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微膨脹混凝土在立交地涵工程的應(yīng)用
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(xiàng)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(yùn)河交匯處,是入海水道的第二級樞紐。其作用是實(shí)現(xiàn)入海水道與京杭運(yùn)河的立體交叉,維持京杭運(yùn)河水路航運(yùn),同時(shí)滿足入海水道泄洪及渠北運(yùn)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(diǎn)
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(shí)也是整個(gè)入海水道工程四個(gè)樞紐中規(guī)模最大、施工難度最高的一個(gè)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(gè)入海水道能否預(yù)期通水這一宏偉目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),因此建管局、監(jiān)理單位及設(shè)計(jì)單位對本工程進(jìn)度和質(zhì)量提出了相當(dāng)高的要求。
?、?、溫控防裂難度大
因本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有薄壁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),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(gè)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(shí)8個(gè)月,考慮冬季施工,氣候影響等各種因素,實(shí)際有效施工期約6個(gè)月。6個(gè)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
?、佟?ldquo;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(diǎn)和難點(diǎn),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(diǎn),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。
?、?、后澆帶回填
先澆塊澆筑時(shí),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(jì)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(jì)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(jì)的。
涵身主體混凝土設(shè)計(jì)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(yàn)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(jì)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(diǎn),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(gè)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(yàn)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(yàn)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(yàn)。對試驗(yàn)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(dú)填筑,另一種是墩墻后澆帶與涵頂板同時(shí)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(shí)行低坍落度運(yùn)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(diǎn):
①、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(shí)間比常規(guī)拌和延長了1~2分鐘。
?、凇⒓訌?qiáng)了對混凝土的養(yǎng)護(hù),其養(yǎng)護(hù)期均大于14天。
③、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(yàn)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(yàn)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(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)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(yàn)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(yùn)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(gè)奇跡。
實(shí)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(xiàng)技術(shù),以便在類似工程中更為成功的進(jìn)行應(yīng)用。
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