刍议市政工程大体积混凝土施工过程控制对策

2015-10-31李育楠

建材与装饰 2015年20期

关键词：水化骨料市政工程

李育楠

（福建继昌建筑工程有限公司）

刍议市政工程大体积混凝土施工过程控制对策

李育楠

（福建继昌建筑工程有限公司）

随着我国现代化建设不断向前推进，大体积混凝土结构将越来越多的应用于大型市政工程建设，本文基于此，首先简述了大体积混凝土的结构特点，然后重点论述了在市政工程施工过程中大体积混凝土的影响因素，最后给出了大体积混凝土施工过程的控制对策，望给相关的工程人员提供一定的参考价值。

大体积混凝土；结构特点；影响因素；控制对策

1　引言

随着我国经济体系的不断完善，国家对于基础设施的投入力度也不断增大，我国城市中的大型乃至特大型市政工程的数量开始呈现出飞速发展的趋势，相应的大体积混凝土工程数量也越来越多。大体积混凝土工程往往具有长度、宽度、厚度尺寸较大、浇筑面和浇筑工作量较大、整体性要求高、不允许留施工缝等一系列特点，对相关工程人员和施工技术提出了较高的要求，特别是在浇筑过程中，大体积混凝土的往往会在构件内部产生较大的水化热量，形成40℃以上的内外温差，从而对形成的贯穿混凝土表面的收缩裂缝。在这样的背景下，如何做好大体积混凝土施工过程的控制工作，值得相关的工程人员进一步深思。

2　市政工程中大体积混凝土结构特点简述

现阶段的市政工程中，大体积混凝土主要应用在大型立交桥、交通隧道等一系列领域。除了长度、宽度、厚度尺寸较大、浇筑面和浇筑工作量较大等显著特点以外，大体系混凝土还具有以下结构特点：

2.1容易产生不均匀变形

大体积混凝土的主要成分包括骨料、水泥石、水、气体等，属于非匀质材料，在市政工程施工过程，尤其是隧道等地下工程的施工过程中，大体积混凝土容易在温度、湿度等条件下产生不均匀的变形，例如骨料收缩、水泥石收缩等等，由于分子之间的约束力，这种不均匀的体积变形不能无限扩大，导致混凝土内部产生粘结微裂缝或水泥石微裂缝。

2.2混凝土拉应力过大

大体积混凝土施工过程中，作用在大体积混凝土结构的静荷载或动荷载会产生应力，水泥水化热的温度应力亦会在较长的时间内与大体积混凝土发生反应，相较于普通混凝土结构而言，大体积混凝土的混凝土拉应力明显较大，在上述因素的共同作用下，易导致施工过程中混凝土结构产生裂缝。

2.3混凝土抗拉强度较低

大体积混凝土的抗拉强度相较于抗压强度而言相对较低，大约只有抗压强度的15%，这就意味着大体积混凝土的可拉伸性和可变形性相较于普通混凝土而言更逊色，但另一方面，大体积混凝土的结构断面大，施工过程中水泥用量也更大，浇筑完成后，水泥水化释放出的大量水化热由于缺乏有效的内部散温措施，往往会形成超过40℃以上的内外温差，进而导致体积变化。一旦体积变化所形成的拉应力超过了大体积混凝土的抗拉强度，就极易导致市政工程施工中出现渗漏、蜂窝面等问题。

2.4结构构件断面尺寸与受力存在差异

在大体积的混凝土结构中，结构构件断面尺寸与受力往往存在一定的差异，容易导致构件的刚度和配筋量与设计值存在较大的区别。另一方面，大体积混凝土的基础内部相较于普通混凝土结构而言更为复杂，所需要的配筋量和钢筋直径也更大。例如某市政工程决定在市中心周围修建大型环城立交桥，考虑到具体的工程条件，设计中混凝土的体积大约需要8000m3，钢筋用量约为7.5t，但在实际施工中，由于采用整体承台分段的方式，混凝土使用量和钢筋用量均有着显著的增加，这种设计值与施工值的区别，容易导致整个工程的部分结构中存在一定的安全隐患。

3　市政工程大体积混凝土施工过程的影响因素分析

3.1水化热的影响

大体积混凝土施工过程中，水泥的水化热会对施工过程中的温度产生重要的影响。试验表明，每克普通硅酸盐水泥放出的热量大约为500J，考虑到市政工程大体积混凝土的截面尺寸较大，这部分水化热在施工的1～3d内达到顶峰，大约为总热量的50%，而整个内部结构的温度则会在浇筑后的3～5d内达到峰值。在上述所述的升温阶段，由于大体积混凝土会充分硬化，因此所产生的拉应力也较低，可能会引起混凝土表面产生微小裂缝，但随着水泥水化热放出的热量达到峰值以及水泥龄期的增长，混凝土的弹性模量也不断增强，对于混凝土降温收缩产生的变形的约束力也不断上升，当混凝土的抗拉强度与约束力不能匹配时，就容易产生如图2所示的温度裂缝。

