补偿收缩混凝土在海河石舫工程中的应用
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作者: 李 勇 李玉明
一、引言
补偿收缩混凝土作为一种特种混凝土近年来在工程中得到广泛地应用。使用补偿收缩混凝土技术可以简化施工,提高施工功效和工程质量,降低工程造价。但是在使用过程中一定要注意应用条件,做到科学合理安全使用,避免不必要的工程质量事故发生。
天津市海河两岸基础设施项目石舫雕塑工程承台长44m,宽13.7m,高1.8m一次性浇筑928m3,属超长无缝大体积结构,混凝土设计等级为C30F150W6。船体长42m,宽12m,高4.62m,剪力墙结构,一次性浇筑575m3,混凝土设计等级为C30F200W6。承台和船体原结构设计有900mm宽厚浇带,因工期要求取消,整体采用补偿收缩混凝土。
二、补偿收缩混凝土简述
补偿收缩混凝土是在混凝土中添加具有抗裂防渗作用的膨胀剂配置而成的混凝土。补偿收缩混凝土通过水泥水化、硬化过程中形成膨胀结晶体水化硫铝酸钙(钙矾石),在约束条件下产生有制约的膨胀,建立0.2MPa-0.7MPa的预压应力,是混凝土的抗压强度和抗拉强度有较大幅度的增长,补偿由于混凝土的收缩而产生的混凝土拉应力,从而起到控制混凝土开裂的目的。
补偿收缩混凝土与普通混凝土的主要区别在于:一是由于钙矾石的填充作用使水泥石中的大孔变小,从而提高了混凝土的抗渗性;二是由于限制膨胀的作用,补偿了混凝土收缩产生的拉应力,从而控制了混凝土开裂。
三、补偿收缩混凝土膨胀剂的选择混凝土配合比设计
第一,膨胀剂的选择。混凝土膨胀剂具有补偿收缩的作用,对结构施工的最大贡献是延长混凝土伸缩间距、增加混凝土抗渗能力、避免出现有害裂缝,保证工程质量。其作用原理是:添加膨胀剂的混凝土在养护期间产生0.2MPa-0.7MPa的自应力值,可大致抵消由于干缩、冷缩等引起的拉应力,并由于在膨胀过程中推迟了混凝土收缩发生的时间,混凝土抗拉强度得到进一步增长,当混凝土开始收缩时,其抗拉强度已可以抵抗收缩应力,从而使混凝土不开裂,达到延长伸缩间距,防止混凝土出现裂缝的效果。
石舫雕塑工程选用中国建筑材料科学研究院研制的HCSA高性能膨胀剂,该种膨胀剂的主要特点是使用范围广,含碱量低,混凝土膨胀发展稳定,膨胀后干缩小,抗裂性能好,混凝土早期强度高且后期强度增进率高等。HCSA高性能膨胀剂生成的硫铝酸盐针状结晶体作为膨胀混凝土的膨胀源,它填充了混凝土的空隙,使之密实,补偿了收缩,建立0.2MPa-0.7MPa的自应力值,使混凝土的抗渗性提高2倍-3倍,以此来提高混凝土抗裂性能,达到缩短工期,确保质量的目的。
第二,配合比设计。在满足设计强度的基础上科学设计补偿收缩混凝土配合比,以达到设计的限制膨胀率为目标,实现化学膨胀抵消收缩,掺加磨细胶凝材料,减少水泥用量,降低水化热,物理上实现减少收缩的作用。
根据石舫工程的特点,并通过试配结果最终确定补偿收缩混凝土限制膨胀率为0.025%-0.1%(水中养护7d≥0.025%,水中养护28d≤0.1%),HCSA掺量为38kg/m3。
各种材料每m3混凝土用量分别为:水泥155kg,细骨料773kg,粗骨料1106kg,水165kg,外加剂6.1kg,粉煤灰80kg,矿粉107Kg,HCSA膨胀剂38kg。
四、混凝土的搅拌运输及浇注
第一,搅拌运输。补偿收缩混凝土的拌制要严格按配合比例投料,及时调整混凝土拌合用水量,严格控制混凝土搅拌时间,确保混凝土拌合物和易性满足冬季施工要求。运输要快装快卸,确保出机温度达到5℃以上,入仓温度控制在10℃以下,以利于混凝土内部温度散失。
第二,浇注。混凝土浇注前及时清除仓内杂物,充分湿润模板。浇注采用一次性整体浇注的施工方式,块体浇注方向从远至进,依次后退。整个浇注过程始终遵循“一个坡度,循序推进,一次到位”的浇注方式,使混凝土暴露面最小,浇筑强度最大,浇注时间最短。混凝土振捣振点均匀布设,并依次振捣密实,在预埋件击穿墙管道处加强振捣,避免振捣不实,造成渗水。浇注完成后,先用长尺刮平浇注面,初步分散水泥浆。表面收干后,用木抹刀搓压三遍,以防止表面裂缝出现(主要是沉降裂缝和塑性裂缝),最后一边抹压以初凝时间为准,用手按压方法控制。
五、补偿收缩混凝土养护
混凝土的养护是保证混凝土质量的重要措施。冬季施工补偿收缩混凝土保湿养护尤为重要,因为膨胀结晶体钙矾石形成需要水,浇注后14d保湿保温养护能够推迟干缩的发生,有利于表层混凝土强度的增长,以及发挥微膨胀剂的补偿收缩作用。为防止温度应力和因失水干缩引起混凝土开裂,在最后一遍抹压完后,立即覆盖塑料薄膜,避免水分散失。
根据混凝土施工规范规定,混凝土内外温差不大于25℃,降温速度不大于1.5℃/d,可以防止温度裂缝和贯穿性裂缝出现。石舫工程混凝土采用暖棚法和综合蓄热发养护。暖棚法即搭设整体暖棚,将全部浇注作业面置于暖棚内,棚内设加温设备取暖。综合蓄热发即在混凝土中添加防冻剂和养护时覆盖棉被等保温材料养护。养护过程中根据测温记录及时调整保温材料覆盖时间和厚度。实测混凝土中心温度峰值发生在第3天,温度最高为40℃,内外温差未超过25℃界限值,从而成功预防了温度裂缝和贯穿裂缝的产生。
六、混凝土的外观和效果
补偿收缩混凝土作为一种特种混凝土,此次在天津市海河两岸基础设施项目石舫结构工程中得到成功应用,并且经过有效地全过程控制,未发生混凝土有害裂缝,混凝土拆模后三维曲面表观良好,完全能够满足景观装饰要求。
(作者单位:李勇,天津市金帆工程建设监理有限公司;李玉明,天津市水务局永定新河管理处)
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