淺談大體積混凝土承臺施工溫控措施

2020-06-08 10:21:05 《中國房地產業·上旬》 2020年4期

文培弟

【摘要】本文通過對赤壁長江大橋主3#塔承臺采取正確有效的溫控標準及溫控措施,效果理想,有效避免了有害裂縫的產生,在赤壁長江大橋大體積混凝土承臺施工中取得了良好的效果,對類似工程有一點參考借鑒作用。

【關鍵詞】大體積混凝土;溫控措施

1、引言

水泥在水化過程中每克可釋放高達500J左右的熱量。在大體積混凝土施工中,因熱量聚積可使內部絕熱溫升高達70℃或更高。水泥水化熱作用會引起混凝土澆筑實體溫度梯度變大,從而導致混凝土澆筑實體溫度—收縮應力劇烈變化,引起構件開裂現象不足為奇。

如何防止大體積混凝土施工中出現使結構、構件的整體性、承載力、耐久性及影響正常使用的裂縫發生是大體積混凝土施工中的關鍵技術問題。結合赤壁長江大橋主3#塔承臺大體積混凝土的施工,對其溫控技術展開深入探討。

2、工程概況

赤壁長江公路大橋主橋為[(90+240m)+720m+(240m+90m)]結合梁斜拉橋。承臺為圓端型,長62m、寬30.4m,厚5.5m,C35混凝土,分兩次澆筑,第一次澆筑高度為3.0m,澆筑方量為5120m?,第二次澆筑高度為2.5m,澆筑方量為4260m?。承臺大的澆筑方量及現場較大的氣溫波動,加劇了現場澆筑溫度的難度,加之較大的江面風力,混凝土表面水分極易被帶走,塑性開裂風險大,均給大體積承臺施工帶來了不利影響。首先,面臨的問題是混凝土配合比設計;其次是澆筑過程中的水化熱控制。因此,在現場施工中,我們應高度重視理論計算和精細化管理,對混凝土原材料、攪拌出機溫度、入模溫度進行有效控制,使混凝土內外溫差符合規范要求,確保大體積混凝土承臺的施工質量。此方案科學有效,達到了預期的效果。

3、裂縫產生原因

大體積混凝土產生裂縫的主要原因有以下幾個方面:①水泥水化熱;②外界氣溫變化;③混凝土收縮?;炷练N用水量和水泥用量越高,混凝土收縮就越大。低熱水泥和粉煤灰水泥能減少收縮?;炷羶炔亢屯獠康臏夭钸^大也會產生裂縫,混凝土澆筑初期會產生大量的水化熱,形成內外溫差并導致混凝土開裂;混凝土拆模后,混凝土表面溫度下降過快也會產生裂縫;當混凝土內部溫度高達峰值后,熱量逐漸散發而使溫度降低,形成內部溫差產生裂縫;另外,水泥的安定性不合格也會引起裂縫。

4、總體思路

應用有限元分析軟件對赤壁長江大橋大體積混凝土承臺進行仿真分析,根據分析結果對大體積混凝土溫控、原材料、混凝土配合比、混凝土澆筑、振搗、養護技術等提出了相關要求,并進行了詳細的溫控設計計算,制定出了預防裂縫產生的合理措施。

(1)高度重視原材料的選擇,精心設計混凝土配合比,使混凝土的絕熱溫升和最高溫度峰值得以降低;

(2)根據現場施工環境條件進行精細的溫控理論計算,選擇操作性強、可靠性高的保溫措施,使混凝土內外溫差予以降低,盡量減少溫度梯度,使混凝土內溫度場均勻分布;

(3)通過設置內部冷卻水管循環系統,控制內部降溫速率,使混凝土內部溫度峰值予以降低,防止混凝土內部溫度過快收縮;

(4)嚴格控制上下兩層層間溫度差,盡量縮短層間齡期差,防止層間裂縫產生。

5、溫控標準

(1)澆筑溫度 ≤28℃

(2)內部溫度≤75℃

(3)內表溫差≤25℃

(4)冷卻水進出水溫差≤10℃

(5)降溫速率≤2℃/d

(6)表層與大氣溫差≤20℃

(7)養護水與表面混凝土溫差≤15℃

6、溫控措施

溫控措施需根據結構尺寸、原材料、混凝土配合比、氣溫、約束情況及溫控標準等要求綜合考慮。根據溫度場及溫度應力分析結果及確定的溫控標準,為避免出現有害裂縫,從以下四個方面對溫控措施進行了研究和實施:

