某橋梁中大體積混凝土施工質(zhì)量的控制措施
2010-09-15
1.前言
近年來(lái)，我國(guó)大型橋梁建筑日益增多，由于構(gòu)造上需要一些懸索橋錨碇及橋梁承臺(tái)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用大幾何尺寸的設(shè)計(jì)方案，采用混凝土施工時(shí)其龐大的體積達(dá)一萬(wàn)至幾萬(wàn)立方米，而且與一般的鋼筋混凝土相比，其結(jié)構(gòu)厚實(shí)、混凝土體積大、工程條件復(fù)雜、施工技術(shù)要求高，水泥水化熱易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度和收縮變形。在這些橋梁施工過(guò)程中，已出現(xiàn)多起橋梁大體積混凝土工程質(zhì)量問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)給工程正常使用和耐久性帶來(lái)不同程度的危害。本文就某工程實(shí)踐中從設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量管理等角度，研究如何保證大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題。
2.大體積混凝土施工質(zhì)量問(wèn)題原因
混凝土是由多種材料組成的非勻質(zhì)材料，它具有抗壓強(qiáng)度高、耐久性良好及抗拉強(qiáng)度低、抗變形能力差、易開(kāi)裂的特性。多年的工程實(shí)踐證明，大體積混凝土施工質(zhì)量問(wèn)題，不是力學(xué)上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，麗是混凝土溫度變形產(chǎn)生裂縫問(wèn)題。大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由外荷載引起裂縫的可能性較小，而由于水泥水化過(guò)程中釋放的水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力是其產(chǎn)生裂縫的主要因素。因此，控制溫度應(yīng)力和溫度變形裂縫的開(kāi)展，是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中的一個(gè)重要課題。
混凝土橋梁大體積混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度一般較高，多為C30或C40混凝土，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)提高，使其膠凝材料用量也必須增加，經(jīng)常達(dá)到400kg/m3以上。由于混凝土體積龐大，往往要經(jīng)歷幾個(gè)月甚至一年多施工期，混凝土是熱的不良導(dǎo)體，集中大量地長(zhǎng)時(shí)間澆筑大體積高強(qiáng)度混凝土，其截面及厚度大且內(nèi)部水泥水化放熱時(shí)間相對(duì)集中，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，導(dǎo)致溫升很大?；炷翝仓跗趶椥阅Ａ亢蛷?qiáng)度都很低，對(duì)水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應(yīng)力也就較小。隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量和強(qiáng)度相應(yīng)提高，對(duì)混凝土降溫收縮變形的約束愈來(lái)愈強(qiáng)，即產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開(kāi)始產(chǎn)生溫度裂縫。大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度，實(shí)際上是由澆注溫度、水泥水化熱引起的絕熱溫升和混凝土的散熱速率3部分所決定。在這3部分中，由水泥水化熱引起的絕熱溫升是主要因素。綜合大量的工程實(shí)測(cè)結(jié)果可知，當(dāng)澆筑底板厚度小于1m 時(shí)，混凝土內(nèi)部溫度不會(huì)超過(guò)60℃ ；當(dāng)澆筑底板厚度大于1.5-2m 后，混凝土內(nèi)部溫度將在澆筑后的2-3d內(nèi)達(dá)到70-80℃ ，一次澆筑的大體積混凝土內(nèi)部最高溫度大于70℃ 的工程實(shí)例相當(dāng)普遍。為防止混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，就必須從降低混凝土溫度應(yīng)力和提高混凝土本身抗拉性能兩方面綜合考慮。
3.大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施
3.1大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)
(1)原材料選用。由于水泥的用量直接影響著水化熱的多少及混凝土溫升，大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥，如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等，并盡可能減少水泥用量。細(xì)骨料宜采用中砂，因?yàn)槭褂弥猩氨扔眉?xì)砂可減少水及水泥的用量。在可泵送情況下粗骨料，選用粒徑5-20mm 連續(xù)級(jí)配石子，以減少混凝土收縮變形。使用摻合料，應(yīng)用添加粉煤灰技術(shù)。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節(jié)約水泥，降低水化熱，增加混凝土和易性，而且能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度，推移溫升峰值出現(xiàn)時(shí)間。
(2)外加劑的使用。采用減水劑，如SF-1緩凝高效減水劑；采用膨脹劑，如廣泛使用u型膨脹劑無(wú)水硫鋁酸鈣或硫酸鋁。試驗(yàn)表明，在混凝土添加了膨脹劑之后混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，可以抵消一部分混凝土的收縮應(yīng)力，這樣，相應(yīng)地提高混凝土抗裂強(qiáng)度。
3.2 溫控措施及施工現(xiàn)場(chǎng)控制
(1)溫度預(yù)測(cè)分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護(hù)方案，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)混凝土施工期溫度場(chǎng)和溫差進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，提供結(jié)構(gòu)沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況，制定混凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)優(yōu)化選擇。