图1　大体积混凝土水化热曲线

图2　混凝土内外温差产生的应力示意图

3.2外界气温变化的影响

大体积混凝土的内部温度是由三部分的温升叠加过程的，具体包括水化热的绝热温升、浇筑温度的变化以及内部结构物的散热温度。考虑到温差所引起的温度变形会形成温度应力，故市政工程施工过程中，外界环境如果为夏季高温条件，那么大体积混凝土内部的最高温度可能会达到60℃以上，如果是市政隧道工程的施工，那么由于地下通气情况较差，工程中形成的温度应力将会对混凝土内部分子结构产生不可逆转的损坏。如果市政工程施工时外界温度过低但混凝土降温幅度过大，即气温骤降时，会使得外层混凝土与内部混凝土的温度梯度过大，容易形成贯穿大体积混凝土结构的贯穿裂缝，这一现象在大型立交桥的桥墩、桥面等大体积结构中出现的更为明显。

3.3施工操作不当的影响

市政工程施工中操作不当对大体积混凝土工程产生的影响具体可划分为三个方面：①施工过程操作存在错误，容易造成混凝土强度不足、产生裂缝等等，包括大型市政隧道工程未采取钢筋加强措施、结构部分模板未进行制成、混凝土拆模过早等等。②混凝土振捣方式选择不当，例如路桥类市政工程中未能根据桥梁结构选择合适的振捣方式，造成混凝土振捣过程中分层离析现象较为严重，出现的表面浮浆会使得混凝土开裂，甚至导致所竣工的路桥混凝土结构厚薄交界处出现较宽的裂缝。③缺乏合适的混凝土养护工作，大型立交桥、环城公路等大型市政工程如果混凝土浇筑完成后未能及时进行潮湿养护工作，暴露在外的较大表面积容易使得表面水分迅速蒸发，如果所在城市处于湿度较低或是外界温度较高等恶劣条件下，极有可能产生干缩裂缝。

4　市政工程大体积混凝土施工工程的控制对策刍议

4.1加强材料的选择与控制工作

市政工程大体积混凝土的施工中，加强材料的选择与控制工作对于保障工程质量有着重要意义。在材料的选择方面，施工人员应尽可能选择中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸水泥，有效降低水泥的水化热。在材料的控制方面，施工人员可在满足混凝土强度的基础上，适当降低水泥用量，并添加磨细粉煤灰、矿渣粉等材料以减少绝热条件下混凝土的温度上升幅值，延缓凝结时间。如某市政工程对于温度控制有较高要求，施工人员还应当根据硬化混凝土收缩等性能指标适当添加合适的外加剂，从而延迟水化热释放速度，并采用避免冷接缝的方式提升大体积混凝土施工的流动性。

4.2降低骨料温度及控制混凝土入模温度

降低骨料温度及混凝土入模温度可以有效防止因外界气温变化和水化热对混凝土内部温度的影响，具体可从以下几个方面着手：①提升骨料的堆放高度，同时在骨料仓和混凝土的运输车辆上搭设防晒棚，避免高温条件下阳光直射造成骨料温度显著上升。②采用合适的降温方式控制仓库温度，确保水泥在搅拌站的入机温度不高于60℃，避免浇筑后水泥放出的水化热过高影响混凝土使用性能。如有条件，也可使用专门的温度可控的仓库进行市政工程的材料堆放。③在夏季天气对大型市政工程进行浇筑时，需要将混凝土入模温度控制在35℃以下，可考虑采用遮盖、洒水、拌冰屑等方式降低混凝土的原材料温度，冬季施工时，则需要适当采用热水拌和、加热骨料等方式适当提升混凝土的温度，确保混凝土入模温度不低于5℃。

4.3合理分层分块浇筑

大体积混凝土的施工需要在保证施工质量的基础上，最大限度降低裂缝产生的可能行，因此，采用合理的浇筑方式进行混凝土分层分块浇筑就显得极其重要，以路桥类市政工程为例，大体积混凝土的浇筑厚度需要根据振捣器的作用深度及混凝土的和易性来进行选择，常见的浇筑厚度为300～500mm。常用的分层分块浇筑方式包括整体分层连续浇筑和推移式连续浇筑两种，浇筑过程中需要严格控制浇筑的每一步的时间间隔，确保层间最长的间歇时间不应大于混凝土的初凝时间，避免因浇筑热量不稳定而形成施工缝。在混凝土供应量能够得到保障的情况下，浇筑人员可采用多点同时浇筑和二次振捣工艺相结合的方式进行浇筑，否则应当从从低处开始，沿长边方向自一端向另一端进行浇筑。

4.4选用合适的表面保温措施

正如上文中所论述的，刚浇筑完成的大型市政工程的强度往往较低，其抵抗变形的能力较弱，如果长期暴露在不利的温度和湿度条件下，极容易形成破坏建筑结构的干缩裂缝或冷缩裂缝。大型市政工程的保温工作正是基于此所实行的，其原理是通过人为控制混凝土的散热过程来减少混凝土表面与外界温度的温度梯度。常用的大型市政工程的表面保温措施包括搭设保温棚、配备塑料薄膜、铺设阻燃保温被、涂敷养护剂涂层等等，一般大型市政工程的保温养护持续时间不得少于14d，相关的工程养护人员需要及时检查塑料薄膜、养护剂涂层等保温设备的完整情况，如果所在城市气温较低，可考虑在混凝土内部埋设热敏元件进行温度监控，从而为调整保温措施提供必要的科学依据，并且降低人力损耗。