淺談高溫下大體積混凝土的澆筑技術

楊軍文

1 工程概況

鳧州大橋位于南沙經濟開發區,南北向跨越鳧州水道,是連接南沙環島西路與龍穴島龍穴大道(港區段)的城市干道。起訖里程為K0+000～K4+200,路線總長4.2 km,橋梁長2.774 km,橋梁最大跨度130 m,總投資7億多元,設計為雙向六車道。主墩承臺平面尺寸為9.5 m×35.9 m,厚度為4 m,屬于大體積混凝土構筑物。

工程特點是:1)氣溫高,按工期和施工進度要求,承臺需在炎熱的夏季澆筑混凝土,而當時的氣溫高達42℃;2)結構體積大,主墩承臺(C30)外型尺寸(長×寬×高)為 35.9 m×9.5 m×4.0 m。因此,除必須滿足混凝土強度和耐久性等要求外,其關鍵是確保混凝土的工作性能,控制混凝土結構的最高溫升及其內外溫差,防止結構出現有害裂縫。

2 施工技術措施

由于拉森鋼板樁圍堰,并用吊裝式的鋼沉箱相結合,剛性好,因此由于底座不均勻沉降引起和外荷載引起的裂縫的可能性很小,而混凝土硬化期間水化過程釋放的水化熱和澆筑溫度所產生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用,由此產生的溫度應力和收縮應力,是導致結構出現裂縫的主要因素。因此,主要采用各種措施以控制水化熱,降低混凝土出機溫度以控制澆筑溫度,并采取保溫養護等綜合措施來控制混凝土結構內部的最高溫升及其內外溫差,控制裂縫并確保高溫情況下順利澆筑。

2.1 限制水泥用量降低混凝土內部水化熱

1)選擇水泥。選用水化熱較低的P.O32.5普通硅酸鹽水泥,其早期的水化熱與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比,3 d的水化熱約可低30%。2)摻加磨細粉煤灰。在每立方米混凝土中摻加粉煤灰10 kg,不僅可以改善混凝土的粘聚性和和易性,還可以降低灰水比,從而降低了因混凝土水化熱而引起混凝土結構內部最高溫升,也就相應地降低混凝土結構的內外溫差。根據有關試驗資料表明,每立方米混凝土的水泥用量每增減10 kg,其混凝土的溫度相應升降1℃～1.2℃。3)選用優質外加劑。為達到既能減水緩凝,又使坍落度損失小的要求,經比較,最后選用了湛江FDN-5型高效減水劑,可減少拌合用水10%左右,相應也減少了水泥用量,降低了混凝土水化熱。綜合上述因素,考慮高溫和近海風力較大等因素造成的混凝土坍落度損失較快,把出機坍落度控制在14 cm±2 cm之間,并用少方量運輸,采用每輛水泥攪拌車的運輸方量為3 m3～5 m3,縮短出機到澆筑完成之間的時間;并且由于采用了“雙摻技術”(緩凝減水劑和磨細粉煤灰),延緩了凝結時間,減少了坍落度損失,改善了混凝土和易性,使得混凝土在高溫條件下能夠順利澆筑。通過采取這些保證措施,在保證結構混凝土強度的基礎上,保證混凝土的工作性能既符合設計要求又能滿足施工的要求。

2.2 用原材料降溫控制混凝土出機溫度

根據由攪拌前混凝土原材料總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等的原理,可求得混凝土的出機溫度 T,說明混凝土的出機溫度與原材料的溫度成正比,為此對原材料采取降溫措施:

1)在集料堆場的上方搭蓋涼棚,避免了太陽直接暴曬碎石、砂等集料而導致混凝土出倉溫度過高;2)將堆場石子連續澆水,使其溫度自澆水前的48℃降至澆水后的38℃,且可使碎石預先吸足水分,最大限度地控制混凝土在出機后的坍落度損失;3)雖然混凝土中水的用量較少,但它的比熱最大,故在攪拌混凝土用的貯水池上方搭設涼棚,從而降低了水溫。

