微膨脹混凝土在立交地涵工程的應(yīng)用

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　1、膨脹劑簡述

　　混凝土外加劑是在拌制混凝土的過程中摻入，用以改善混凝土的某些性能的物質(zhì)，而膨脹劑是在混凝土或砂漿中引起膨脹的外加劑，它依靠本身的化學(xué)反應(yīng)或與水泥其它成分反應(yīng)，在水化期產(chǎn)生一定的限制膨脹，以補(bǔ)償混凝土的收縮。其主要種類有：硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、氧化鈣－硫鋁酸鈣類、氧化鎂類。

　　膨脹劑主要用于以下三方面：

　?、?、補(bǔ)償收縮混凝土（砂漿）：其使用目的主要為減少混凝土（砂漿）干縮裂縫，提高抗裂性和抗?jié)B性。適用范圍主要為屋面防水、地下防水、基礎(chǔ)后澆帶（寬縫）及洞塞回填等。

　　②、填充用膨脹混凝土（砂漿）：其使用目的主要為提高機(jī)械設(shè)備和構(gòu)件的安裝質(zhì)量，加快安裝速度。適用范圍主要為機(jī)械設(shè)備的底座灌漿、地腳螺栓的固定、防水堵漏等。

　?、邸⒆詰?yīng)力混凝土（砂漿）：提高抗裂和抗?jié)B性。僅用于常溫下使用的自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管。

　　2、微膨脹混凝土在淮安工程中的應(yīng)用

　　2.1應(yīng)用背景

　　2.1.1工程概況

　　淮河入海水道工程是擴(kuò)大洪澤湖洪水出路、保證洪澤湖大堤安全的一項戰(zhàn)略性骨干工程。該工程西起洪澤湖大堤的二河閘，東至黃海扁擔(dān)港，全長163.5km。

　　淮安樞紐立交地涵為目前亞洲最大的立交地涵，它位于入海水道與京杭運河交匯處，是入海水道的第二級樞紐。其作用是實現(xiàn)入海水道與京杭運河的立體交叉，維持京杭運河水路航運，同時滿足入海水道泄洪及渠北運西地區(qū)排澇要求和連接淮揚(yáng)公路交通。

　　本工程混凝土總工程量約14萬m³，其中地涵涵身約7.2萬m³；鋼筋制安總工程量約12000t，其中地涵涵身約8100t。

　　2.1.2本工程混凝土施工的特點

　　①、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量

　　由于淮安立交地涵為目前亞洲最大的立交地涵，同時也是整個入海水道工程四個樞紐中規(guī)模最大、施工難度最高的一個樞紐，工程質(zhì)量的優(yōu)劣和施工進(jìn)度的快慢將直接影響到整個入海水道能否預(yù)期通水這一宏偉目標(biāo)的實現(xiàn)，因此建管局、監(jiān)理單位及設(shè)計單位對本工程進(jìn)度和質(zhì)量提出了相當(dāng)高的要求。

　?、凇乜胤懒央y度大

　　因本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有薄壁結(jié)構(gòu)的特點，所以混凝土溫控防裂是淮安立交地涵混凝土施工的主要難題之一。因此，確保立交地涵無裂縫，或無有害裂縫將成為施工過程中面臨的一個重中之重的任務(wù)。

　　③、工期緊、施工強(qiáng)度高、資源配置強(qiáng)度大且不均衡

　　地涵混凝土施工自2001年9月至2002年4月，歷時8個月，考慮冬季施工，氣候影響等各種因素，實際有效施工期約6個月。6個月內(nèi)將完成混凝土澆筑約10萬m³，混凝土澆筑月強(qiáng)度將達(dá)到1.8萬m³/月。

　　2.1.3設(shè)置后澆帶防裂

　　①、“設(shè)置后澆帶防裂”措施的確立

　　地涵混凝土防裂是本工程的重點和難點，而造成混凝土裂縫的因素很多，有些機(jī)理目前也許還沒有充分認(rèn)識。因此，施工單位對混凝土防裂采取了綜合治理的措施。

　　根據(jù)本工程的特點，經(jīng)過幾次專家咨詢并經(jīng)多方論證，確定在地涵涵墩及擋水墻中部設(shè)置后澆帶以減少結(jié)構(gòu)物長度從而減少溫度收縮達(dá)到混凝土防裂的目的，最終把“設(shè)置后澆帶防裂”作為本工程重要的防裂措施與其它防裂措施共同承擔(dān)本工程的防裂任務(wù)。