(2)混凝土澆筑方案。采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施，在澆筑前經(jīng)詳細(xì)計(jì)算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長(zhǎng)度、前后澆筑的搭接時(shí)間；控制混凝土人模溫度并加強(qiáng)振搗，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，保證振搗密實(shí)，嚴(yán)防漏振和過(guò)振，確?；炷辆鶆蛎軐?shí)；做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)、組織管理，要有充足的人力、物力、保證施工按計(jì)劃順利進(jìn)行，保證混凝土供應(yīng)，確保不留冷縫：澆筑后對(duì)大體積混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理，一般澆筑后3-4h內(nèi)初步用木長(zhǎng)刮尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓2遍，再用木抹子搓平壓實(shí)，以控制表面龜裂；混凝土澆灌完后，立即采取有效的保溫措施并按規(guī)定覆蓋養(yǎng)護(hù)。
(3)混凝土溫度監(jiān)測(cè)。在混凝土內(nèi)部、外部設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，設(shè)置保溫材料溫度測(cè)點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)水溫度測(cè)點(diǎn)．現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析。每一測(cè)點(diǎn)的溫度值、各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與表層測(cè)點(diǎn)的溫差值，作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù)，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。
(4)溫度應(yīng)力檢測(cè)。為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測(cè)，應(yīng)變計(jì)沿水平方向布置，檢測(cè)水平方向應(yīng)力分量。
(5)通水冷卻。采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中鋪設(shè)冷卻水管，冷卻水管使用前進(jìn)行試水，防止管道漏水和阻塞，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)，控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。
4.構(gòu)造設(shè)計(jì)上對(duì)大體積混凝土采取防裂措施
(1)設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，可以減少工程數(shù)量，減低水化熱。如可根據(jù)懸索橋錨碇受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)挖空非關(guān)鍵受力部分混凝土體積．利用土方壓重方案，來(lái)減少混凝土結(jié)構(gòu)體積。
(2)充分利用混凝土在基坑有側(cè)限條件，在混凝土中摻加微膨脹劑，使其在基坑約束下形成一定的預(yù)壓力，補(bǔ)償混凝土內(nèi)部溫度、收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而有效的避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。
(3)大體積混凝土體積龐大，施工周期一般較長(zhǎng)，依據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況可合理地確定混凝土評(píng)定驗(yàn)收齡期，打破正常標(biāo)準(zhǔn)28d的評(píng)定驗(yàn)收齡期，改為60d或更多天，評(píng)定驗(yàn)收齡期充分考慮混凝土的后期強(qiáng)度，從而減低設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，達(dá)到減少混凝土水泥用量減低水化熱的目的。
(4)由于邊界存在約束才會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，采用改善邊界約束的構(gòu)造設(shè)計(jì)。如遇有約束強(qiáng)的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時(shí)，可在接觸面上設(shè)滑動(dòng)層來(lái)減少溫度應(yīng)力。在外約束的接觸面上全部設(shè)滑動(dòng)層，則可大大減弱外約束。
(5)還應(yīng)重視合理配筋對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂的有益作用，可采取增配構(gòu)造鋼筋。配筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距，全截面含筋率控制在0.3%-0.5%之間。在混凝土表面增設(shè)金屬擴(kuò)張網(wǎng)等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。
5.結(jié)束語(yǔ)
在橋梁大體積混凝土施工中，控制混凝土中心溫度與表面溫度，表面溫度與環(huán)境溫度之差是非常重要的。實(shí)踐證明，在優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測(cè)工作及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效技術(shù)措施，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，完全可以控制橋梁大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生，起到良好的施工效果。
參考文獻(xiàn)：
【1】高田亮，橋梁工程大體積混凝土施工質(zhì)量的控制探討，科技咨訊導(dǎo)報(bào)2007年第14期 。