2.3 保持連續均衡供應,控制混凝土澆筑溫度

1)混凝土施工有全面的組織計劃,認真做好準備工作,有足夠施工設備:攪拌站包括50 m3/h拌合系統一套(另現場配置的35 m3/h拌合系統一套作備用),保證混凝土施工能連續進行。2)為不使混凝土輸送過程中溫度過高,在混凝土攪拌運輸車的攪拌鼓外側經常淋水,以達到降溫的效果。3)混凝土澆筑前,在模板、鋼筋和底座上淋水以達到降溫的目的,并保證在混凝土澆筑時沒有附著水。在混凝土澆筑期間,也在模板外側(高出水面的位置的模板)反復淋水降溫。4)混凝土澆筑采取斜面分層澆筑,錯開層與層之間澆筑推進的時間以利下層混凝土散熱,但嚴格控制上下層之間澆筑時間差,以不超過混凝土初凝時間和不出現施工“冷縫”為控制標準,組織混凝土施工。在澆筑表面層混凝土時,組織好人力及時修整,以防止表面產生裂紋。在混凝土初凝前,再用木抹子搓平壓實,以免表面出現龜裂和收水裂縫。

2.4 加強混凝土保濕保溫養護

混凝土修整后,立即用濕潤的麻袋覆蓋混凝土的表面,初凝后立即灑水養護,混凝土終凝后采用以下的養護措施:

1)采用蓄水法保溫養護,蓄水深度10 cm以上,使混凝土得到有效的養護。2)預埋冷卻管。鋼筋安裝時,在構筑物的內部預埋φ 6鍍鋅冷卻管,并采取措施防止冷卻管堵塞。在承臺混凝土施工和養護期間通入冷卻循環水,以便加快承臺內部熱量的散發,同時為保證冷卻水溫度控制可靠、流量調節方便,將循環水管的一端接到蓄水池,另一端接至承臺面,使冷卻水養護循環往復,有效地控制承臺混凝土的內外溫差。

2.5 通過監控,及時掌握混凝土溫度動態變化

為及時掌握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值,確保混凝土構件的內外溫差符合規范要求。在施工過程中,我們在承臺內埋設15個測溫點,采用L形布置。每次測溫時,同時使用兩個便于讀數的100℃的紅色水銀溫度計,一根埋置于承臺混凝土的中心位置,測量混凝土中心的最高溫度,另一根置于承臺上表面以下100 mm處,測量混凝土的表面溫度,測溫管的表面均露出混凝土表面100 mm,并做好記錄,如果內外溫差超出規范要求,采取加大冷卻管內水的流量,確保混凝土構件內部溫升與表面溫度的變化值。1)溫度監控的最終目的是為了掌握混凝土內部的實際最高溫升值和混凝土中心至表面的溫度梯度,我們通過采取以上的施工措施,保證了構件的內部與表面的溫差小于25℃(符合規范要求)。2)溫度是直接關系整個混凝土基礎質量的關鍵。為了客觀地反映混凝土溫度狀況,我們進行原材料溫度、出機溫度、入模溫度、自然溫度、混凝土內部溫度、混凝土表面溫度等項目的測試,便于及時調整溫控措施。經實測混凝土內外溫差在16℃～22℃之間,保證規范要求的內部與表面的溫差小于25℃要求,且很少發現混凝土表面有裂縫情況。部分收集的數據如下:太陽底下的溫度為 46℃、棚內溫度為 42℃、原材料溫度為38℃、出機溫度為 42℃、入模溫度為 43℃、混凝土內部溫度為56℃～70℃、混凝土表面溫度為48℃。

3 效果及結論

通過一些施工控制措施,解決了一些施工上的技術難題,大體積現澆混凝土施工存在的混凝土入模溫度難以控制,混凝土內外溫差過大等一系列問題得以控制;避免結構出現溫度裂縫和施工裂縫(僅表面有個別收水裂縫),所有構件的質量驗收均達到合格或以上,為今后高溫下大體積現澆混凝土的施工提供了一套較完整的施工工藝和質量控制技術,積累了寶貴的經驗。

[1] 公路工程水泥混凝土試驗規程[S].

[2] 混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

[3] 公路橋涵施工技術規范[S].

[4] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

[5] 金榮莊,尹相忠.市政工程質量通病及防治[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.