摘 要: C 4 0 厚大体积混凝土浇筑, 为避免混凝土产生有害的结构裂纹，在原材料选用与配合比设计，混凝土浇注施工控制，混凝土内部温度检测及表面养护、混凝土内部降温等方面采取了有效的措施。
关键词:厚大体积混凝土 施工 裂纹 水化热 措施
中图分类号:T U 7 4 文献标识码: A 文章编号:1672-3791(2007)04(a)-0216-02
1 工程概况
某某工程为目前国内施工跨度、断面最大的地下工程,开挖宽度为44.4 米, 高度为13.74 米,断面最大为573 平方米；结构设计抗冲击、防震要求高,抗渗标准为S8 级,钢筋密集,二次被覆混凝土按复合式设计施工。被覆混凝土厚度拱顶为3.0~1.0 米不等,边墙为3.0~2.0 米,一次灌注量为680~1740 立方米（每次被覆长度10 米）,属厚大体积C40 混凝土,混凝土浇筑施工难度大。该工程混凝土总量近100000.00 立方米,且混凝土设计强度为C40,给混凝土施工带来极为不利的因素,其主要表现为：(1)混凝土设计强度高,为降低混凝土内部最高温度和控制混凝土内外温差在规范范围内(25℃)比较困难。(2)每次混凝土施工数量大。现浇施工,水泥水化热不易散失。(3)混凝土强度等级较高,必然存在早强与缓凝,高流态与低收缩,高水泥用量及低水化热等突出矛盾。(4)外部自然条件差,由于施工现场处于亚热带海洋气候,昼夜温差大,天气炎热,最高气温达到40℃以上。(5)为保证其工作性,满足泵送,就必须满足易于浇注,捣实而不离析,长期保持的力学性能。
2 C40大体积混凝土配合比设计及试配
由于混凝土设计强度较高,为防止混凝土产生温度裂纹等结构裂纹（表面裂纹和纵向贯穿裂纹）,就必然从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能等方面综合考虑,其主要和有效的措施是降低混凝土的水化热。因此, 必须作好原材料的合理选取、配合比的最优化设计和试配工作的有效可行。
2.1 原材料选用
水泥：C 4 0 厚大体积混凝土宜选用水化热较低的水泥,该工程为业主指定供给海南国投水泥厂生产的P.O42.5R 早强型火岩水泥。
细骨料：对本工程附近不同产地的河砂,进行对比分析实验后,采用质量稳定,细度模数MX=2.84~3.05,大于5mm 的颗粒占总量的8.2%,大于10mm 占3.7%,小于0.15mm的颗粒少于1% 的中砂。
粗骨料：在采用可以良好泵送的前提下,选用5~20mm 连续粒径的级配碎石。
掺合料：并为了减少水泥用量, 采用粉煤灰等量替代作用,粉煤灰采用海口电厂生产的二级粉煤灰,其各项指标均优于国家标准。
其主要目的是降低水化热, 增加混凝土和易性,控制温升速度,推移混凝土内部温度峰值出现时间,且能够大幅度的提高混凝土后期强度。
外加剂：为解决混凝土早强与缓凝, 高流态与低收缩的矛盾性,经过性能对比实验和与水泥相溶性鉴别, 选用湛江F D N - 2 0 0 0 、F D N - P 、三亚恒通U N F - 1 U N F - 3 A 减水剂；珠海 CSP-7 超塑化剂。通过配合比试验,选定珠海 CSP-7 超塑化剂。
2.2 试配及施工配合比的确定
成立C40 混凝土配合比试验QC 小组,经过大量试验工作,并根据该工程的特点和厚大体积混凝土施工技术要求,对试验结果进行工作性能、经济性能及施工技术标准等全面分析,找出了工作性佳,经济效益明显的C40 混凝土的施工配合比。
3 根据试验及水化热计算对施工进行温度预测分析