6.1 降低初始溫度和內部溫峰

(1)配合比的選擇

按照施工方案及各項標準要求,選擇合理的配合比設計尤為重要,也是溫控措施中最為重要的環節。采用低熱水泥,選擇級配良好的粗細骨料及優良的混凝土外加劑,合理添加的粉煤灰和礦粉,有效降低水化熱絕熱溫升的最佳途徑是降低水泥用量。經反復試配比選,確定的配合如下:

(2)原材料的預冷卻

利用澆筑前抽井水、在攪拌水中摻冰屑予以降低攪拌水水溫、對混凝土原材料進行預冷卻降溫并搭設遮陽棚等措施來降低混凝土出機溫度、入模溫度,使混凝土內部最高溫度不大于75℃,內表溫差不大于25℃,以防止裂縫的產生。

因本工程施工期間氣溫相對較高,均對骨料等提前采取了降溫措施,拌合用水及粗、細集料溫度均在10℃左右,未使用剛出廠的新鮮水泥。

(3)降低核心部分混凝土溫升

根據分布的混凝土內部溫度特征,在混凝土內部設置冷卻水管,通過冷水管中的循環水流動不斷地帶走混凝土中的熱量,從而降低混凝土內部最高溫度。

根據主3#塔承臺溫度場及溫度應力的分析結果,重點加強了對冷卻管作用的發揮。冷卻水管采用Φ50×2.5mm的電焊鋼管制作。水平間距為1.0m。承臺厚度 5.5m,分兩次澆筑。承臺第一層澆筑厚度為 3m,冷卻水管和混凝土頂面的高度間距為 0.4m+1.0m×2+0.6m。承臺第二層澆筑厚度為 2.5m,冷卻水管和混凝土頂面的高度間距為 0.3m+0.9m×2+0.4m,單層設10套水管。冷卻水管用水流量、進水口溫度等嚴格按溫控標準進行實時調整。

6.2 提高混凝土的極限抗拉強度

避免混凝土開裂的重要措施之一是提高混凝土抗拉強度。因此應嚴格控制混凝土的骨料質量,確保骨料強度、粒徑、級配、含泥量等指標滿足規范要求,澆筑過程中應重視分層布料、加強振搗、重視混凝土早期養護質量,對減少混凝土表層收縮變形、增加內部密實性、提高極限抗拉強度十分重要。

本工程在混凝土澆筑中采用了分層連續施工法,以便于振搗、保證混凝土的澆筑質量,增加抗拉性能。分層施工可同時達到利用混凝土層面進行散熱,降低混凝土內部溫峰的目的。

6.3 改善約束條件,削減溫度應力

赤壁長江大橋大體積混凝土承臺采用分兩次澆筑,合理設置施工縫,避免了水化熱的積聚,溫度應力有所降低。

根據本工程實際情況,設施工縫一條,將承臺分為兩次澆筑,規避了一次性澆筑超大方量大體積混凝土的開裂風險。

6.4 保溫養護,減小混凝土內外溫差

保溫養護的目的主要是降低大體積混凝土澆筑塊體的里外溫差值以降低混凝土塊體的 自約束力,其次是降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度,充分利用混凝土的抗拉強度,以提高混凝土塊體承受外約束力時的抗裂能力,達到防止或控制溫度裂縫的目的。

根據對溫度應力的仿真分析結果,計算內表溫差達36.9℃。為避免發生急劇的溫度梯度,主3#塔承臺側面利用鋼模板帶模養護,頂面采用覆蓋灑水的保溫保濕養生措施?,F場根據對混凝土內表溫差與表外溫差的監測情況,及時調整覆蓋措施,確定拆模時間。

結語:

由于水化熱引起的大體積混凝土內外溫差較大時,僅依靠冷卻管通水削減內部溫峰的作用有限,需要采取多種措施綜合考慮,而保溫養護措施成本低廉,效果顯著。本工程通過對主3#塔承臺溫度場及溫度應力進行仿真分析,得出了較為準確的水化熱峰值及溫度應力分布近似值。為避免因混凝土內外溫差過大因產生的有害裂縫,根據分析結果制定出正確有效的溫控標準和溫控措施,并通過科學的監測手段對溫控效果實時監測,根據監測結果及時對溫控措施做出及時調整,取得了很好的溫控效果,杜絕了混凝土開裂事故的發生。

參考文獻:

[1]《橋梁施工工程師手冊》(人民交通出版社)

[2]《公路橋涵施工技術規范》(JTG/TF50-2011)

[3]《大體積混凝土施工標準》(GBT50496-2018)

[4]《工程結構裂縫控制》(中國建筑工業出版社)

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