大體積混凝土承臺溫度裂縫控制技術(shù)

PAGEPAGE9XX公路大大體積混凝土承臺溫度裂縫控制技XX項目經(jīng)理部【摘要】XX公路大橋主橋主墩、次主墩的四個承臺均為大體積混凝土基礎(chǔ)，本文主要以8＃次主墩承臺為例，介紹了大體積混凝土施工中采取的溫度控制措施，并通過實測數(shù)據(jù)對溫控效果進行了分析，實踐證明施工中所采取的措施是有效的。1工程概況XX公路大橋全長2743.1m，主橋上部結(jié)構(gòu)為（116+200+220+200+116）m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)結(jié)合梁。9＃、10＃主墩承臺的結(jié)構(gòu)尺寸為25.9m（橫橋向）×25.9m（順橋向）×5.0m（厚度），砼3354.059m3；8＃、11＃次主墩結(jié)構(gòu)尺寸為25.9m（橫橋向）×22.0m（順橋向）×5.0m（厚度），砼2849m3；根據(jù)設(shè)計及業(yè)主要求，整個承臺混凝土一次灌注，屬于典型的大體積混凝土施工。次主墩8#承臺位于黃河岸灘上，為左右幅整體式基礎(chǔ)，其下布設(shè)42根φ1.5m，長度為108m鉆孔灌注樁；原地面標高為9.0m，原地面以下2.5m左右開始出現(xiàn)飽和液化砂土，地質(zhì)條件較差。2大體積混凝土溫度裂縫理論分析及溫控標準2.1溫度裂縫理論分析由于水泥的水化熱作用，混凝土澆注后要經(jīng)歷升溫期、降溫期和溫度穩(wěn)定期三個階段。升溫階段，水泥產(chǎn)生的水化熱大量的聚集在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，內(nèi)外溫差使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，若大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力時就有可能產(chǎn)生裂縫；降溫階段，新澆混凝土受內(nèi)部鋼筋、封底混凝土及樁頭約束而不能自由收縮，此時彈性模量相對較低，若降溫梯度過大就容易產(chǎn)生較大的溫度拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力大于相應(yīng)齡期的混凝土容許拉應(yīng)力時，也容易產(chǎn)生溫度裂縫，因此控制溫差盡量降低溫度梯度是保證不產(chǎn)生裂縫的根本。2.2混凝土內(nèi)部最高溫度計算一般可采取下式近似計算大體積混凝土內(nèi)部最高溫度：――――――――式一式中：T0：混凝土入模溫度，以混凝土澆注時的實際測量數(shù)據(jù)為準；W：每方水泥用量（kg/m3）；θ0：水泥28天水化熱，本工程選用山東鋁業(yè)公司低堿P·O32.5R水泥，通過試驗28天水化熱為350J/g；C：混凝土比熱取0.98KJ/kg·℃；ρ：混凝土的密度（由配合比確定）；ξ：不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)（參考相關(guān)資料），當(dāng)厚度大于4.0m時ξ=1.0m；混凝土平均入模溫度為23℃時，將以上數(shù)據(jù)代入式一，計算8＃墩承臺中心點的最高理論溫度為65℃。2.3溫度控制標準綜合考慮混凝土的入模溫度、混凝土水化熱的發(fā)展變化規(guī)律、養(yǎng)護條件、通水散熱等因素，制定了以下混凝土的溫控標準：（1）混凝土的內(nèi)表溫差不超過25℃；（2）拆模時內(nèi)外溫差小于25℃；（3）最大降溫速率要小于2.0℃/d；3大體積混凝土溫度控制措施通過對大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機理分析，我們主要從降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、通水散熱、混凝土養(yǎng)護、嚴格控制拆模時間等幾方面做好混凝土溫度控制工作，確保內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，盡量降低混凝土內(nèi)部溫度的升降速率。