預(yù)拌混凝土質(zhì)量問題及大體積混凝土施工控制方法研究

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(青島金辰商砼有限公司，山東 青島 266300)

0 引 言

當(dāng)下，我國(guó)建筑領(lǐng)域的建設(shè)與發(fā)展正處于高速前進(jìn)階段，但在深入對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)在施工中長(zhǎng)期存在預(yù)拌技術(shù)方面的爭(zhēng)論，甚至在一定程度上對(duì)工程混凝土施工質(zhì)量造成了不良影響[1]。因此，有必要采取手段解決此方面問題，對(duì)施工過程的質(zhì)量問題進(jìn)行控制，為混凝土工程創(chuàng)造更高的收益。

1 預(yù)拌混凝土質(zhì)量問題分析

相比常規(guī)的混凝土使用材料，預(yù)拌混凝土具有一定的商品性能，而一旦此種施工材料出現(xiàn)質(zhì)量方面問題，便會(huì)直接被認(rèn)定為此商品不合格。下文將對(duì)相關(guān)預(yù)拌混凝土的質(zhì)量問題進(jìn)行詳細(xì)分析。

裂縫問題是預(yù)拌混凝土的主要問題。在完成混凝土的攪拌后，其表層溫度與內(nèi)層溫度存在一定的差異，因此在養(yǎng)護(hù)混凝土材料時(shí)，其內(nèi)外散熱能力不同[2]。當(dāng)內(nèi)部積攢大量熱量時(shí)，內(nèi)部的溫度將高于外部的溫度，在此種條件下一旦出現(xiàn)外部環(huán)境的溫度變化，混凝土外層將受冷發(fā)生收縮，當(dāng)收縮達(dá)到一定程度后，混凝土表層將形成拉應(yīng)力，尤其在溫度驟降或大幅度降低時(shí)，結(jié)構(gòu)裂縫將更為明顯。一些常見的預(yù)拌混凝土裂縫如圖1所示。

圖1 預(yù)拌混凝土常見裂縫

除上述提出的裂縫問題外，還存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形問題。當(dāng)預(yù)拌混凝土發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)，其材料中水分蒸發(fā)，此種現(xiàn)象導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠孔中的液面呈現(xiàn)一種下降趨勢(shì)[3]。當(dāng)結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)生水化后，結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)“月牙”形狀，出現(xiàn)此種現(xiàn)象的主要原因是混凝土收縮，對(duì)其體積造成影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。

2 大體積混凝土施工控制方法設(shè)計(jì)

2.1 大體積混凝土澆注體溫度控制及防裂計(jì)算

在明確預(yù)拌混凝土質(zhì)量存在的問題后，為提高大體積混凝土的施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)其有效控制，將混凝土施工的工作性能和后期性能提升作為控制目標(biāo)[4]。以C40P10R60型號(hào)的混凝土為例，針對(duì)其進(jìn)行澆注體溫度控制，并對(duì)其防裂上限時(shí)的溫度進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)澆注體進(jìn)行溫度控制時(shí)，首先需要確定混凝土材料的水化熱情況，其計(jì)算公式為：

(1)

式中：Q0為混凝土材料水化熱總量；Q1為3 h累計(jì)水化熱；Q2為7 h累計(jì)水化熱。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出混凝土材料的水化熱總量后，進(jìn)一步確定出混凝土的升溫曲線，如圖2所示。

圖2 混凝土材料升溫曲線

從圖2中可以看出，在齡期為6 d以前，混凝土的強(qiáng)度不斷提高，在6 d以后，混凝土的強(qiáng)度出現(xiàn)明顯減弱趨勢(shì)。根據(jù)圖2中混凝土材料的升溫曲線，確定其最高溫升控制值如圖2中虛線所示。因此，結(jié)合大體積混凝土施工規(guī)范中的規(guī)定，按照?qǐng)D2所示內(nèi)容對(duì)施工過程中的大體積混凝土溫度進(jìn)行控制。

再結(jié)合混凝土材料的彈性模量對(duì)其產(chǎn)生裂縫的臨界彈性模量進(jìn)行計(jì)算，從而通過控制彈性模量的方式，避免混凝土出現(xiàn)裂縫結(jié)構(gòu)，彈性模量的計(jì)算公式為：

E(t)=χE0(1-e-φ)

(2)

式中：E(t)為混凝土材料在某一時(shí)刻t時(shí)的彈性模量；χ為混凝土中摻合料對(duì)彈性模量的修正系數(shù)，通常情況下χ的取值為1.01；φ為常量，取值為0.09；E0為混凝土材料的彈性模量，E0的取值為3.25×104N/mm2。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出混凝土的彈性模量，并在施工過程中對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，一旦某一時(shí)刻的彈性模量達(dá)到閾值上限，則需要對(duì)其進(jìn)行降低數(shù)值的處理，從而避免裂縫結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。

2.2 大體積混凝土已有結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)

