大体积混凝土施工裂缝控制技术

大体积混凝土施工裂缝大体积混凝土施工裂缝 控制技术控制技术 1 前言 大体积混凝土施工中 由于水泥水化热引起混凝土浇注内部温 度和温度应力剧烈变化 由此而产生的温度应力 是导致混凝土产 生裂缝的主要原因 裂缝会影响混凝土的整体性 防水性和使用的 耐久性 为此在大体积混凝土施工中 如何控制裂缝是混凝土施工 成败的关键 2 工程概况 赣龙铁路芋子英特大桥全桥有混凝土 38405m3 一次性灌注的混 凝土量超过 1000m3的承台有三个 其中 10 墩 1095m3 11 墩 1510m3 12 墩 2571m3 如何控制好这些大方量承台的施工是一个难 点问题 在实际施工中通过浇注前详细计算 控制原材料 减少水 泥用量 施工过程及施工后温度监控等措施 较好的解决了这一难 题 现将 10 墩的施工做一介绍 供以后大体积混凝土施工的参考 3 施工思路 3 1 一般措施 材料使用高效减水剂和粉煤灰增加混凝土的和易性 从而减少 水化热 石子选用 5 40mm 可减少用水量 混凝土的收缩和泌水 随之减少 砂子用中粗砂 细度模数在 3 15 左右 可使每平方米减 少用水量 20 25kg 水泥相应也减少 28 35kg 从而降低混凝土的 干缩 3 2 其他措施 采取混凝土内部埋设循环水管措施 可带走部分混凝土水化热 埋测温管 能及时控测混凝土内外温差 控制混凝土入模温度 浇 注完成后及时养护 做好保温保湿工作 4 配合比的选定 4 1 配合比 通过试配最后选定配合比为 水泥 砂 石子 减水剂 粉煤 灰 1 2 08 3 00 0 005 0 15 水胶比 0 47 水泥选用强度等 级 32 5 的普通硅酸盐水泥 28 天水化热为 377J kg 水泥用量 363kg m3 坍落度 160 180mm 全部泵送入仓 外加剂和掺和料为 了满足泵送要求 坍落度需控制在 160 180 之间 如只增加用水量 水泥用量也将相应增加 还会加剧混凝土的干燥收缩 水化热增加 容易出现早期干缩裂缝 因此在施工时掺入了水泥重量 0 5 的 FS R 型高效减水剂 不仅使混凝土的工作性能有了明显改善 同时又减 少了 10 拌合用水 同时节约 10 左右的水泥 从而降低了水化热 每 1m3混凝土中掺占水泥用量 15 的 级粉煤灰等量代替 15 的 水泥 根据国外大量资料说明 混凝土中掺入粉煤灰后不仅能代替 部分水泥 而且由于粉煤灰颗粒量球形起润滑作用 可大大改善混 凝土工作性和可泵性 且可明显降低混凝土水化热 降低徐变 干 缩性和热膨胀系数 提高混凝土抗泌水性和离析 还可提高混凝土 抗渗性能 对抗硫酸侵蚀和抑制碱骨料反映也有效果 4 2 粗细骨料 粗骨料 根据承台钢筋间距 1500mm 和泵管 150mm 的实际情况 选用上杭森坑石场 5 40mm 的石子 由于增大了粗骨料的粒径 减 少了用水量 混凝土的收缩和泌水随之减少 同时由于减少了水泥 用量 水泥的水化热减少 降低了混凝土的温升 一些资料表明 采用 5 40mm 石子比采用 5 25mm 石子每立方混凝土减少用水量 15kg 左 右 水泥可减少用量 20kg 左右 细骨料 采用中粗砂 其细度模数为 3 15 采用中粗砂每立方 的用水量和水泥用量减少 对控制裂缝有利 5 控制混凝土的出机温度及浇注温度 对混凝土出机温度影响最大的是石子和水的温度 其次是砂子 温度 水泥温度影响最小 因此降低石子温度是最有效的办法 施 工中在大堆料场搭舍凉棚 不使太阳直晒砂 石子 对石子进行洒水 降温 控制浇注温度 由于浇注时间在 4 月份 室外温度为平均 20 由浇注温度计算式 Tp To Ta To 1 2 3 n 可知 Tp 混凝土浇注温度 To 混凝土搅拌温度 Ta 混凝土运输和浇注时的室外温度 1 2 3 n 