大体积高性能混凝土施工控制技术

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大体积高性能混凝土施工控制技术（中铁十四局苏磊时小荣）摘要：本文简要分析了大体积高性能混凝土施工过程中常遇到的问题，并结合工程实例，提出从原材料及配合比、浇筑过程控制和养护及温度监控几个方面采取相应措施来控制大体积高性能混凝土的施工质量。关键词：大体积混凝土高性能混凝土施工质量控制措施1概述随着混凝土技术的发展，以耐久性为核心的高性能混凝土已经在工程上开始规模应用。当前，我国正在进行大规模的铁路工程建设，若在铁路工程能够大量应用高性能混凝土来建设，则能够避免若干年后要花费巨资维修或更换过早产生劣化的混凝土结构，从而节约国家有限的资源，也符合节能、绿色环保等可持续发展的战略方针。为确保高性能混凝土能够发挥其高耐久性的特点，必须严格控制施工过程，根据环境特点制定详细的施工方案。按照工程结构使用年限级别的不同，验证结构长期使用性漫长。这就向施工单位提出了耐久性混凝土施工质量控制与施工质量保证的具体措施与要求。国内通常把结构厚度大于1m的称为大体积混凝土。大体积混凝土承受的载荷巨大，结构整体性要求高，如大型设备基础、高层建筑基础底板和桥涵基桩承台等。一般要求混凝土整体浇筑，不留施工缝。在混凝土浇筑早期，受水泥水化热影响，产生较大的温度应力，易产生有害的温度裂缝。2大体积高性能混凝土施工的主要问题（1）拌和物稳定性：高性能混凝土的生产工艺与普通混凝土生产工艺基本一样，所不同的是混凝土配合比设计技术路线和考虑的因素结果较多。在理念上发生显著的变化，高性能混凝土不仅仅是物理性、力学性还有它的理化性质的要求。所以在混凝土生产控制上必须有严格的程序化、标准化，强化生产监控。对人员设备措施提出了新的要求和手段。（2）结构成型与浇筑：对于泵送施工坍落度要求较大的混凝土常见的泌水、泌浆现象不管是普通混凝土还是高性能混凝土都是很难避免的。结构物的不同，结构物所处位置的不同，施工工艺都会有差异。如水下混凝土基桩，地表构造物，预应力结构物等，除水下混凝土基桩外，混凝土施工是分层分段浇筑，使混凝土上下浇筑层施工间隔时间较长，各分层之间产生泌水层，导致混凝土层间粘结力降低。所以在配合比设计时在满足结构的设计施工要求的同时应尽量降低单方混凝土用水量，尽量选用较低的砂率以及胶凝材料中的水泥用量。（3）干燥收缩与裂缝-5- ：混凝土硬化后，内部的游离水会由表及里逐渐蒸发，导致混凝土相应地产生干燥收缩。在约束条件下，收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。（4）混凝土结构浇筑后的温度与裂缝：混凝土中水泥水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出约502J的热量，如果以水泥用量350-550kg/m3来计算，按照理论计算每m3混凝土将放出17500-27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升高，在浇筑温度的基础上，通常升高35℃左右，如果浇筑温度为28℃，则混凝土内部温度将达到65℃左右，但是在实际施工过程中实际温度往往高于理论计算值。所以混凝土配合比设计时应考虑掺加掺和料来降低混凝土中水泥水化工程产生的热量，缓解水泥水化速度，降低水泥水化温度的峰值。如果没有配合比的降温技术路线，没有降温措施或浇筑温度过高，混凝土内部的温度会高出许多。混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3-5d，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度高，表面温度低，形成温度梯度，造成变形和温度应力，当这种温度应力超过混凝土抗拉强度时，就会产生裂缝。初期出现的裂缝很细，随着时间的发展而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。（5）施工冷缝：因为大体积混凝土的浇筑量大，在分层浇筑中，前后分层浇筑的时间间隔时期没有控制在混凝土的初凝之前，遇到了停电，停水及其它恶劣气候条件等因素的影响，致使混凝土不能连续浇筑而出现冷缝。（6）混凝土结构物耐久性：混凝土产品是多种材料拌合后的产物，要达到结构物设计的使用年限，应考虑混凝土中或外界环境中氯盐引起的钢筋锈蚀，炭化引起的钢筋锈蚀，混凝土骨料中潜在的有害物质引起的理化反应，这些因素都会缩短混凝土结构物的使用年限。3武广客运专线XXTJⅢ标段大体积高性能混凝土施工质量控制措施3.1原材料及配合比设计（1）水泥：在大体积混凝土中混凝土的温升主要是由于水泥的水化放热引起的，因此为了避免温升引起裂缝的产生，优选水泥成为大体积混凝土施工中最为关键的一步。优先采用水化热较低的水泥，如大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥或采用P·O型水泥掺加矿物掺合料等，以达到降低水化热的目的。（2）矿物掺合料：在保证混凝土强度的前提下，应该尽可能掺加矿物掺合料，适量的掺合料既能降低水化热的产生，还能够提高拌合物的和易性和抗离析能力。掺合料优先选用粉煤灰，因为粉煤灰主要是由海绵体和铝硅酸盐下班微珠矿物组成，这些玻璃呈圆球状，表面光滑，粒度小，质地致密，比表面积小，能与集料的接触点起轴承效果，使混凝土的流动性提高。同时，粉煤灰颗粒比水泥小，均匀分布在水泥颗粒之中，能产生出更多的浆体来润湿集料颗粒，阻止水泥颗粒粘聚，改善混凝土的粘聚性，减少离析，而且掺加适量的高效减水剂和粉煤灰能有效抑制碱骨料反应。但应选用含钙量低，品质稳定，来源均匀、固定的粉煤灰，其技术指标应符合-5- 《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》和《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》要求。