根据确定的配合比中原材料用量和搅拌前混凝土原材料总的热量与搅拌后总热量相等的原则, 可计算混凝土的出机温度。但在实际中,离散性很大,我们以混凝土实测温度为准。从2002 年8 月1 日~8 月30 日我们统计的资料分析,混凝土平均入模温度为33.5℃。
混凝土中心最高温升估算：
大体积混凝土中心的最高温度的峰值经验公式[1]：T 0 = T + C α式中：T 0 为混凝土中心的最高温度,℃；T 为混凝土浇注入模时的温度, ℃；C 为每m 3 混凝土水泥用量, K g / m 3；α为经验系数, 采用普通水泥时α = 0 .105。
根据以上公式和配合比中的水泥用量,若混凝土入模温度为33.5℃,则混凝土中心最高温度为T0=T+C α =33.5+452 × 0.105 ≈8 1 ℃。通过上面的计算可以看出：混凝土内部绝热温升非常高,必须采取一定的温控措施。
根据多组试验配合比的性能试验、施工过程中现场的气温气候情况及各种养护方法,采用建立数据库,利用回归分析曲线,对混凝土施工期温度升高与时间变化进行动态预测,提供结构变化与混凝土温度的相对关系,及混凝土龄期内温度的变化关系,进行保温养护的优化方案选择。根据计算及方案论证, 初步拟定采用喷养护膜或铺塑料膜的养护方案,并在混凝土施工时,在混凝土内埋设二层φ50镀锌钢管,通循环水对混凝土内部进行降温处理的方法。
4 大体积混凝土施工方案
4.1 混凝土浇筑方法
由于混凝土设计厚度大,被覆台架采用万能杆件拼装为整体可行走式,用50T 千斤顶进行高程调整。且每次灌注混凝土数量大,内部水化温升偏高, 内表温差和降温频率不易控制,故混凝土浇筑时采用连续浇筑,间隔时间不能大于2.0 小时。混凝土罐车运输,输送泵灌注, 分层捣固。并为了保证混凝土浇筑质量,混凝土浇注前根据混凝土拌合站的生产能力,确定了混凝土的浇筑顺序为沿两侧拱脚对称、匀速灌注；每次灌注长度为10m。混凝土浇筑至拱顶时,封顶采用有压封顶,从内往外逐层移动输送管,并保证混凝土与基岩的完全密闭。
4.2 混凝土的拌合
为充分使用原有设备,节约投资,考虑本混凝土拌合、运输系统的匹配,根据现有的设备情况,选择4 台0.5m3 拌合机作为拌合站,根据现场条件和计划施工进度要求对机械进行合理调整和储备。
骨料分别储存。水泥采用袋装水泥, 人工装入搅拌机料斗。外加剂人工计量装入拌合机；水采用自动计量泵计量加入；砂石骨料使用装载机装入自动称料机称量后,用上料皮带送入拌合机。拌合机拌合完毕后, 卸料进混凝土罐车。
混凝土的制备程序为原材料储存→称量→配料→搅拌→卸料。原材料包括水泥、外加剂和砂混凝土拌合能力计算。
本拌合站配备4 台0.5m3 的强制式拌合机, 其生产能力为：Q h= 6 0 V N K / （t 1+ t 2+ t 3）式中 Qh 为小时生产能力。m 3/ h ；V 为拌合机容量, 按出料0.45m3 计；N 为拌合机台数, 4 台；t1 为装料时间,可取0.25~0.33min,取0.3 3 m i n ；t2 为卸料时间,可取0.17~0.33min,取0.3 3 m i n ；t1 为净搅拌时间,可取2.5min；K 为时间利用系数,一般可取0.85~0.9;生产能力为：Q h=60VNK/（t 1+t2+t 3）
=60*0.45*4*0.9/（0.33+0.33+2.5）=31m3/h。
4.3 混凝土的运输和灌注
混凝土运输采用5台6.0立方米的混凝土罐车,施工时,4 台罐车分别对2 台输送泵进行供料, 一台备用。灌注采用沿两侧拱脚对称、匀速灌注, 及时分层捣固, 同时不能漏捣,但也不能过捣,以免离析,且在捣固时不能破坏冷凝管接头和被覆钢筋结构,以免冷凝管内通水时,大量水流冲刷混凝土,产生质量缺陷。
