浅议大体积混凝土施工控制

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　　 【摘要】厚大体积混凝土施工由于一次浇注体积大、水泥水化热聚集在内部不宜散发、内部温度升高显著、外表散热速度较快,致使混凝土内外温差较大,若温差过大(超过25°)容易在混凝土表层产生裂缝。
　　
　　 目前,大体积混凝土设计应用越来越广泛,现代建筑施工中常涉及到大体积混凝土施工,如高层楼房基础、特殊桥梁基础、整跨浇注箱梁、水利大坝等。其主要特点是:一次浇注混凝土体积大;混凝土表面系数比较小,水泥水化热释放比较集中,内部温升较快,当混凝土内外温差较大时极易产生温度裂缝,影响工程结构安全和正常使用。所以,必须从根本上分析裂缝形成机理,通过采取有效措施来保证施工质量。
　　 1 施工控制
　　 1.1 裂缝形成原因,必须对施工中可能产生温度裂缝等问题,进行分析和研究,提出合理有效的解决方案及措施。针对混凝土体积大的特点,我们在制定施工方案和措施时,首先,系统分析了形成温度裂缝的相关因素:一是内部因素,即由于混凝土内外温差而形成裂缝;二是外部因素,即混凝土结构外部约束和混凝土各质点间的约束,阻止混凝土收缩变形.其次,我们认真分析了温度裂缝形成的主要原因是:1)水泥水化热水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。特别是气温骤降时,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的,温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达70℃左右,并且延续时间较长。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。3)混凝土的收缩混凝土中约有20%的水分是水泥硬化所必须的,而约80%的水分要蒸发,多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是极为不利的。影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种,以及施工工艺(特别是养护条件)等。
　　 1.2 裂缝控制措施在此基础上,针对大体积混凝土施工中可能出现的温度裂纹,我们在施工中采取了以下措施:
　　 1.2.1优化混凝土配合比设计,粗骨料全部采用连续级配,细骨料采用混合砂;外加剂采用缓凝剂(初凝时间30h)、减水剂;掺合料采用粉煤灰(每立方替代水泥95kg)。同时,适当减少水泥用量,最大程度地减少水泥水化热的产生。
　　 1.2.2优化施工方法及工艺施工总体上采用水平分层、纵向分段的方法进行。具体过程如下:1)浇注前的准备技术准备:浇注前检查模板几何尺寸(边墩满堂浇注除外)、钢筋及墩身预埋件定位是否准确;对循环水管进行试压,确认没有问题后进行封闭,避免浇注过程中堵塞开口,影响循环水管降温;清理承台底部杂物,并邀请现场监理工程师进行浇注前验收,签发浇注许可证;技术和试验人员安排好前仓、后仓的抽检人员,以便及时处理施工过程中发现的问题。现场准备:技术准备工作完成后,向商品混凝土厂家发出浇注混凝土申请,并检查现场机具设备运行情况(如备用发电机、振捣泵等),现场道路畅通情况,以及夜间照明设施和防雨措施等。人员准备:考虑到本工程一次性浇注量大,混凝土运输距离较远,市内交通运输状况不确定性等因素的影响,我们妥善安排施工人员,对现场指挥人员、技术人员和施工人员均实行三班轮流倒班制度。2)混凝土的浇注采用2台汽车泵泵送混凝土入模,分层浇注,分层厚度为50cm。首先浇注承台底层,施工顺序为从中间向两端同时进行。浇注第2层时,改为由两端向中间方向进行,振捣时要求将振捣器插入下层混凝土。浇注第3层时,按照第1层的顺序进行,采用插入式振捣器,依次进行振捣施工,移动间距≤7.5cm,振捣器插入下层混凝土深50~100mm。