　?、?、后澆帶結(jié)構(gòu)設(shè)置

　　上涵首涵墩長度為23m，后澆帶設(shè)在涵墩中部閘門槽部位，后澆帶將上涵首涵墩分隔成兩部分。上涵首邊墩后澆帶寬5450mm，中墩后澆帶寬7251mm；后澆帶底高程EL-6.0m，頂高程EL1.5m，高度為7.5m。

　　下涵首涵墩長度為23m，后澆帶設(shè)在涵墩中部閘門槽部位，后澆帶將上涵首涵墩分隔成兩部分。下涵首邊墩后澆帶寬1910mm，中墩后澆帶寬3711mm；后澆帶底高程EL-6.0m，頂高程EL1.5m，高度為7.5m。

　　地涵中塊涵墩總長度為31.272m。共設(shè)兩道后澆帶，將涵墩順?biāo)鞣较蚍殖?段，每段長度約9.5m左右。后澆帶寬均為1500mm，底高程EL-5.0m，頂高程EL1.5mm，高度為6.5m。

　　上下涵首擋水墻寬25m，中部設(shè)置一道后澆帶。后澆帶寬均為1500mm，底高程EL4.0m，頂高程EL12.5m，高度為8.5m。

　　地涵中塊后澆帶結(jié)構(gòu)布置詳見下圖，上下涵首及上下涵首擋水墻后澆帶的結(jié)構(gòu)布置形式與中塊基本相同，其結(jié)構(gòu)布置圖在此便不再列舉。

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　　先澆塊澆筑時，后澆帶鋼筋斷開，或暫不安裝。當(dāng)先澆塊澆筑后，拆除后澆帶堵頭模板，混凝土表面按施工縫做毛面處理。安裝后澆帶鋼筋，鋼筋安裝采用綁條焊，焊縫按規(guī)范要求錯開。

　　后澆帶回填混凝土采用微膨脹混凝土，以補(bǔ)償混凝土的收縮，從而達(dá)到防止混凝土收縮裂縫的目的。

　　④、后澆帶與先澆塊的連接

　　先澆塊與后澆帶之間增設(shè)插筋連接，在先澆塊與后澆帶連接的斷面上布設(shè)Φ25插筋，插筋間排距為60cm，梅花型布置。單根插筋長200cm，插入先澆塊100cm。

　　先澆塊與后澆帶間設(shè)一道平板銅止水，銅止水寬30cm。

　　2.2微膨脹混凝土配合比設(shè)計2.2.1技術(shù)要求

　　淮安立交地涵工程中的微膨脹混凝土配合比設(shè)計是在涵身主體混凝土配合比的基礎(chǔ)上采用“外摻法”摻入膨脹劑進(jìn)行配合比設(shè)計的。

　　涵身主體混凝土設(shè)計為C25F50W2.混凝土拌和用水泥選用山東沂州P.O.32.5水泥，粉煤灰采用江蘇連云港Ⅱ級灰，外加劑采用江蘇建材科學(xué)院生產(chǎn)的JM-Ⅱ緩凝高效減水劑。其主要施工配合比（灰：砂：石）為：1：1.9：4.4，灰中粉煤灰摻量為20％。

　　2.2.2膨脹劑的選用及檢測

　　本工程微膨脹混凝土配合比試驗用膨脹劑選用浙江力頓特種水泥公司生產(chǎn)的UEA-Y混凝土膨脹劑。依據(jù)JC476－1998《混凝土膨脹劑》對本膨脹劑進(jìn)行檢測，其化學(xué)成分和物理性能都滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

　　2.2.3微膨脹混凝土配合比的確定

　　根據(jù)本工程的特點，依據(jù)GB119－88《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》對涵身主體混凝土配合比以0％、9％、11％、13％四個不同摻量摻用浙江力頓特種水泥公司生產(chǎn)的UEA-Y膨脹劑。試驗采用外摻法，主要考核：1、按填充用膨脹混凝土配制，考核其不同齡期豎向自由膨脹率及3d、28d抗壓強(qiáng)度；2、按補(bǔ)償收縮混凝土配制，考核其在水中及空氣中的限制膨脹率、28d極限拉伸值和抗壓強(qiáng)度。

　　按上述試驗安排，以各種不同配合比和不同膨脹劑摻量對試件進(jìn)行成型試驗。對試驗成果進(jìn)行多方面的比較，最終確定膨脹劑的摻量為11％。其相應(yīng)施工配合比詳見下表：

