大体积混凝土施工措施

王 寒

(中铁七局郑州公司 河南郑州 450052)

1 概述

随着建筑业的高速发展,大体积混凝土广泛应用于桥梁和高层建筑,大体积混凝土的质量与结构安全息息相关,大体积混凝土常见的质量问题就是混凝土结构产生裂缝。为了防止裂缝,不仅要控制大体积混凝土内部最高温度和内外温差,还要从改善结构约束条件,混凝土性能等方面进行控制。笔者结合多年的施工经验,谈谈有关桥梁大体积混凝土的施工技术。

2 大体积混凝土的特点

大体积混凝土,具有结构厚、体形大、混凝土用量多、施工技术要求高等特点。这类大体积混凝土结构,由外荷载引起的裂缝的可能性较小。但由于水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化和混凝土收缩而产生的温度应力和收缩应力很容易使其产生裂缝。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害。

由于大体积混凝土工程的条件比较复杂,施工情况各异,再加上原材料的材质差异较大,因此控制温度变形裂缝就不是单纯的结构理论问题,而是涉及结构计算、构造设计、材料组成及其物理力学性能以及施工工艺等多学科的综合性问题。

3 大体积混凝土施工措施

3.1 原材料的选择

选择合适的混凝土原材料,优化混凝土配合比有利于减少大体积混凝土的裂缝。

3.1.1 使用低热水泥并尽量降低水泥用量

大体积混凝土产生温度裂缝的主要原因是水泥水化产生的水化热。由于矿物成分及掺加混合材料数量不同,水泥的水化热差异比较大,铝酸三钙和硅酸三钙含量高的,水化热亦高,而混合材料掺量多的水泥水化热则较低。为降低水化热、减小体积变形,大体积混凝土一般应使用水化热较低的中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。同时,在满足强度的要求下,尽量降低水泥用量。通常有多种方法可以达到这个目的,如选用级配良好的骨料、采用后期强度作为设计强度、掺入混合料和减水剂等。因此,使用低热水泥和降低水泥用量能有效控制大体积混凝土的内部最高温度,降低混凝土的内外温差,减少大体积混凝土的裂缝。

3.1.2 骨料选择

粗骨料宜优先选用自然连续级配和碎石。连续级配骨料配制混凝土具有较好的和易性,可以适当减少水泥用量,达到相应的强度,使混凝土均匀、密实、抗裂性能好。

细骨料宜选用中粗砂。通过试验表明每立方混凝土能够减少水泥用量 20—25kg。通常,每立方混凝土减少 10kg水泥,在绝热温升中,温度就会降低1℃。

3.1.3 掺加粉煤灰

掺加粉煤灰可以有效改善混凝土的干缩性,也可以降低混凝土的水化热。粉煤灰是大体积混凝土中防裂效果最好的一种外加剂。但粉煤灰的掺量不宜过大。否则会出现早期强度低、低温泌水大的缺点。

3.2 优化配合比

大体积混凝土配合比的原则是在满足强度要求的同时,尽量减少水泥用量,提高混凝土的流动性,改善混凝土的和易性。尤其是对混凝土和易性中的流动性和保水性,要反复进行试验,以选出比较合适的配合比。

3.3 施工措施

采用合适的施工措施不仅能节约建筑成本,还能有效降低大体积混凝土内外的温差,有效地减少温度裂缝的产生,提高大体积混凝土的质量。

3.3.1 分层浇筑

为了有效降低大体积混凝土的内外温差,在大体积混凝土施工过程中,常采用分层浇筑。分层浇筑又可分为全面分层法、斜面分层法两种浇注方案。全面分层法能够使混凝土均匀散热,不宜产生垂直裂缝,但要求混凝土的拌和、运输能够满足混凝土在初凝前连续浇筑,不产生水平施工缝;斜面分层法适用于平面尺寸较大但厚度较小的结构物。

3.3.2 降低浇筑温度

降低浇筑温度可以降低温差从而减小温度应力,其措施主要有预冷骨料(水冷法、气冷法等)和加冰搅拌等。浇筑时间最好安排在低温季节或夜间。若在高温季节施工,则应采取减小混凝土温度回升的措施,譬如尽量缩短混凝土的运输时间、加快混凝土的入仓覆盖速度、缩短混凝土的暴晒时间、混凝土运输工具采取隔热遮阳措施等。对于泵送混凝土的输送管道,应全程覆盖并洒以冷水,以减少混凝土在泵送过程中吸收太阳的辐射热,最大限度地降低混凝土的入模温度。在桥梁大体积混凝土的施工中比较实用的措施是做好水泥散热工作、对骨料浇水冷却及减小运输距离等。

3.3.3 埋设冷却水管

冷却水管大多采用直径为 25mm左右的钢管,按照中心距 1.5—3m交错排列,水管上下层间距宜为 1.5—3m,并设有进水孔和出水孔,在进水孔和出水孔口处设有测温装置,用以测量水的实际温度。通水流量一般为 14—20L/min,内埋冷却水管的接头必须密封,防止水泥浆漏入堵管,可在水管布设完成后通水实验,无渗漏水方为合格。冷却管出口、入口每端加长 0.3m,便于通水制冷。

承台内部埋设测温元件,利用温度计测量测温管内的温度,可测量承台顶面、中部、底部的温度。测温元件直接安装在相应位置的钢筋上,安装应牢固、可靠,不得发生移位。测温元件利用测温线将其引出,与专用的测温计连接,测温线伸出承台上表面0.5m。以石武客专郑州黄河公铁两用桥 68号墩承台为例,布置冷却管和测温装置如下图所示。

在混凝土的升温阶段每 2小时测温一次,降温阶段每 6小时测温一次,并同时测定环境温度,直至温度稳定为止。加强混凝土内外测温监测工作,严格控制内外温差在 20℃内。当温差超过 20℃时就要及时采取措施,加强通水或覆盖,待温差明显减小为止。

4 养护措施

要尽量长时间保持混凝土湿润状态,避免干缩,使混凝土能够增长强度以抵抗开裂应力。当表面可能干燥很快时,必须连续充分湿润养护以求获得好的表面强度。目前,大体积混凝土常用的养护方法是保温隔热法。采用的表面保温材料包括:保温被、不吸水的泡沫塑料板、草袋、砂层保温等。冬季施工时,可搭设保温棚。

保温的目的主要是为了减少混凝土表面的热扩散,减小混凝土表面的温度梯度,延长散热时间,充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性,防止产生表面裂缝。保湿养护的作用,一是浇筑不久尚处于凝固硬化阶段的混凝土。水化的速度较快,适宜的潮湿条件可防止混凝土表面的脱水而产生收缩裂缝。二是混凝土在保温及潮湿条件下可使水泥的水化作用顺利进行,提高混凝土的抗拉强度。

[1]铁路砼工程施工质量验收补充标准[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[2]汪正荣.建筑施工计算手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.