浅析基础大体积混凝土施工技术及温度控制.doc

浅析基础大体积混凝土施工技术及温度控制薛大海（江苏省交通工程集团有限公司 镇江 212003）摘要 本文结合上海A11拓宽改建工程标西吴淞江大桥主墩承台大体积混凝土施工为例，介绍大体积混凝土在施工中采用多种措施控制温度裂缝发展，为类似大体积基础施工提供借鉴。关键词 大体积混凝土 施工 温度控制1. 工程概况A11公路拓宽改建工程标西吴淞江大桥，位于上海市嘉定区安亭镇西南部，西起同三立交东至A11公路2号机孔桥，全长1.188km，分南北集散车道设计，跨越西吴淞江，根据规划级航道标准，跨径布置80M+140M+80M，结构形式三向预应力混凝土连续箱梁，截面为单箱单室直腹板结构，该工程由上海市政工程设计研究总院设计。主墩承台为矩形，截面尺寸为15.0M*11.8M*3.5M，单根承台混凝土620方，要求不留施工缝不设后浇带，混凝土浇注量大一次性完成。该结构符合有关规定：“结构断面最小尺寸大于80mm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25的混凝土”，属大体积混凝土。由于主墩承台混凝土施工期间为6月份天气较热，施工期间环境温度影响较大，特别是基坑钢板桩围堰，基础底处于地面下9M左右，坑内空气流通较慢，加剧混凝土表面温度。2.大体积混凝土温度裂缝混凝土结构开裂原因：变形作用引起的裂缝和荷载作用引起的裂缝。根据国内外调查资料反映，由于变形引起的开裂占80%以上。这种变形作用包括温度（水化热，气温）湿度，地基变形，由于荷载引起的不足20%。在大体积混凝土浇筑初期，水泥的水化作用放出大量水化热，但由于混凝土表面散热条件好，因而温度上升较少，而混凝土内部由于散热条件差，热量散发少，内部温度上升较快，体积膨胀，导致形成温度梯度，形成内约束力，结果混凝土内部产生压应力，在表面引起拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会在混凝土表面出现裂缝。后期水泥水化热基本释放，混凝土内部温度逐渐降温，降温结果引起混凝土冷却收缩，再加上混凝土中多余水分蒸发等引起体积收缩变形，二者由于受到基础或老混凝上的约束，导致温度拉应力。当温度应力超过混凝土抗拉强度时，会从约束面向上形成裂缝，如果温度应力足够大，可以形成贯穿结构的整体裂缝，影响结构整体使用。温度控制、防止裂缝发展，是大体积混凝土结构施工中解决的难题，对此必须采取相关技术措施。3.技术措施针对该工程的实际情况，从材料优选用，配合比优化设计，混凝土浇筑方案，养护措施及测温控制等多方面综合措施进行温度控制，以提高结构抗裂性，避免引起内外温差过大而出现裂缝。3.1 原材料选择及质量要求根据本工程特点选择优质的原材料，优化混凝土配合比设计，增大骨料用量，减小砂、石中含泥量，以减小水泥和水用量，以降低混凝土水化热。拟采用如下原材料：（1） 水泥由于主墩承台3.5M厚度，水泥在水化过程中产生大量热量，聚集在结构内部不容易散发，使混凝土内部温度升高，因此在施工中选择水化热较低的水泥以及尽量减小单位水泥用量，有资料表明每减少单位用量10KG可降低温度1，本工程结合实际及地方材料采用PO42.5等级水泥。（2） 粗、细集料粗集料为5-31.5连续级配碎石。它比5-25mm碎石可减少用水量10KG，在相同水灰比情况下水泥减少20KG左右。采用中粗砂，细度模数为2.62、含泥量为1.1%，它比采用细砂每立方用水量减少20KG，相应减少水泥用量，降低混凝土水化热，并防止混凝土干缩。（3）混合料及外加剂掺入的粉煤灰经检测细度、烧失量、需水量及三氧化硫含量均符合II级粉煤灰指标要求。粉煤灰不仅改善混凝土和易性，减小混凝土用水量，减小泌水和离析，提高混凝土强度，改变混凝土分子结构组织，增加混凝土密实度，同时代部分水泥，降低了水泥用量，从而降低混凝土水化热引起的温度梯度，防止和减少温度裂缝的产生。掺量为水泥重量的0.7% NF-1HO高效缓凝减水剂，一方面可延缓混凝土的凝结时间，它一方面可明显延缓水泥水化热释放速度，凝结时间可延长8小时以上，推迟水化热峰值出现，同时减水12%用水量，减小水泥用量，从而降低水化热。3.2混凝土配合比的确定混凝土配合比设计采用绝对体积法。以基准混凝土配合比为基础，按等稠度、等强度为原则。采用超量取代法，粉煤灰取代水泥百分率取12%，粉煤灰超代系数取1.1 ，即用粉煤灰取代部分水泥，超量部分取代等体积的砂，根据所选材料通过试验室试配确定配合比，按普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000要求，至少做三个不同水灰比进行强度试验，三个水灰比分别为0.52、0.48、0.44。