在完成施工過程中溫度的合理化控制后，應(yīng)及時(shí)對(duì)工程中的大體積混凝土進(jìn)行現(xiàn)有裂縫的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修補(bǔ)。修補(bǔ)過程中，應(yīng)遵循適用性原則，按照工程需求選擇對(duì)應(yīng)的修補(bǔ)措施[5]。例如，為了恢復(fù)混凝土原有結(jié)構(gòu)的完整性，可按照灌漿加固的方法進(jìn)行修補(bǔ)，在施工處理過程中，將水泥灌漿材料與化學(xué)灌漿材料按照一定的比例進(jìn)行混合。混合后進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)表層的加壓清洗，完成灌漿后進(jìn)行封孔與壓水試驗(yàn)。當(dāng)測(cè)試結(jié)構(gòu)通過壓水檢測(cè)后，即可認(rèn)為修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)符合質(zhì)量要求，反之則需要對(duì)其進(jìn)行二次加固。在灌漿處理時(shí)，需要安排專業(yè)技術(shù)人員，進(jìn)行壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免灌漿裝置由于阻滯出現(xiàn)壓力驟降或壓力驟升等問題。在完成與之相關(guān)的施工處理后，應(yīng)使用與原有結(jié)構(gòu)匹配的漿液，進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面的封層，避免結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。

除上述提出的內(nèi)容，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的單根裂縫，可采用對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)灌漿處理，外部增加瀝青涂層的方式進(jìn)行處理。處理過程中，可根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度，在其表層粘貼一個(gè)環(huán)氧玻璃材質(zhì)的絲布。為了恢復(fù)結(jié)構(gòu)的耐久性，可在其表層采用噴涂的方式進(jìn)行修補(bǔ)，此種修補(bǔ)方式不僅可以修復(fù)一些表層上肉眼無法觀察到的裂縫結(jié)構(gòu)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其美觀性的提升。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

按照上述論述內(nèi)容，完成對(duì)控制方法的設(shè)計(jì)研究后，為了驗(yàn)證該方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果，選擇以某正在施工建設(shè)的公路大橋作為實(shí)驗(yàn)依托，分別引入本文提出的控制方法和傳統(tǒng)控制方法對(duì)該公路大橋施工建設(shè)過程中的混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行控制。該公路大橋全長(zhǎng)21.26 km，跨江長(zhǎng)度約為7 265.4 m，主橋結(jié)構(gòu)的寬度為41.5 m。由于該公路大橋施工區(qū)域范圍較大，為了方便施工，該項(xiàng)目采用了大體積混凝土材料，現(xiàn)急需一種合理的控制方法對(duì)混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行控制，從而提高公路大橋整體施工質(zhì)量。為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性，兩種大體積混凝土均選用相同的材料及配比，材料包括水泥、粉煤灰、外加劑和骨料。大體積混凝土每立方米材料用量見表1。

表1 大體積混凝土每立方米材料用量

除表1所列的混凝土材料及用量外，在保證其他施工條件均相同的情況下，利用兩種施工控制方法對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行控制，并選擇將應(yīng)力參數(shù)作為評(píng)價(jià)施工質(zhì)量的指標(biāo)，利用如下公式對(duì)兩種施工控制方法下大體積混凝土的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算：

η=βλW

(3)

式中：η為大體積混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力；β為大體積混凝土的增量自由度；λ為邊界約束條件；W為應(yīng)變?cè)隽俊８鶕?jù)上述公式，計(jì)算得出兩種大體積混凝土的應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 兩種施工控制方法下大體積混凝土應(yīng)力變化圖

針對(duì)五個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其應(yīng)力情況記錄，從圖3可知本文控制方法下大體積混凝土的應(yīng)力明顯高于傳統(tǒng)控制方法下大體積混凝土的應(yīng)力。因此，通過實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的控制方法能夠有效提高大體積混凝土的抗壓能力，從而進(jìn)一步促進(jìn)整個(gè)工程施工質(zhì)量的提升。

4 結(jié)束語

本文從預(yù)拌混凝土常見裂縫與結(jié)構(gòu)變形等方面，分析了此類混凝土在使用中的質(zhì)量問題。為了避免外界相關(guān)因素對(duì)工程質(zhì)量的干擾，在完成相關(guān)分析后，采用控制溫度與修補(bǔ)裂縫的方式，進(jìn)行混凝土施工的控制。

在此基礎(chǔ)上，采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了本文設(shè)計(jì)的方法在混凝土施工質(zhì)量控制過程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升。但此次實(shí)驗(yàn)也存在一些不足。例如，沒有對(duì)施工結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，也沒有選擇其他工程進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。

因此，可在后期的研究中，通過增設(shè)對(duì)照組1、對(duì)照組2與對(duì)照組3的方式，將設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到更多工程實(shí)例中。通過多次實(shí)踐的方式，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法的檢驗(yàn)，以此種方式，為預(yù)拌混凝土材料在工程中的應(yīng)用提供技術(shù)層面指導(dǎo)。