橋梁承臺大體積混凝土超時緩凝事故的分析與處理

常玉斌，楊翔

(重慶建工市政交通有限責任公司，重慶 400021)

1 工程概況

重慶某跨江大橋為一座主跨788m 的單跨懸索橋，其北側主塔基礎設置有兩個分離式承臺，采用鋼筋混凝土結構，空間尺寸達到20.5m×20.5m×6.0m，為大體積混凝土。由于大體積混凝土澆筑過程水泥水化熱聚集在結構內部無法散失，會產生較大的溫度應力而出現裂縫，從而影響施工質量及工程結構安全。于是，該承臺在施工過程中采取了多項控溫施工措施，包括優化混凝土配合降低水泥用量、使用超緩凝劑延緩水泥的水化放熱速度、預埋冷卻管道降低內部溫度、進行溫度監測控制內外溫差等。但是，在養護過程中，卻出現了令人意想不到的結果，發現承臺內部溫度偏低，承臺頂面混凝土14 天未硬化，出現超時緩凝現象。

2 超時緩凝現象調查

通過對承臺頂面混凝土的查看，發現松軟、無強度的混凝土全部位于承臺下游半區（見圖1），通過對承臺下游三個側面混凝土的查看，確定發生超時緩凝的混凝土厚度約2m（4個澆筑層）。由此，劃定超時緩凝混凝土的分布范圍為承臺的下游半區，厚度2m，位于該范圍內的混凝土在澆筑完成14d后仍未凝結硬化，越靠近承臺下游側及頂面，超時緩凝程度就越嚴重。

而對于超時緩凝區域以外的混凝土，雖然已凝結硬化，但強度增長顯著低于預期（采用回彈法對上游側混凝土進行強度檢測，結果小于10MPa）。

圖1 超時緩凝混凝土的分布范圍

表1 承臺大體積混凝土生產配合比 kg/m3

3 超時緩凝的原因分析

3.1 混凝土生產記錄查閱

承臺混凝土的強度等級為C30，混凝土預期凝結時間為20～30 小時，混凝土配合比見表1，混凝土由該橋梁工程配套的現場攪拌站兩條生產線（A 線和B 線）集中生產。

調查現場攪拌站的原材料儲存與計量設備可知，混凝土生產采用全自動設備，各種原材料尤其是水泥、粉煤灰和礦粉有獨立的儲存粉料倉，而且粉料倉入口管有防錯裝置，即不同材料輸送管接口不同，不可能發生水泥、粉煤灰和礦粉裝錯料倉的情況。

查閱混凝土生產記錄可知，混凝土生產過程中水泥、粉煤灰、礦粉使用數量與生產配合比基本一致，實際計量與理論數量的最大偏差（見表2），符合標準GB14902-2003《預拌混凝土》關于原材料的計量允許偏差的要求。

表2 每盤混凝土原材料的計量偏差

3.2 混凝土施工日志查閱

查閱施工日志可知承臺混凝土的施工工藝為：混凝土運輸車運輸（運距0.8km），兩臺柴油泵同時泵送澆筑（泵送距離120m）。其中，1＃輸送泵由攪拌站A 線單獨供料，按照1～6＃布料點的順序依次澆注；2＃輸送泵由攪拌站B 線單獨供料，按照7～12＃布料點的順序依次澆注。每層澆注500mm，采用插入式振搗器振搗30s，然后澆注下一層。

結合前面劃定的超時緩凝混凝土分布范圍及承臺混凝土施工工藝，發現超時緩凝混凝土由攪拌站B 線生產，體量約420m3，生產日期為9 月26 日。

圖2 承臺混凝土的施工工藝

此外，施工日志還顯示：混凝土澆筑從9 月24 日上午10∶30 開盤，至27 日1∶40 完成，共用時約63 小時，澆注過程較為順利，澆筑期間有降雨及氣溫驟降現象（期間最高氣溫為38℃，最低為17℃）。

3.3 原材料資料查閱及抽檢

根據相關文獻報道[1,2]，在核對原材料用量與生產配合比一致的情況下，造成混凝土超時凝結的主要因素是水泥和外加劑。調查原材料的進場記錄得知，因承臺混凝土施工過程混凝土坍落度經時損失大，外加劑生產商對其產品進行了調整，新產品于9 月26 日進場，絕大部分被輸送到B 生產線的對應的外加劑儲罐儲存（這與前面超時緩凝混凝土由B 線生產相對應）。