3.1混凝土配合比設(shè)計為降低水化熱，同時滿足混凝土防腐、抗凍、泵送的設(shè)計要求，摻加了一定量的礦物質(zhì)超細粉，等量取代水泥；摻入一定量的高效緩凝減水劑，改善了混凝土的和易性，減少拌合用水量，降低水灰比，同時推遲了混凝土溫度峰值出現(xiàn)的時間，相應(yīng)的提高了同齡期的容許拉應(yīng)力。粗骨料選用連續(xù)級配石子，細骨料選用中砂，施工中嚴格控制粗細骨料的含泥量<1.5％，以提高混凝土的均勻性，增加抗裂能力。水泥選用山東鋁業(yè)公司P·O32.5R低堿普硅水泥，水泥中嚴格控制C3A含量小于6％，堿含量小于0.6％。經(jīng)過多次試配，混凝土配合比優(yōu)選如表一：表一設(shè)計標號C300水泥（kg）超細粉（kg）砂子（kg）碎石（kg）水（kg）外加劑（kg）每m3用量2919775511321557.372混凝土主要性能指標見表二：表二設(shè)計坍落度（ccm）初凝時間（h）終凝時間（h）抗壓強度（MPPa）56天導(dǎo)電量（庫侖）7天28天14～18162031.541.6645.73.2合理的布置散熱及測溫系統(tǒng)3.2.1散熱管的布置共設(shè)置4層直徑50mm的散熱管，豎向?qū)泳?.0m，每層水平間距1.5m，具體布置見圖一。散熱管采用耐腐蝕的鍍鋅鋼管，與鋼筋一起綁扎。在使用前要求通水進行密閉性試驗，防止管道在焊接接頭位置處漏水或阻塞。通水散熱后對散熱管作壓漿處理。3.2.2測溫設(shè)備為提供可靠的數(shù)據(jù)控制混凝土內(nèi)外溫差，考慮承臺平面對稱性，在承臺平面1/4位置及對角線上布置溫度應(yīng)變片，用溫度顯示儀采集數(shù)據(jù)。（測點布置與編號見圖一）采集的數(shù)據(jù)主要包括不同施工時段的入模溫度、每個溫度應(yīng)變片處混凝土不同齡期溫度、草袋內(nèi)溫度、外界氣溫、散熱管進出水溫度。3.2.3通水散熱承臺基坑的頂部和底部各放置一個6m3水箱，利用高差形成的勢能完成水循環(huán)。進出水管之間用塑料管連接，在散熱管的每個出水口設(shè)置一閥門控制流量。當(dāng)混凝土澆注至該層散熱管標高時，即通水散熱，單根散熱管流量按不小于1.5m3/h控制，通水時間不小于12天。3.3混凝土施工為確保大體積混凝土施工質(zhì)量，保證施工連續(xù)進行，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，在混凝土施工前從原材料的儲備、施工機械和人員的配置到施工前的技術(shù)交底都做了充分的準備。混凝土施工嚴格按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）中的相關(guān)要求進行，并特別注意了以下幾個方面的工作：（1）因承臺面積較大，施工中采用三臺布料桿分三區(qū)進行，每區(qū)按一定的厚度、順序和方向分層進行澆注，每層的澆注厚度不大于50cm，相鄰兩區(qū)的交界處要注意振搗，防止出現(xiàn)漏振?；炷恋臐沧㈨樞驗樽远丈眍A(yù)留鋼筋位置向外澆注，主要目的是保證墩身附近處混凝土的質(zhì)量，在澆注過程中要防止承臺邊部浮漿太多，造成表面收縮裂縫。（2）混凝土澆注時間長，隨著外界氣溫的變化和施工現(xiàn)場原材料含水量的變化要不斷調(diào)整水灰比，盡量使混凝土的坍落度均勻一致，保證混凝土的和易性。（3）因是泵送混凝土配合比，施工中會產(chǎn)生一定量的泌水和浮漿，為此在模板的一側(cè)設(shè)置了預(yù)留孔，可以隨時將泌水及浮漿排出，提高了混凝土的密實性。（4）因承臺鋼筋密集，采用不同長度的直徑200mm的鋼管作為導(dǎo)管將混凝土送入模板內(nèi)部，保證混凝土下落高度小于1.5m，不產(chǎn)生離析現(xiàn)象，而且避免了鋼筋的污染。（5）嚴格控制混凝土施工結(jié)束時間。