　　微膨脹混凝土配合比

水泥品種 　 級配 　 UEA-Y摻量（%） 　 煤灰摻量（%） 　 坍落度（cm） 　 水膠比 　 砂率（%） 　 每立方米混凝土各材料用量（kg） 　 水 　 水泥 　 煤灰 　 砂 　 小石 　 中石 　 JM-Ⅱ 　 UEA-Y 　 沂州P.O 32.5 　 二 　 11 　 20 　 5～7 　 0.45 　 31 　 135 　 240 　 60 　 577 　 673 　 677 　 2.70 　 33.0 　

　　2.3微膨脹混凝土施工

　　本工程后澆帶施工在工期安排方面主要有兩種形式：一種是為了使后澆帶澆筑不占用直線工期而單獨填筑，另一種是墩墻后澆帶與涵頂板同時澆筑。兩種形式在施工工藝上完全相同，只是后者在澆筑完后澆帶倉內(nèi)微膨脹混凝土后，其上部立即覆蓋涵頂板常態(tài)混凝土，而前者在澆筑完后澆帶倉內(nèi)微膨脹混凝土后，要待頂板倉號準(zhǔn)備好后再覆蓋常態(tài)混凝土。

　　后澆帶微膨脹混凝土澆筑前，先將先澆塊與后澆帶的結(jié)合面鑿毛，并將后澆帶倉內(nèi)雜物清洗干凈，然后鋪上一層2cm左右的微膨脹砂漿以利新老混凝土結(jié)合，最后進(jìn)行微膨脹混凝土的澆筑。微膨脹混凝土分層厚度40cm左右。微膨脹砂漿和微膨脹混凝土均采用ROTEC胎帶機(jī)實行低坍落度運輸入倉，澆筑完后采用上部覆蓋聚氯乙烯薄膜一層，加蓋草袋兩層的蓄熱養(yǎng)護(hù)方法。

　　本工程微膨脹混凝土施工與其它同類工程相比具有以下特點：

　?、?、UEA-Y混凝土膨脹劑采用外摻法，直接將粉劑和水泥混合均勻使用，拌和時間比常規(guī)拌和延長了1～2分鐘。

　　②、加強(qiáng)了對混凝土的養(yǎng)護(hù)，其養(yǎng)護(hù)期均大于14天。

　?、?、本工程混凝土模板采用新型竹膠模板，竹膠模板的導(dǎo)熱系數(shù)比傳統(tǒng)小鋼模低的多，從而減少了混凝土的內(nèi)外溫差，達(dá)到了蓄熱養(yǎng)護(hù)的目的。

　?、?、后澆帶及其上的涵頂板混凝土澆筑完畢后采用了真空吸水技術(shù)，從而減少了混凝土的水灰比，提高了混凝土的早期強(qiáng)度，達(dá)到了防止混凝土表面干縮裂縫的效果。

　　2.4微膨脹混凝土在淮安工程中的應(yīng)用效果

　　地涵主體混凝土進(jìn)行了抽樣檢查，現(xiàn)場抗壓強(qiáng)度試驗共取樣210組，平均強(qiáng)度為29.8MPa，相應(yīng)保證率為98.7％。劈拉試驗共取樣4組，劈拉強(qiáng)度平均值為2.6MPa。對微膨脹混凝土進(jìn)行了抽樣檢查，其結(jié)果如下：14天豎向自由膨脹率為0.12％，28天豎向自由膨脹率為0.08％；14天混凝土限制膨脹率為1.63×10^-4，28天混凝土限制膨脹率為－0.67×10^-4；14天抗壓強(qiáng)度為20.0MPa，28天抗壓強(qiáng)度為32.8MPa；28天極限拉伸值為1.01×10^-4。

　　從以上檢查結(jié)果情況看，混凝土各項性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。地涵混凝土于2002年5月31日順利通過了由淮河水利委員會組織的階段性驗收，在已完成的混凝土成品中未發(fā)現(xiàn)一條裂縫，如今地涵已通水運行，也未發(fā)現(xiàn)有任何一處滲漏現(xiàn)象。像淮安立交地涵這樣巨型的混凝土薄壁結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生一條裂縫，這在全國乃至全世界混凝土發(fā)展史上是極為罕見的，毫不夸張地說，這是混凝土發(fā)展史上的一個奇跡。

　　實踐證明：在墩墻和擋水墻中部設(shè)置后澆帶并應(yīng)用微膨脹混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)作為淮安工程的主要防裂措施是成功的。微膨脹混凝土技術(shù)在淮安工程中的成功應(yīng)用為我們今后的工作提供了很好的參考依據(jù)，我們在今后的工作中應(yīng)不斷地總結(jié)和完善這項技術(shù)，以便在類似工程中更為成功的進(jìn)行應(yīng)用。