试配表如下：组别水灰比水泥Kg/m3砂Kg/m3石子Kg/m3水Kg/m3NF-1H0Kg/m3粉煤灰Kg/m3砂率%坍落度mm7天强度MPa28天强度MPa理论容重Kg/m3实际容重Kg/m310.5229677211381752.380444114022.536.42440245020.4832176011231752.583484114031.441.82440244030.435074611061752.821534113034.643.424402440混凝土坍落度实测为140mm ，掺入高效缓凝减水剂混凝土初凝为8小时，终凝为12小时，由于掺入粉煤灰改善混凝土和易性，减少泌水和坍落度损失，降低水化热，有利于大体积混凝土施工，经与业主和监理组确认后，确定选用2号配合比。3.3混凝土浇筑施工方案及工艺由于主墩承台为3.5M厚度和施工面积较大，混凝土浇筑采用斜坡分层的浇注方案，分层厚度按44cm厚左右，分8步浇注到顶，一个坡度，簿层浇筑，先深后浅，连续浇筑，这种方法能较好适应泵送施工工艺要求，同时控制好上下层混凝土覆盖时间，在下层混凝土未初凝时进行上层混凝土浇筑，以避免混凝土冷缝出现。混凝土振捣必须密实，在不同部位用5台振动棒振捣，振捣棒快插慢拔，掌握正确振捣时间，做到不漏振不过振，提倡二次振捣。及时按标高刮平表面，用木抹子反复搓压，使其表面密实，初凝前用木抹压光，可以控制混凝土表面的龟裂，减少混凝土表面水分散失，促进混凝土养护。为防止混凝土在硬化过程中表面出现龟裂现象，要及时进行二次抹面，在初凝以后，终凝之前， 再用泥刀压光平整，使少量终凝前出现的失水沉降等塑性收缩裂纹得到消除。3.4混凝土的养护在表面施工完毕后，应加强对混凝土的保养，及时用塑料薄膜覆盖混凝土表面，来封闭混凝土中多余拌和水，防止水分蒸发，以实现混凝土自身养护。终凝后覆盖蓬布和草袋，蓬布和草袋的覆盖层数应根据实测温差情况及时进行增减，使混凝土内外温差小于25。做好混凝土的保温和保湿，目的是减少混凝土表面热扩散，延长散热时间，减少混凝土表面温度梯度，防止表面裂缝，保证温度缓慢升降，充分发挥混凝土徐变特性，降低温度收缩应力，混凝土洒水养护不小于14天。3.5混凝土温度的计算及测温3.5.1为了保证大体积混凝土的质量，施工中应充分考虑水泥水化热问题，计算混凝土的温度场温度。水泥水化热引起的混凝土内部实际最高温度与混凝土的绝热温升有关。混凝土的绝热温升T=W*QO *（1-e-mt）/（C*r）式中T混凝土的绝热温升W每立方混凝土水泥用量（Kg/m3），取321 Kg/m3Qo每公斤水泥28d的累计水化热查表为460240J/kgC混凝土比热993.7J/（kg*KO）r混凝土容重2400 Kg/m3T混凝土龄期（天）m常数，与水泥品种、浇筑时温度有关混凝土最大绝热温升：Tmax=321*46.240/（993.7*2400）=61.95（）混凝土中心温度：Th=Tj+Tmax*式中Th混凝土中心温度Tj混凝土浇筑温度（）不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，取0.36混凝土浇筑温度：Tj=Tc+（Tp+Tc）*（A1+A2+A3+An）式中：Tc混凝土拌和温度，按多次测量资料，有日照时混凝土拌和温度比当时温度高5-7，无日照时混凝土拌和温度比当时温度高2-3，我们按3计算。TP-混凝土浇筑时的室外温度（上海地区六月取26.4）A1+A2+A3+AnA1混凝土装卸，每次为0.032A2混凝土 运输时，A=Q*t，Q为6M3搅拌车其温升0.0042，混凝土泵送不计，时间以分钟计算，取30分钟。A3浇筑过程中A3=0.003*60=0.18Tj=Tc+（Tp+Tc）*（A1+A2+A3+An）=29.4+（26.4+29.4）*（0.032+0.126+0.18）=29.4+（55.8 ）*0.338=48.3（） 则混凝土内部中心温度：Th=Tj+Tmax*=48.3+61.95*0.36=70.6（）从混凝土温度计算得知，在混凝土浇筑后第三天混凝土内部温升为70.6，比室外温度26.4高44.2，我们采取内降、外部保温法，外部保温法通常考虑增加保温层的厚度，若保温层厚度太厚以致不现实时，可考虑在混凝土内部采取降温法，埋置冷却水管，其散热效果明显，目的是减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝。在该主墩承台大体积混凝土内部水平设置两层循环“”型6分铁水管6根，横桥向水平间距2m。