于是，對9 月26 日進場的外加劑留樣樣品按照生產配合比進行檢驗，混凝土初凝時間約為5d，遲遲未終凝（大于7d）；而26 日之前的留樣樣品的凝結時間符合預期（終凝時間小于30h），7d 強度為32.4MPa，達到設計強度。

3.4 超時緩凝的原因分析

通過對混凝土生產與施工情況的調查，分析超時緩凝現象產生的原因為：由于承臺混凝土為大體積混凝土，為了保證承臺混凝土滿足施工要求，混凝土生產過程中使用了緩凝作用極強的超緩凝型減水劑。在施工期間，由于出現高溫伏旱天氣（40 度），超緩凝型減水劑的作用效果不佳，混凝土坍落度的經時損失很大。于是，外加劑供應商通過增加緩凝組分的方式對其產品進行了調整。但當新外加劑產品在生產中使用時，氣溫卻出現驟降，使得外加劑分子對水泥水化過程的抑制作用顯著增強，最終導致了承臺部分混凝土產生了超時緩凝。

4 超時緩凝的處理

4.1 處理措施

根據相關文獻的報道[3]，混凝土超時緩凝時間超過4d，就應直接打掉重新澆注。但是由于該橋梁工程的工期十分緊張，而且承臺位置緊鄰長江，隨著三峽庫區開始蓄水，承臺底部及周圍地面都將被江水淹沒，如果將承臺混凝土打掉重新澆注，會使工期損失巨大，且施工難度十分大。

因此，經過相關專家的多次會診，決定對承臺混凝土加強養護，利用承臺內部水泥水化熱產生較高溫度造成外加劑緩凝效果失效，具體措施如下：

（1）覆蓋處理，使用塑料薄膜覆蓋以減少混凝土中水分的散失，見圖3；

（2）加溫養護，一方面設置了30 多盞碘鎢燈對超時緩凝區域的混凝土進行照射（見圖4），從外部提高混凝土的養護溫度，另一方面利用預留的冷卻水管通入熱水，從內部提高混凝土的養護溫度；

（3）加強溫度監控，測試承臺各部位尤其是超時緩凝區域的混凝土水化溫升。

圖3 覆蓋處理

4.2 效果監控

加強養護30 天后，從外觀上檢查，承臺超時緩凝區域的頂面和側面混凝土都完全凝結硬化。

圖4 加溫養護

同時，為了檢查承臺內部混凝土的凝結硬化情況，采用鉆心法對承臺混凝土進行檢測，鉆芯深度為1m（部分測點深度為4.5m），鉆芯點分布見圖5，測試結果表明：⑴位于承臺下游頂角的23＃、37＃、39＃和40＃測點的芯樣存在局部不完整情況（位置位于頂面以下0.1m，厚度約0.1m，見圖6），其他部位及其他測點的芯樣均呈完整狀態，以上說明承臺大體積混凝土的超時緩凝現象基本消除，僅有下游側兩個頂角的極小區域混凝土尚未完全硬化，這主要是因為該區域位于承臺的頂角，溫度及水分散失較大，加強養護對頂角區域超時緩凝現象的消除作用有限。⑵經檢測，所有完整芯樣的抗壓強度全面達到設計強度（核心區域芯樣強度都在50MPa 以上）。

圖5 鉆芯點的分布情況

圖6 37＃測點芯樣情況

4.3 處理結果

根據檢測結果對承臺進行受力分析，承臺下游頂角未完全硬化區域屬無應力區，且承臺核心區域強度比原設計大大提高(達50MPa 以上)，故承臺當前情況能滿足設計承載能力的要求，可進行下一步施工工序。同時，對于承臺下游頂角的未完全硬化區域，則實施鑿除后恢復鋼筋并重新澆注高強度等級的混凝土。

5 結束語

對于大體積混凝土的施工通常是考慮如何降低水泥的水化放熱，最常用最有效的方法通過添加混凝土緩凝劑來延緩水泥的水化放熱速率。但是，對于緩凝劑的使用一定要慎重。而本文所介紹的大體積混凝土的超時緩凝現象及其分析處理過程，可為今后類似工程施工提供教訓和參考經驗。

[1]鄭畢海.水泥混凝上異常凝結初探[J].內蒙古科技與經濟，2004,(3):65-66

[2]陳志聰.混凝土外加劑超量質量事故分析與處理[J].皖西學院學報，2004,20(2):83-86.

[3]石從黎，段瑞斌，宋開偉等.預拌混凝土的超時緩凝現象及處理方法[J].混凝土,2011(1): 106-107.