每一处振动完毕后,边振动边徐徐提出震动泵;避免振捣泵碰撞模板、钢筋和其它预埋件。每振动一个部位,必须确保该部位混凝土密实为止,判定的具体办法为混凝土停止下沉、不再冒出气泡,表面呈现平坦、翻浆,据此完成全部混凝土的浇注。混凝土振捣工艺施工中,还需要重点处理好几个问题:注意控制好浇注速度,浇注速度不宜过快;钢筋密集的地方改用20振捣泵,分人分片负责振捣,避免漏振情况的发生;严格按照快插慢拔的要求进行振捣,技术人员实施全过程旁站监督;浇注至桥梁承台顶面时,注意控制好顶面标高,并及时进行收面,避免收面不好直接形成细小裂纹。总之,我们在施工过程中,对各个施工细节都进行了严格控制,有效地避免了刚浇注就出现开裂的现象。此外,在具体实施浇注方案时,除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实外,还应综合考虑承台结构尺寸、钢筋疏密布置、预埋管道和地脚螺栓留设、水泥水化热、混凝土运输供应等多种因素的影响。
　　 1.2.3合理设置循环冷却水管1112007增刊刘俊贤:大体积混凝土施工控制措施本桥边墩承台埋设3层冷却水管,主墩承台埋设4层冷却水管。对每层冷却水管的循环分开设置,各层间的进水管和出水管,均独自通过竖管连接至承台顶面,遇到位置冲突时尽量错开,使每层之间形成一个独立的循环体系。循环水管为D40黑铁管,降温处理工作完成后,对循环水管进行压浆处理。埋设循环水管的目的,就是有效降低混凝土内外温差。同时,我们在施工中对于循环水管的开启及停止时间,也进行了严格的控制,具体方法如下:混凝土浇注完后2h,就开始测量混凝土内外部温差(通过埋设的测温孔来实现),每间隔1h测量1次,发现内外温差超过25℃时,利用高压水泵向冷却水管抽入冷水使之形成循环体系,从而有效降低混凝土内外温差。根据施工中的温度测量和记录,我们发现在混凝土浇注后的第3天,混凝土内部最高温度可达到70℃左右,如果同时开启所有的循环水,可以达到快速降低混凝土内外温差的效果;在混凝土浇注的前期和后期,只要开启2层循环冷水就可以满足规定的内外温差不超过25℃的要求,如果每1h测量温度1次,结果表明浇注完成后的12h左右,适合启动循环水来降低混凝土的内部温度,在浇注完成的7d左右,内外温度基本趋向一致,此时已经不需要再利用循环水来降低混凝土内部温度,这种混凝土施工中埋设循环水管的降温措施,对今后大体积混凝土施工具有一定的借鉴意义。
　　 1.2.4 及时养护混凝土在大体积混凝土施工过程中,需要及时对混凝土进行养护。具体方法是在混凝土表面终凝后、循环水尚未开启前,在混凝土表面覆盖一层麻袋;另外沿着承台边缘用装土的沙袋或编织袋堆积一个高50cm左右的小围堰,这样在抽入循环水时,出水管中流出的热水就可以直接流到承台上,在其四周形成封闭区域,并在承台表面上形成了一个热水层,而多余的水会流出小围堰。由于通过混凝土内部循环流出的水温很高,可以间接并有效地提高承台表层的温度,最大程度地减少了混凝土的内外温差。
　　 3 施工总结
　　混凝土在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土由于结构断面较厚、表面系数相对较小,造成混凝土内部的水泥水化热大量聚集而无法及时散发出去,以至于越积越高,导致内外温差不断增大,于是产生温度裂缝。因此,控制水化热就是大体积混凝土施工的关键所在,上文提及的优化配合比、采取粉煤灰替代部分水泥的措施,就是通过适当减少水泥用量达到合理降低水化热的目的;其他几个措施都是基于减少混凝土内外温差而考虑的,需要强调的是,混凝土浇注后的第3天前后是内部温度最高的阶段,最高可达70℃,启动所有循环冷却水管工作,将出水管流出的热水直接屯积于混凝土表面,可以最大限度地降低内外温差,防止混凝土出现裂缝。在工实践中,通过优化混凝土配合比设计、优化施工组织设计、严格混凝土温度监控和加强混凝土成型保温,收到了十分理想的效果。

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