温度损失系数 按以下规定 混凝土装卸和运转 每次 0 032 混凝土运输时 At t 为运输时间 搅拌运输 A 取 0 0042 浇注过程中 0 003t t 为浇注时间 出机温度和浇注温度相差不大 施工中只需对混凝土泵管外包 麻袋并经常浇水 降低因泵管温度升高对混凝土温度的影响 6 混凝土施工 承台浇注均采用泵送 在能保证泵送前提下 尽可能降低坍落 度 因此坍落度控制在晴天高温时 150 170mm 阴雨或夜间 130 150mm 浇注时泵管接至承台钢筋顶面 用软串筒直接下料 两台输送泵从两边向中间层层推进 分层厚度 30cm 捣固随浇筑逐 排进行 注意漏捣 6 1 降温及测温设备布置 施工前在承台内布设混凝土冷却水管 冷却水管的布设可削减 混凝土浇注初期水化热升温 有利于控制混凝土内部最高温度 减 小基础温差和内外温差 冷却水管采用直径 25mm 的钢管 水平间距 1 5m 垂直间距 1 5m 架设在承台内的钢管架上 布置如图 错误 链接无效 错误 链接无效 冷却水管长度一般控制在 200m 以内才能更好的发挥冷却作用 每天冷却水流向互换一次 以达到均衡冷却的效果 通水时间不能 少于 14 天 冷却水含泥砂量应尽量小 其流量流速应保证在管内形 成紊流 直径 2 5mm 的冷却管 每分钟流量以 16L 为宜 在每层管 出水口装设流量计 定期测定流量 测温管的布设 测温点布置图 承台布设三组测温管 每组三根管 第一组因承台施工完成 5 天后要施工墩身 不能测温一个月 第二组布设在墩身边缘 尽 可能的接近承台中心 但不能影响墩身施工 测温管用 40 钢管 加工完成后在管底焊钢板封住 以免漏浆 固定好测温管后应把上 口用木塞塞住 避免杂物进入 测温 要求在浇注完成后 1 5d 每 2h 测温一次 6 30d 每 4h 测温一次 测温记录如下表 6 2 混凝土的养护 大体积混凝土的养护是一项关键工作 必须切实做好 养护主 要是保持适宜温度和湿度条件 混凝土的保温措施 常常也起保湿 的效果 从温度应力的观点出发 保温的目的有两个 其一是减少 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 其二是延长散热时间 充分发挥混凝土强度的潜力和材料松 弛特性 使平均总温差对混凝土产生的应力小于混凝土抗拉强度 防止产生贯穿性裂缝 保温的作用是使刚浇完的混凝土不脱水而产 生干缩性裂缝 在实际施工中 混凝土浇注完成后 在侧模外严密 的挂两层草袋 并经常浇水 使草袋湿润 在混凝土表面铺塑料布 一层 再在塑料布上铺一层草袋 并经常洒水保湿 测温结果表明 用两层草袋覆盖后 草袋内外温差可达到 7 5 12 5 混凝土表 面塑料布内外温差可达 8 14 对防止混凝土开裂起到了较为满 意的效果 6 3 拆模时间 一般认为 混凝土终凝后即可拆模 对于厚度较大的混凝土体 监控的结果表明 混凝土中心在浇注后 20 30 小时即可达到最高温 度 如此时拆模 可能会使混凝土内外温差大于 25 开裂的可能 性大增 应采取钢模外保温 同时延长拆模时间到 4 5d 拆模后 因混凝土曝露在空气中 如出现急剧降温 可能出现裂缝 因此决 定在拆模后立即回填 以达到恒定保温的效果 7 热工计算 7 1 砼土比热计算 1 wwggSSCC CPCPCPCP P C 式中 C CO CS Cg CW 分别为混凝土 水泥 砂 石子 水的 比热 kj kg k 可查得 比热分别为 0 536 0 745 0 708 4 187 计算得 C 1 100 15 2 0 536 31 43 0 745 45 25 0 708 8 12 4 187 0 98kj kg k 7 2 绝热温升计算 CP Qm T c 18 58 240098 0 377363 