基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)及溫度控制

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1.工程概況

　　A11公路拓寬改建工程西吳淞江大橋，位于上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)西南部，西起同三立交東至A11公路2號機孔橋，全長1.188km，分南北集散車道設(shè)計，跨越西吳淞江，根據(jù)規(guī)劃Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)，跨徑布置80M＋140M＋80M，結(jié)構(gòu)形式三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，截面為單箱單室直腹板結(jié)構(gòu)，主墩承臺為矩形，截面尺寸為15.0M×11.8M×3.5M，單根承臺混凝土620方，要求一次性完成混凝土澆注，不留施工縫，屬大體積混凝土。由于主墩承臺混凝土施工期間為6月份天氣較熱，施工期間環(huán)境溫度影響較大，特別是基坑鋼板樁圍堰，基礎(chǔ)底處于地面下9M左右，坑內(nèi)空氣流通較慢，加劇了混凝土表面溫度。

　　2.大體積混凝土溫度裂縫

　　混凝土結(jié)構(gòu)開裂原因：變形作用引起的裂縫和荷載作用引起的裂縫。根據(jù)國內(nèi)外調(diào)查資料反映，由于變形引起的開裂占80%以上。這種變形作用包括溫度（水化熱，氣溫）濕度，地基變形，由于荷載引起的不足20%。在大體積混凝土澆筑初期，水泥的水化作用放出大量水化熱，但由于混凝土表面散熱條件好，因而溫度上升較少，而混凝土內(nèi)部由于散熱條件差，熱量散發(fā)少，內(nèi)部溫度上升較快，體積膨脹，導(dǎo)致形成溫度梯度，形成內(nèi)約束力，結(jié)果混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在表面引起拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會在混凝土表面出現(xiàn)裂縫。后期水泥水化熱基本釋放，混凝土內(nèi)部溫度逐漸降溫，引起混凝土冷卻收縮，再加上混凝土中多余水分蒸發(fā)等引起體積收縮變形，二者由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，導(dǎo)致溫度拉應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，會從約束面向上形成裂縫，如果溫度應(yīng)力足夠大，可以形成貫穿結(jié)構(gòu)的整體裂縫，影響結(jié)構(gòu)整體使用。溫度控制、防止裂縫發(fā)展，是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中解決的難題，對此必須采取相關(guān)技術(shù)措施。

　　3.技術(shù)措施

　　針對該工程的實際情況，從材料優(yōu)選用，配合比優(yōu)化設(shè)計，混凝土澆筑方案，養(yǎng)護措施及測溫控制等多方面綜合措施進行溫度控制，以提高結(jié)構(gòu)抗裂性，避免引起內(nèi)外溫差過大而出現(xiàn)裂縫。

　　3.1原材料選擇及質(zhì)量要求

　　根據(jù)本工程特點選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計，增大骨料用量，減小砂、石中含泥量，以減小水泥和水用量，以降低混凝土水化熱。擬采用如下原材料：

　　（1）水泥

　　由于主墩承臺3.5M厚度，水泥在水化過程中產(chǎn)生大量熱量，聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不容易散發(fā)，使混凝土內(nèi)部溫度升高，因此在施工中選擇水化熱較低的水泥以及盡量減小單位水泥用量，有資料表明每減少單位用量10KG可降低溫度1℃，本工程結(jié)合實際及地方材料采用PO42.5等級水泥。

　　（2）粗、細集料

　　粗集料為5-31.5連續(xù)級配碎石。它比5-25mm碎石可減少用水量10KG，在相同水灰比情況下水泥減少20KG左右。采用中粗砂，細度模數(shù)為2.62、含泥量為1.1%，它比采用細砂每立方用水量減少20KG，相應(yīng)減少水泥用量，降低混凝土水化熱，并防止混凝土干縮。

　　（3）混合料及外加劑

　　摻入的粉煤灰經(jīng)檢測細度、燒失量、需水量及三氧化硫含量均符合II級粉煤灰指標(biāo)要求。粉煤灰不僅改善混凝土和易性，減小混凝土用水量，減小泌水和離析，提高混凝土強度，改變混凝土分子結(jié)構(gòu)組織，增加混凝土密實度，同時代部分水泥，降低了水泥用量，從而降低混凝土水化熱引起的溫度梯度，防止和減少溫度裂縫的產(chǎn)生。

　　摻量為膠凝材料重量的1.5%LH-3高效緩凝減水劑，一方面可延緩混凝土的凝結(jié)時間，它一方面可明顯延緩水泥水化熱釋放速度，凝結(jié)時間可延長8小時以上，推遲水化熱峰值出現(xiàn)，同時減水12%用水量，減小水泥用量，從而降低水化熱。

　　3.2混凝土配合比的確定

　　混凝土配合比設(shè)計采用絕對體積法。以基準(zhǔn)混凝土配合比為基礎(chǔ)，按等稠度、等強度為原則。采用超量取代法，粉煤灰取代水泥百分率取13%，粉煤灰超代系數(shù)取1.2，即用粉煤灰取代部分水泥，超量部分取代等體積的砂，根據(jù)所選材料通過試驗室試配確定配合比如下表：