为使承台中心水化热能更有效地排出，两层分开进水口，使进出水路径缩短。根据承台内部温度和出水口的水温情况，通过控制阀对水循环进行调节，控制承台混凝土温度与外界温差在25以内。3.5.2对大体积混凝土应及时掌握混凝土温度变化规律，本工程派专人按一定时间间隔使用“CENTER”300数字式电子测温仪进行测温监控。首先安装测温监控点，在有代表性地方共设3处，每处设上中下3点，下点在底板向上20cm，上点在顶板向下20cm，中间点，对每处每点进行编号，在浇筑混凝土前进行埋设，对温度测温线绑扎在钢筋骨架上，温度传感探头避免接触钢筋。为了便于操作和防潮湿，将露在外面的导线和插头用塑料袋包裹好，测温时将测温线插头插入主机插座中，按下电源开关，主机显示屏可显示测点温度，注意插头有正负极，该仪器可读出该处最大、最小、平均值。混凝土浇筑后15d每2h测一次，第610d每4h测一次，同时测出基坑大气温度及覆盖物下温度，进出水口的水温。对各处各点温度进行记录并进行分析，决定采取对混凝土内降、还是外部保温法措施。现列浇筑后4d各处各点每天观测的平均值见下表：天数基坑温度覆盖物下砼表面砼中心砼底面覆盖物下与砼中心温差覆盖物下与基坑温度温差126.436.640.352.256.615.610.2227.438.941.554.456.015.511.5327.941.446.658.857.417.413.5426.739.043.953.952.014.912.3从测温记录来看，混凝土中心与表面温度升降基本同步，中心最高温度出现在浇筑混凝土后第3d，最高温度为58.8，基坑环境温度最大为27.9，承台混凝土中心与覆盖物下之间温差最大为 17.4，覆盖物下与基坑环境温差最大为13.5，均控制在25之内，有效控制了温差梯度，符合公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000，p437页混凝土表面和内部温差“不超过25为宜”的要求。4结论大体积承台混凝土施工，采用多种措施进行温度控制，避免出现温度裂缝，通过检查，混凝土内实外光，质量良好，未发现无任何有害裂纹出现，以上温控措施是成功的。参考文献1普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）2粉煤灰混凝土应用技术规范（GBJ146-1990）3 叶琳昌，沈义大体积混凝土施工中国建筑出版社 19874公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000accident, assist in the development of corrective programmes and follow, verify, record and feedback in a timely manner. Responsible for the overall quality management, guiding project QC group activities. 7, the Ministry of planning and finance: with all the responsible for the projects contract manager. Including curtain pile and bored pile construction. 14, earth-moving machines: equipped with excavators, dump trucks, loaders, bulldozers and other heavy machinery, mainly responsible for Foundation pit excavation and logistic, jacking of Earth excavation and Sinotrans. 15, the bridge construction team: responsible for the bridge project all steel manufacture, lashing; template polishing, derusting, release agent brushes, installation, reinforcement and demolition of concrete pouring and curing, the waterproof layer of the production, construction of