max 试中 mc为每立方混凝土中的水泥用量 Q 为水泥水化热 C 为混凝土比热 P 为混凝土的容重 考虑承台一维散热 散热影响系数取 0 6 水化热升温 Tmax 0 6 58 18 34 9 预测基础中心最高温度为 20 34 9 54 9 20 为入模温度 实测最高温度为 52 与理论计算相接近 实测降温曲线见图 中心点 下边点 上边点 7 3 计算混凝土的收缩变形值 10321 01 0 0 1mmmme t yty 式中 y0为 3 24 10 4 e 2 718 t 为各龄期的计算时间 错误 链接无效 错误 链接无效 7 4 计算水化平均温度 实测已知 3d 的 T1 混凝土表面温度 39 T2 混凝土中心温度 53 由公式得 Tx 3 T1 2 3 T2 T1 39 2 3 53 39 48 3 已知混凝土浇筑 30d 后 T1 26 T2 30 5 TX 30 26 2 3 30 5 26 29 水化热平均总降温差 TX TX 3 TX 30 48 3 29 19 3 7 5 计算各龄期混凝土收缩值及收缩当量 1021 01 0 0 1mmme t yty 其中 40 1024 3 y m1 1 0 m2 1 35 m3 1 0 m4 1 105 m5 1 3 m6 0 93 m7 0 54 m8 1 006 m9 1 0 m10 0 5 y 3 3 24 10 4 1 e 0 01t 1 0 1 35 1 0 1 105 1 3 0 93 0 54 1 006 1 0 0 5 0 4719 10 5 3d 的收缩量为 47 0 100 1 104719 0 5 5 3 3 Y Y T 同样计算得 y 9 1 37 10 5 Ty 9 1 37 y 15 2 2 10 5 Ty 15 2 2 y 21 3 0 10 5 Ty 21 3 0 y 27 3 25 10 5 Ty 27 3 25 y 30 4 11 10 5 Ty 30 4 11 降温叠加 T9 7 0 9 7 9 T15 8 0 81 8 81 T21 4 0 8 4 8 T27 2 0 75 2 75 T30 1 5 0 36 1 86 总综合温差 T t T 9 T 15 T 21 T 27 T 30 7 9 8 81 4 8 2 75 1 86 26 12 7 6 计算各龄期的混凝土弹性模量 Ec 2 8 104 t ct eEE 09 0 1 E 3 0 66 104E 9 1 55 104 E 15 2 07 104E 21 2 37 104 E 27 2 55 104E 30 2 61 104 各龄期混凝土的松弛系数 根据经验数据分别取 S 3 0 186S 9 0 214 S 15 0 233S 21 0 301 S 27 0 570S 30 1 7 7 最大拉应力计算 tttt STE L r 2 cosh 1 1 1 式中 取 1 0 10 5 0 15 Cx 0 6n mm3 H 4500 L 15 600 9d 第一阶段 自 3d 到 9d 温差引起的应力 72 0 2 1027 9 1055 1 4500 6 0 5 4 L EH C t x 根据双曲余函数表可查得 代入上式可得 27059 1 2 cosh L 06565 0 214 0 9 71055 1 27059 1 1 1 15 0 1 100 1 4 5 9 同理 可计算得 0 085 0 0612 15 21 0 06519 0 0792 27 30 总降温产生的最大拉应力 302721159max 0 06565 0 085 0 0612 0 0652 0 0792 0 3563n mm2 混凝土抗拉强度取 1 6n mm2 则抗裂安全度 k 1 6 0 3563 4 49 1