大体积混凝土承台施工控制措施

何 强

(中铁二局第三工程有限公司,四川 成都 610031)

大体积混凝土截面尺寸大,热阻大,水泥水化热高,热量聚集在内部不易散发,而表面散热较快,这样在混凝土内部和表层形成较大温差,导致不均匀的温度变形和温度应力,一旦拉应力超过混凝土的即时抗拉强度,就会在混凝土内部或表面产生裂缝。如何有效控制大体积混凝土裂缝是施工中必须高度重视的重要技术问题之一。

1 工程概况

大沟河大桥位于江西省武吉高速公路。上部结构采用(55+110+55)m预应力混凝土连续刚构。下部结构桥墩为矩形薄壁空心墩群桩基础,承台结构尺寸为(16×8×6)m,混凝土设计强度等级为 C30,单个承台的混凝土灌注数量达768m3。

2 施工控制措施

2.1 原材料选择

(1)水泥:宜选用水化热较低的水泥。本工程除考虑结构抗裂性外,还考虑了水泥来源及水泥用量≤300 kg/m3的要求,最终选用分宜海螺普通硅酸盐水泥P.O 42.5。

(2)骨料:粗集料选择吉安阜田石厂 5～31.5mm级配碎石(石灰岩);细集料选择吉安高峰砂场中砂(河砂)。

(3)外加剂:选择江西武冠 WG-FDN型高效缓凝减水剂,掺量 0.4%～1%,该剂减水率高,能有效降低混凝土水泥用量及用水量,从而降低混凝土的水化热温升;该剂的缓凝作用能减慢水泥水化初期的水化速度,使水化热缓慢释放,减小升温幅度。

(4)粉煤灰:采用吉安华能电厂产Ⅱ级粉煤灰,掺量为水泥的 20%～35%。在混凝土中掺入粉煤灰可以改善混凝土的和易性,同时替代部分水泥用量,从而降低了总的水化热。

2.2 配合比的优化

根据本工程施工操作特点,配合比设计参数选择如下:

(1)混凝土的初凝时间不少于 210min。

(2)混凝土的砂率控制在30%～35%。

(3)坍落度控制在 70～110mm。

(4)水泥用量不超过 300 kg/m3。

经试验室多次试配,优化后的配合比为:水泥∶碎石∶中砂∶水∶粉煤灰∶减水剂 =290 kg∶1075 kg∶752 kg∶138 kg∶94 kg∶3.5 kg,水胶比∶0.36。实测混凝土的坍落度为 90mm,初凝时间 230min,抗压强度:3 d16.3MPa、5 d 20.6MPa、7 d 24.3 MPa、28 d 39.7MPa。

2.3 在结构物内预埋冷却水管和布置测温点

规范规定大体积混凝土施工期间的内外温差不宜超过25℃。为降低混凝土的内部温升,本工程采用了内部降温法,即在混凝土内部预埋水管,通入冷却水,利用循环冷却水流将混凝土内部的水化热适时适量地排出体外,借以对混凝土的温升过程进行调控。

本工程承台混凝土共布设5层冷却水管,分别位于标高+0.75m、+1.75m、+2.75m、+3.75m、+4.75m处,层间距为 1.0m,冷却水管纵横向间距 1m。为保证循环冷却水对结构物内部降温的均匀性,冷却水管每层按纵横交错布置(见图 1)。冷却水管采用内径 5.0 cm的输水铁管,安装时平面位置和每层高度可根据承台内钢筋布置情况做适当调整,定位利用承台钢筋所形成的网格框架。每层循环散热管各设置一个进、出水口。安装冷却水管时做到管道畅通、接头可靠,不漏水、不阻水。安装完成后连续通水 15～20 h进行试验检测。

温度测试采取在承台混凝土中埋设K型测温传感器,在外部用 TM 914F数字温度仪直接读取温度数值。测试传感器在埋设时忌与钢筋接触。温度测点的布置:通过在中心竖轴布置 1组测点,找出最大升温点;平面按纵向间隔 3m、横向间隔 2.5m设置;在竖向距承台底 +1.0 m、+3.0m、+4.5m设置 3层测温点;共计 45处测温点(图 1)。

2.4 混凝土施工

2.4.1 混凝土拌和、运输

混凝土采用集中拌和,严格控制原材料投料顺序及拌和时间(4min),确保混凝土配合比的准确性和施工的连续性。

混凝土运输时间在任何情况下不得大于 180m in,对到达浇筑点超过 210m in的混凝土不得使用。混凝土运输过程中不得任意掺加任何材料(水、外加剂等)。混凝土装入运输车时,要求每车测定坍落度,同时观察混凝土的和易性、不得存在离析、分层等现象,坍落度不符合要求的混凝土不得出站。混凝土坍落度在运输过程中损失超过 40mm或浇筑点温度大于 30℃,不得浇筑。