4.4 混凝土内部降温处理措施
为了控制混凝土内部温度升高速度,推移混凝土内部温度峰值出现时间,减少混凝土内表温度差,经过方案论证,采用在混凝土灌注体内埋设二层φ50镀锌钢管,通循环水对混凝土内部进行冷却降温处理的方法。其冷凝管布置见附图1 。
混凝土灌注3 小时起开始通循环冷却水,并对进出口水温进行测量,每2 小时改变一次水流方向,以保证混凝土内部上下层间温差不能超标。
4.5 混凝土内部温度监测
在被覆混凝土钢筋上沿混凝土环向等间距布置9 个温度感应片,运用便携式温度仪进行温度测量,每2 小时测温一次,并进行结果分析。
由图2 实际测温曲线可以看出：（1）混凝土浇注大约2-3 天出现温度峰值,峰值最高温度为74.3℃,比理论计算值低8.7℃；（2）随后在三天内温峰稍有下降,保持较高温度3~4天后,开始缓慢下降；（3）继续冷凝通水10d后, 混凝土内部温度下降到警戒线温度, 即：混凝土表面温度与混凝土中心温度之差小于25℃;（4）连续通水降温14d 后,混凝土内部温度便可控制在40℃以下,停止通水后,跟踪测温两个月,混凝土内部温度保持在40℃左右浮动,基本达到温控目的。便可放心拆模进行养护。
4.6 混凝土的养护
由于该工程结构跨度大,每次浇筑混凝土数量大、持续时间长（一般为2~3 天）根据设计要求,混凝土强度达到设计强度的90% 后才能脱模；故混凝土养护分三阶段进行。
第一阶段：混凝土浇筑期间同时通循环冷却水进行内部降温处理根据混凝土浇筑速度和混凝土结构形式, 拱脚混凝土断面大；并根据温度测定结果显示,混凝土内部散热不均匀。因此,混凝土在灌注3 小时后即通循环冷却水进行内部降温处理,且每2 小时进行水流换向, 以期混凝土内层和外层温度趋于平衡。
第二阶段：混凝土浇筑完毕后的养护阶段根据轴力测定试验结果,混凝土浇筑后7 天才能达到设计强度的90% 以上,即混凝土在浇筑完成后至脱模前的养护,除通循环冷却水进行内部降温处理外,在混凝土侧面喷洒温水,以预防温度裂纹。
第三阶段：混凝土后期养护台架脱模后,在混凝土表面和侧面喷洒养护剂,同时通循环冷却水进行内部降温处理,直至测定内表温差在规范范围内。
5 混凝土的监测结果
混凝土浇筑温度为22~28℃,混凝土灌注和养护期间环境温度为20~25℃。被覆混凝土温度监测结果显示：拱脚混凝土厚度达到2.0 米以上部分在灌注后24～28 小时时达到最高温度58.3℃~30.7℃,面层混凝土温度35℃~38℃左右,拱顶部分混凝土断面较小部分, 温度峰值仅53℃左右。
6 施工中应注意的问题
混凝土浇筑过程中应连续,不能出现施工缝。保证混凝土捣固密实,严格控制混凝土捣固时间、移动距离和插入深度,严禁漏振和过振。保证混凝土的供应, 确保不出现冷缝。作好混凝土的养护和温度检测工作,及时对测定数据进行反馈分析。作好现场协调, 保证施工按计划进行。
7 结语
经过近三个月的厚大体积混凝土施工（施工5 环,计44 米,4000.00 余方）及检测、观察, 该大体积混凝土施工、养护的方案可行, 混凝土未出现温度裂纹等质量病害。由此可见大体积厚混凝土施工在采取合理的技术措施、严谨的管理和科学组织情况下, 完全可以控制温度裂纹和施工缝的发生,从而达到自防水抗渗自密的良好效果。
参考文献
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