因承臺的面積較大，表面收光需要的時間較長，若混凝土在白天氣溫較高時結(jié)束，因混凝土初凝時間短，且表面的的水分散發(fā)較快，在表面容易產(chǎn)生收縮裂紋，因此將混凝土的結(jié)束時間控制在下午4：00以后。3.4養(yǎng)護措施養(yǎng)護主要是起到保濕和保溫作用，保溫的主要目的是減少混凝土表面的熱擴散，降低表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；保濕的主要目的是防止混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫?；炷翝沧⑶凹从靡粚用珰滞饧觾蓪硬荽鼘?cè)面模板覆蓋，降低混凝土的內(nèi)外溫差，起到良好的保溫效果。為使表面覆蓋層起到良好的保溫和保濕效果，8＃墩承臺混凝土施工完畢后，在最后一層混凝土終凝前即用一層毛氈外加兩層草袋覆蓋。并堅持在草袋表面灑水保濕，使表面覆蓋層始終處于濕潤狀態(tài)，但不使草袋處于飽水狀態(tài)，以免失去保溫作用。3.5嚴格控制拆模時間根據(jù)測量的混凝土內(nèi)部溫度與外界氣溫的差值來決定拆模時間，若兩者溫差大于25℃，則不能拆模，繼續(xù)通水散熱；直至外界氣溫與混凝土內(nèi)部溫差小于25℃時才可拆模。4溫控結(jié)果分析4.1溫度場分布根據(jù)測量收集的數(shù)據(jù)對混凝土總體溫度變化過程分析：混凝土入模12小時內(nèi)升溫迅速，溫升接近25℃；三天后內(nèi)部最高溫度達到62℃的峰值（與理論計算的基本相符），隨后溫度開始下降，下降梯度為1.8℃/d；十天后，溫度梯度線趨于平緩。自澆注開始至拆模，共通水散熱18天。拆模時外界氣溫24℃，承臺中心處最高溫度為48.8℃，距離承臺外邊緣0.5m處的測點的平均溫度為31.01℃，拆模時滿足內(nèi)外溫差小于25℃要求。圖二圖三溫度沿高度方向上，在承臺中心偏下位置溫度最高，沿此點向兩邊逐漸降低，在距離頂面1m范圍內(nèi)溫度梯度最大，底面由于封底混凝土的保溫效果好，溫度下降較慢。沿水平方向，從承臺中心到邊緣，溫度逐漸下降。圖二反映了同一豎直面上不同高度溫度場的分布情況，圖三反映了設(shè)置在承臺對角線上距離承臺上表面3米高度處的溫度—－時間曲線，圖二、圖三中點的編號和圖一中的編號相一致。4.2保溫效果分析從測量的草袋內(nèi)外溫度分析：一層毛氈和兩層草袋起到了良好的保溫效果，保溫一般在8℃左右，減少了內(nèi)表溫差，具體典型數(shù)據(jù)見表四：表四日期測量時間草袋內(nèi)空氣溫度度（℃）草袋外溫度（℃℃）溫差（℃）5-1221:4025.017.08.05-138:3031.5247.55-144:4032.8257.85-156:0033.625.38.35-173:1524.5177.54.3冷卻水管的降溫效果按一定的時間頻率測量進出水口溫度，從直觀上反映了散熱管的降溫效果，表五是在承臺混凝土內(nèi)部溫度達到峰值時測量的進出水溫數(shù)據(jù)。散熱管進出水溫溫度測量表表五日期時間進水溫度(℃))出水溫度(℃))差值(℃)2003--55-147:1030.837.66.810:1031.136.75.617:1033.139.162003--55-158:003136.46.410:4532.437.65.214:1532.838.25.417:3035.540.75.2從上表數(shù)據(jù)可以看出，進出水溫的差值平均在5.8℃，取得了較好的降溫效果。5結(jié)束語XX大橋主橋8#墩大體積承臺混凝土于2003年5月11日上午10時開始澆注，5月13日下午5：00澆注完畢，歷時54個小時，澆注混凝土2849m3。通水散熱18天后，拆模觀察：表面平整、光潔，沒有發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，證明采取的溫控措施是有效的。結(jié)合整個施工過程，得出以下結(jié)論供同類基礎(chǔ)施工借鑒：(1)完善的施工方案、充分的原材料準備、合理的人員和機械設(shè)備配置是大體積混凝土順