图1 循环冷却水管布置示意

2.4.2 混凝土浇筑

本工程混凝土浇筑采用“分段分层施工,一个坡度(小于1:5),由低向高,薄层浇筑,循序渐进,均匀上升,一次到顶”的斜面滚动式浇筑方案(见图 2)施工。先从结构端部开始浇筑至一定距离后浇筑第二层,如此依次向前浇筑其他各层。分层厚度 30 cm,分段距离以保证下层混凝土初凝前浇筑完上层混凝土,相邻层前后浇筑错开距离保持在 1.5m以上,浇筑层末端混凝土形成自然浇筑坡度。混凝土浇筑过程中,每层混凝土初凝前都确保被上层混凝土覆盖,避免施工缝出现。

图2 承台混凝土浇筑分层示意

2.4.3 混凝土捣固

混凝土振捣时布置三道振捣,第一道设在混凝土的坡角,第二道设在混凝土的坡中间,第三道设在混凝土的坡顶,每道用 3台插入式振捣器。三道振捣相互配合,确保振捣覆盖整个坡面。插入式振捣棒振捣时插入下层混凝土中的深度应大于 50mm,振捣棒移动的间距以40 cm左右为宜,振捣棒要快插慢拔,对每一振动部位,必须振动到以混凝土停止下沉、不再冒气泡、表面呈现平坦、泛浆密实为止。

(1)泌水处理:混凝土在浇筑、振捣过程中出现泌水和浮浆时,应改变混凝土浇筑方向形成集水槽及时将泌水排除以提高混凝土质量,减少结构表面裂缝及水纹。

(2)表面处理:由于泵送混凝土表面水泥浆较厚,在浇筑后 2～8h,初步按标高用长刮尺刮平,然后用木板反复压数遍,使其表面密实,再用铁面板收面后立即用塑料薄膜覆盖。

2.5 混凝土浇筑期间的降温控制

混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通入冷却水,冷却水采用地下井水,通水24h要换一次进出口。为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升,在测量下层混凝土断面平均温度有明显回升时下层混凝土开始二次循环冷却通水降温。为确保大体积混凝土内部均匀冷却,冷却水通水流量应达到 32～40 L/min,同时控制冷却水流向,使冷却水从混凝土高温区域流向低温区域。夏季进水温度不超过 25℃,同时测量气温、混凝土浇筑温度、冷却水管进出水温度,并作好记录。

2.6 混凝土的后期养护

混凝土泌水结束、初凝前应进行多次搓压防止面层起粉及塑性收缩。混凝土初凝后应及时覆盖保湿材料和塑料薄膜进行养护。

混凝土浇筑24 h后开始拆除支架及模板,因大体积混凝土水化放热会使温度持续升高,在升温的一段时间内应加强通水散热,当混凝土处于降温阶段则要保温覆盖以减小内外温差。拆除模板于中午进行,此时气温为全天最高,混凝土内外温差易控制在 25℃左右。

混凝土后期养护包括湿度和温度两个方面,本工程结构内部降温采用循环冷却水,直至混凝土内外温差不超过 25℃时才停止内部降温;结构外部采用均匀铺设补水管并间隔均匀开孔,保持洒水湿润以满足水化所需水分。

混凝土浇筑后的 1～2 d,混凝土处于水化热高峰期,浇筑后的 3～5 d,混凝土水化逐渐减弱,由升温阶段转入降温阶段。因此后期养护温度检测:第 1～2 d每 2 h测 1次,第3～5 d每 4 h测 1次,以后时间每 8 h测 1次。根据测温结果,确保混凝土内外温差在 25℃以内。冷却水管通水结束后应立即灌注 C40水泥浆封堵,并将伸出承台顶面或四周的管道截除。

本工程混凝土中心温度与表面温度随时间变化的实测结果表明,尽管施工过程中混凝土中心的最高温度曾达到过70℃,但由于采取了各项有效的控制措施,整个施工过程中混凝土内部与表面的温差均被成功地控制在 25℃内,避免了混凝土裂缝的产生。

3 结束语

大体积混凝土结构的施工技术与控制措施直接关系到混凝土结构抗裂性能及耐久性能,通过以上合理选择原材料,优化混凝土配合比,科学组织施工及采取有效的温控养护措施,达到了降低混凝土水化热和提高混凝土抗裂性能目的。