　　摻入高效緩凝減水劑混凝土初凝為8小時，終凝為12小時，由于摻入粉煤灰改善混凝土和易性，減少泌水和坍落度損失，降低水化熱，有利于大體積混凝土施工。

　　3.3混凝土澆筑施工方案及工藝

　　由于主墩承臺為3.5M厚度和施工面積較大，混凝土澆筑采用斜坡分層的澆注方案，分層厚度按44cm厚左右，分8步澆注到頂，一個坡度，簿層澆筑，先深后淺，連續(xù)澆筑，這種方法能較好適應(yīng)泵送施工工藝要求，同時控制好上下層混凝土覆蓋時間，在下層混凝土未初凝時進行上層混凝土澆筑，以避免混凝土冷縫出現(xiàn)?；炷琳駬v必須密實，在不同部位用5臺振動棒振搗，振搗棒快插慢拔，掌握正確振搗時間，做到不漏振不過振，提倡二次振搗。及時按標(biāo)高刮平表面，用木抹子反復(fù)搓壓，使其表面密實，初凝前用木抹壓光，可以控制混凝土表面的龜裂，減少混凝土表面水分散失，促進混凝土養(yǎng)護。為防止混凝土在硬化過程中表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，要及時進行二次抹面，在初凝以后，終凝之前，再用泥刀壓光平整，使少量終凝前出現(xiàn)的失水沉降等塑性收縮裂紋得到消除。

　　3.4混凝土的養(yǎng)護

　　在表面施工完畢后，應(yīng)加強對混凝土的保養(yǎng)，及時用塑料薄膜覆蓋混凝土表面，來封閉混凝土中多余拌和水，防止水分蒸發(fā)，以實現(xiàn)混凝土自身養(yǎng)護。終凝后覆蓋蓬布和草袋，蓬布和草袋的覆蓋層數(shù)應(yīng)根據(jù)實測溫差情況及時進行增減，使混凝土內(nèi)外溫差小于25℃。做好混凝土的保溫和保濕，目的是減少混凝土表面熱擴散，延長散熱時間，減少混凝土表面溫度梯度，防止表面裂縫，保證溫度緩慢升降，充分發(fā)揮混凝土徐變特性，降低溫度收縮應(yīng)力，混凝土灑水養(yǎng)護不小于14天。

　　3.5混凝土溫度的計算及測溫

　　3.5.1在大體積混凝土施工中，應(yīng)充分考慮水泥水化熱問題，計算混凝土的溫度場溫度。（計算過程省略了，需要的話可以重發(fā)）根據(jù)計算混凝土內(nèi)部溫度得知，在混凝土澆筑后第三天混凝土內(nèi)部溫升為68.9℃，比室外溫度26.4℃高42.6℃。我們采取內(nèi)降、外部保溫法，外部保溫法通常考慮增加保溫層的厚度，若保溫層厚度太厚以致不現(xiàn)實時，可考慮在混凝土內(nèi)部采取降溫法，埋置冷卻水管，其散熱效果明顯，目的是減少混凝土表面的熱擴散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫。在該主墩承臺大體積混凝土內(nèi)部水平設(shè)置兩層循環(huán)“∈”型6分鐵水管6根，橫橋向水平間距2m.為使承臺中心水化熱能更有效地排出，兩層分開進水口，使進出水路徑縮短。根據(jù)承臺內(nèi)部溫度和出水口的水溫情況，通過控制閥對水循環(huán)進行調(diào)節(jié)，控制承臺混凝土溫度與外界溫差在25℃以內(nèi)。

　　3.5.2對大體積混凝土應(yīng)及時掌握混凝土溫度變化規(guī)律，首先安裝測溫監(jiān)控點，在澆筑混凝土前進行埋設(shè)，在有代表性地方共設(shè)3處，每處設(shè)上中下3點，下點在底板向上20cm，上點在頂板向下20cm，中間點，對每處每點進行編號，對溫度測溫線綁扎在鋼筋骨架上，溫度傳感探頭避免接觸鋼筋。為了便于操作和防潮濕，將露在外面的導(dǎo)線和插頭用塑料袋包裹好，測溫時將測溫線插頭插入主機插座中，按下電源開關(guān)，主機顯示屏可顯示測點溫度，注意插頭有正負極，該儀器可讀出該處最大、最小、平均值。由專人按一定時間間隔使用數(shù)字式電子測溫儀進行測溫監(jiān)控，混凝土澆筑后1～5d每2h測一次，第6～10d每4h測一次，同時測出基坑大氣溫度及覆蓋物下溫度，進出水口的水溫。對各處各點溫度進行記錄并進行分析，決定采取對混凝土內(nèi)降、還是外部保溫法措施?，F(xiàn)列澆筑后4d各處各點每天觀測的平均值見下表：

　　從測溫記錄來看，混凝土中心與表面溫度升降基本同步，中心最高溫度出現(xiàn)在澆筑混凝土后第3d，最高溫度為58.8℃，，基坑環(huán)境溫度最大為27.9℃，承臺混凝土中心與覆蓋物下之間溫差最大為17.4℃，覆蓋物下與基坑環(huán)境溫差最大為13.5℃，均控制在25之內(nèi)，有效控制了溫差梯度，符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041-2000，混凝土表面和內(nèi)部溫差“不超過25℃為宜”的要求。

　　4結(jié)論

　　大體積承臺混凝土施工，采用多種措施進行溫度控制，避免出現(xiàn)溫度裂縫，通過檢查，混凝土內(nèi)實外光，質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)無任何有害裂紋出現(xiàn)，以上溫控措施是成功有效的。