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，我國大型橋梁建筑日益增多，由于構造上需要一些懸索橋錨碇及橋梁承臺，基礎結構采用大幾何尺寸的設計方案，采用混凝土施工時其龐大的體積達一萬至幾萬立方米，而且與一般的鋼筋混凝土相比，其結構厚實、混凝土體積大、工程條件復雜、施工技術要求高，水泥水化熱易使結構產(chǎn)生溫度和收縮變形。在這些橋梁施工過程中，已出現(xiàn)多起橋梁大體積混凝土工程質(zhì)量問題，這些問題會給工程正常使用和耐久性帶來不同程度的危害。本文就某工程實踐中從設計、施工和質(zhì)量管理等角度，研究如何保證大體積混凝土結構質(zhì)量問題。
2.大體積混凝土施工質(zhì)量問題原因
混凝土是由多種材料組成的非勻質(zhì)材料，它具有抗壓強度高、耐久性良好及抗拉強度低、抗變形能力差、易開裂的特性。多年的工程實踐證明，大體積混凝土施工質(zhì)量問題，不是力學上的結構強度問題，麗是混凝土溫度變形產(chǎn)生裂縫問題。大體積混凝土結構，由外荷載引起裂縫的可能性較小，而由于水泥水化過程中釋放的水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮產(chǎn)生的溫度應力和收縮應力是其產(chǎn)生裂縫的主要因素。因此，控制溫度應力和溫度變形裂縫的開展，是大體積混凝土結構施工中的一個重要課題。
混凝土橋梁大體積混凝土設計強度一般較高，多為C30或C40混凝土，混凝土的強度等級提高，使其膠凝材料用量也必須增加，經(jīng)常達到400kg/m3以上。由于混凝土體積龐大，往往要經(jīng)歷幾個月甚至一年多施工期，混凝土是熱的不良導體，集中大量地長時間澆筑大體積高強度混凝土，其截面及厚度大且內(nèi)部水泥水化放熱時間相對集中，水化熱聚集在結構內(nèi)部不易散發(fā)，導致溫升很大。混凝土澆筑初期彈性模量和強度都很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力也就較小。隨著混凝土齡期的增長，彈性模量和強度相應提高，對混凝土降溫收縮變形的約束愈來愈強，即產(chǎn)生很大的溫度應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產(chǎn)生溫度裂縫。大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度，實際上是由澆注溫度、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。綜合大量的工程實測結果可知，當澆筑底板厚度小于1m 時，混凝土內(nèi)部溫度不會超過60℃ ；當澆筑底板厚度大于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℃ 的工程實例相當普遍。為防止混凝土溫度應力產(chǎn)生裂縫，就必須從降低混凝土溫度應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計
(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。細骨料宜采用中砂，因為使用中砂比用細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)級配石子，以減少混凝土收縮變形。使用摻合料，應用添加粉煤灰技術。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度，推移溫升峰值出現(xiàn)時間。
(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型膨脹劑無水硫鋁酸鈣或硫酸鋁。試驗表明，在混凝土添加了膨脹劑之后混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應力，可以抵消一部分混凝土的收縮應力，這樣，相應地提高混凝土抗裂強度。
3.2 溫控措施及施工現(xiàn)場控制
(1)溫度預測分析。根據(jù)現(xiàn)場混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護方案，采用計算機仿真技術對混凝土施工期溫度場和溫差進行計算機模擬動態(tài)預測，提供結構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準，進行保溫養(yǎng)護優(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)詳細計算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長度、前后澆筑的搭接時間；控制混凝土人模溫度并加強振搗，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，保證振搗密實，嚴防漏振和過振，確?；炷辆鶆蛎軐崳蛔龊矛F(xiàn)場協(xié)調(diào)、組織管理，要有充足的人力、物力、保證施工按計劃順利進行，保證混凝土供應，確保不留冷縫：澆筑后對大體積混凝土表面較厚的水泥漿進行必要的處理，一般澆筑后3-4h內(nèi)初步用木長刮尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓2遍，再用木抹子搓平壓實，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。
(3)混凝土溫度監(jiān)測。在混凝土內(nèi)部、外部設置溫度測點，設置保溫材料溫度測點及養(yǎng)護水溫度測點．現(xiàn)場溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動采集并進行整理分析。每一測點的溫度值、各測位中心測點與表層測點的溫差值，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)溫度應力檢測。為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設應變計進行溫度應力檢測，應變計沿水平方向布置，檢測水平方向應力分量。
(5)通水冷卻。采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中鋪設冷卻水管，冷卻水管使用前進行試水，防止管道漏水和阻塞，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測，控制冷卻水管進水流量及溫度。
4.構造設計上對大體積混凝土采取防裂措施
(1)設計合理的結構形式，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，設計挖空非關鍵受力部分混凝土體積．利用土方壓重方案，來減少混凝土結構體積。
(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壓力，補償混凝土內(nèi)部溫度、收縮產(chǎn)生的拉應力，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，依據(jù)結構受力情況可合理地確定混凝土評定驗收齡期，打破正常標準28d的評定驗收齡期，改為60d或更多天，評定驗收齡期充分考慮混凝土的后期強度，從而減低設計標號，達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產(chǎn)生溫度應力，采用改善邊界約束的構造設計。如遇有約束強的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時，可在接觸面上設滑動層來減少溫度應力。在外約束的接觸面上全部設滑動層，則可大大減弱外約束。
(5)還應重視合理配筋對混凝土結構抗裂的有益作用，可采取增配構造鋼筋。配筋應盡可能采用小直徑、小間距，全截面含筋率控制在0.3%-0.5%之間。在混凝土表面增設金屬擴張網(wǎng)等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。
5.結束語
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。實踐證明，在優(yōu)化配合比設計，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測工作及加強養(yǎng)護等方面采取有效技術措施，堅持嚴謹?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：
【1】高田亮，橋梁工程大體積混凝土施工質(zhì)量的控制探討，科技咨訊導報2007年第14期 。
