运输车的搅拌鼓外侧经常淋水,以达到降温的效果。3)混凝土浇筑前,在模板、钢筋和底座上淋水以达到降温的目的,并保证在混凝土浇筑时没有附着水。在混凝土浇筑期间,也在模板外侧(高出水面的位置的模板)反复淋水降温。4)混凝土浇筑采取斜面分层浇筑,错开层与层之间浇筑推进的时间以利下层混凝土散热,但严格控制上下层之间浇筑时间差,以不超过混凝土初凝时间和不出现施工“冷缝”为控制标准,组织混凝土施工。在浇筑表面层混凝土时,组织好人力及时修整,以防止表面产生裂纹。在混凝土初凝前,再用木抹子搓平压实,以免表面出现龟裂和收水裂缝。

2.4 加强混凝土保湿保温养护

混凝土修整后,立即用湿润的麻袋覆盖混凝土的表面,初凝后立即洒水养护,混凝土终凝后采用以下的养护措施:

1)采用蓄水法保温养护,蓄水深度10 cm以上,使混凝土得到有效的养护。2)预埋冷却管。钢筋安装时,在构筑物的内部预埋φ 6镀锌冷却管,并采取措施防止冷却管堵塞。在承台混凝土施工和养护期间通入冷却循环水,以便加快承台内部热量的散发,同时为保证冷却水温度控制可靠、流量调节方便,将循环水管的一端接到蓄水池,另一端接至承台面,使冷却水养护循环往复,有效地控制承台混凝土的内外温差。

2.5 通过监控,及时掌握混凝土温度动态变化

为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值,确保混凝土构件的内外温差符合规范要求。在施工过程中,我们在承台内埋设15个测温点,采用L形布置。每次测温时,同时使用两个便于读数的100℃的红色水银温度计,一根埋置于承台混凝土的中心位置,测量混凝土中心的最高温度,另一根置于承台上表面以下100 mm处,测量混凝土的表面温度,测温管的表面均露出混凝土表面100 mm,并做好记录,如果内外温差超出规范要求,采取加大冷却管内水的流量,确保混凝土构件内部温升与表面温度的变化值。1)温度监控的最终目的是为了掌握混凝土内部的实际最高温升值和混凝土中心至表面的温度梯度,我们通过采取以上的施工措施,保证了构件的内部与表面的温差小于25℃(符合规范要求)。2)温度是直接关系整个混凝土基础质量的关键。为了客观地反映混凝土温度状况,我们进行原材料温度、出机温度、入模温度、自然温度、混凝土内部温度、混凝土表面温度等项目的测试,便于及时调整温控措施。经实测混凝土内外温差在16℃～22℃之间,保证规范要求的内部与表面的温差小于25℃要求,且很少发现混凝土表面有裂缝情况。部分收集的数据如下:太阳底下的温度为 46℃、棚内温度为 42℃、原材料温度为38℃、出机温度为 42℃、入模温度为 43℃、混凝土内部温度为56℃～70℃、混凝土表面温度为48℃。

3 效果及结论

通过一些施工控制措施,解决了一些施工上的技术难题,大体积现浇混凝土施工存在的混凝土入模温度难以控制,混凝土内外温差过大等一系列问题得以控制;避免结构出现温度裂缝和施工裂缝(仅表面有个别收水裂缝),所有构件的质量验收均达到合格或以上,为今后高温下大体积现浇混凝土的施工提供了一套较完整的施工工艺和质量控制技术,积累了宝贵的经验。

[1] 公路工程水泥混凝土试验规程[S].

[2] 混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[3] 公路桥涵施工技术规范[S].

[4] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[5] 金荣庄,尹相忠.市政工程质量通病及防治[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.