（3）粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、温度线性膨胀系数较小的粗骨料，以减小温度带来的体积不稳定性和最大限度地减小用水量和浆体量提高混凝土的强度和耐久性。其指标应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》和《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》要求。(4)细集料：宜采用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空袭率小的洁净天然中粗河沙，其技术指标应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》和《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》要求。（5）外加剂：应掺加适当的高效减水剂，外加剂的掺量、品种对混凝土水化速度有很大的影响。合适的高效减水剂和合适的掺量既能减少水泥用量、降低水灰比水胶比，减少混凝土的干缩，还能延缓水化热的释放。3.2浇筑过程大体积混凝土的浇筑应在一天中气温较低时进行，应根据当时的环境情况制定详细的浇筑方案，一般来说应采取下列措施来控制温升。①在浇筑过程中下料不宜过快，避免混凝土堆积，采用分层斜面浇筑法，分段分层，逐层向前推进。根据施工进度要求，控制浇筑层厚度和进度，以利散热。②浇捣时严格控制振捣棒插入深度及振捣时间，振捣棒要求，快插慢拔，确保混凝土浇捣密实，同时也不能过振，以气泡不上升，表面呈现浮浆、平整和混凝土不再沉落为准，防止过振后混凝土表面浆体过多出现收缩裂缝。③混凝土振捣后，在混凝土收水初凝前，用木蟹压实抹干，终凝前再用铁板压光一遍，闭合收缩裂缝。④预埋冷却水管，用循环水降低混凝土温度，进行人工导热。3.3养护为防止混凝土内外温差过大，混凝土的养护应根据当时的施工情况和环境气味采取相应的措施。夏季施工混凝土的养护关键是减少表面水分的蒸发，可采用的措施有蓄水法、覆盖草帘、塑料膜、按时喷水等方法。对冬季施工混凝土，防止裂缝的关键就是保温，二次抹平后在混凝土表面覆盖塑料薄膜一层，再覆盖草包进行养护，草包厚度根据测温情况及时调整。养护时要保持混凝土表面适宜的潮湿条件，以防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝。3.4温度监控（1）为了能实时了解混凝土内外温差的变化，应在混凝土的内部不同的部位设温度传感器，以便掌握混凝土内部的温度分布。（2）测温时间：混凝土浇筑完毕即进行测温，混凝土升温阶段每2h-4h-5- 测温1次；混凝土降温阶段每6h测温一次。4工程实例4.1工程概况中铁十四局承建武广客专XXTJⅢ标夏家冲特大桥桩基承台，设计尺寸为7.5m×7.5m×4.45m，浇筑方量约250m3，混凝土强度等级为C30。4.2配合比的选择：水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，粗集料采用5-16mm和16-31.5mm两级配组成的5-31.5mm连续级配花岗岩碎石，细骨料选用细度模数2.9，含泥量0.6的湘江河砂。掺合料为Ⅱ级粉煤灰。根据设计强度及泵送坍落度要求，确定混凝土配合比为：水泥273kg，河砂801kg，石子1061kg，水145kg，粉煤灰117kg，外加剂3.12kg，坍落度15-18cm。拌合物性能、力学性能及耐久性能试验结果详见下表。拌合物性能、力学性能及耐久性能试验结果坍落度(mm)常压泌水率(%)容重(kg/m3)含气量(%)抗压强度(MPa)电通量(C)初始0.5h1h3d7d28d56d28d56d180170155024103.4829.533.547.953.611085614.3浇捣措施采用一台泵车分块分层浇筑的方案，将承台街面分成四块，循环浇筑，每层厚度控制在50cm左右。振捣采取边浇边振的方案，以使混凝土能够均匀的填充各个部位。4.4养护措施大体积混凝土的养护，关键就是保温和保湿，尽最大可能控制混凝土内外温差，防止混凝土出现裂缝。本工程采用湿麻袋加塑料薄膜的复合养护方法，麻袋的作用主要是保温，塑料薄膜则能够防止水分散失，较好的满足了大体积混凝土的养护要求。4.5温度监控本工程采用温度传感器联全自动数据采集系统得自动测温方法。测温点分别安放在混凝土的上、中、下及混凝土表面共四个温度传感器。根据测温曲线反应，温度变化基本呈抛物线分布，约5d左右混凝土内部温度达到峰值63℃，前7d温差始终保持在10-20℃左右，7d后温差始终保持在7-10℃左右，说明温差控制理想。温差突变上升段约在混凝土浇筑后24h产生，突变下降段约产生于110h左右，约170h左右以后温度差趋于平缓，约在5-7℃左右。本工程混凝土养护期满后，通过检查，混凝土内实外光，质量良好，未发现温度裂缝，说明采取的措施起到了良好的效果。4.6混凝土技术指标结果夏家冲特大桥桩基承台拌合物性能、力学性能及耐久性能试验结果-5- 坍落度(mm)常压泌水率(%)容重(kg/m3)含气量(%)抗压强度(MPa)电通量(C)3d7d28d56d28d56d190024102.8727.434.248.453.612146745小结综上所述，在大体积混凝土的施工过程中，为保证施工质量，应该根据现场的条件，采取合理的措施，对症下药，就完全可以让温度裂缝、施工裂缝等得到有效的控制，保证了混凝土结构物的设计要求的耐久性及使用的安全性。参考文献[1]刘桂林.大体积混凝土质量通病的防治[J].工程质量，2005，(1):35-38.[2]冯乃谦.实用混凝土大全.科学出版社，2001年2月.-5-