吐鲁番地区大体积混凝土施工裂缝的预防技术.pdf

q 一 吐鲁番地区大体积混凝土施工裂缝的预防技术 李桂 熊保恒 1 新疆生产建设兵团交通建设有限公司 石河子8 3 2 0 1 7 ；2 新疆北新路桥集团股份有限公司 乌鲁木齐8 3 0 0 1 1 摘要：在中国西北高温干旱地区，大体积混凝土施工时极易产生各种裂缝质量隐患。以吐鲁番地IR2 0 1 3 年重要农村公 路葡萄桥项目工程施工为例，提出了对大体积混凝土施工裂缝的各种预防措施。最终，工程在极度炎热的天气条件下 JII $ U 完成施工，并未出现任何有害裂缝，取得了良好的实施效果。 关键词：大体积混凝土；施工裂缝 ；预防对策；水化热 中图分类号：T U7 5 5 7 文献标志码：B D OI ：1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 6 0 2 0 1 8 Pr e v e n t iv e T e c h n o l o g y f o r Ma s s Co n c r e t e Co n s t r u c t i o n Croc k i n T u r p a n P r e f e c t u r e L I Gu i l i n XI ONG Ba o h e n g 1 X i n j i a n g P r o d u c t i o n A n d C o n s t r u c t i o n C o r p s T r a n s p o r t C o n s t r u c t i o n C o mp a n y L t d S h i h e z i 8 3 2 0 1 7 ； 2 X i n j i a n g B e i x i n R o a d&B r id g e Gr o u p C o L t d Ur u mq i 8 3 0 0 1 1 1 工程概况 吐鲁番地区2 0 1 3 年重要农村公路第4 合同段葡萄桥项 目位于新疆吐鲁番市葡萄沟风景区内，该桥横跨景区公路 及葡萄长廊，单孔跨径4 0 m。上部结构为后张预应力混凝 土箱梁 ，下部为u 形重力式桥 台、扩大基础。桥 台高度约 9 m，单侧一次性浇筑混凝土量约5 6 0 m ，属大体积混凝土 施工。混凝土设计强度等级为C 2 5 ，采用混凝土拌和站集 中拌制 。吐鲁番盆地为典型的内陆干旱气候 ，如何预防大 体积混凝土施工裂缝成为项 目 部必须解决的关键课题。 2 桥台大体积混凝土裂缝主要影响因素 葡萄桥重力式桥台采用大体积混凝土结构设计 ，在吐 鲁番地区持续高温干旱等不利外部环境条件下，施工裂缝 是大体积混凝土浇筑面临的最大的问题。经过对其他同类 工程调查分析发现，大体积混凝土产生裂缝的主要影响因 素有：温度应力和温度变形、混凝土质量、混凝土养护、 昼夜温差、混凝土的收缩变形等。其中，温度应力和温度 变形是直接导致混凝土开裂的主要内因。 在大体积混凝土硬化过程中，内部温度与表面温度的 温差较大。造成温差较大的主要原 因是水泥水化热很高， 水化热在浇筑后3 5 d 内集中释放 ，当混凝土成型体积 、厚 度过大时，内部热量散发较慢，表面温度较低，造成内外 温差很大，使得混凝土温度应力和温度变形受到约束，从 而产生裂缝 。 作 者 简 介 粤 灌林( 1 9 6 7 _) 男 ， -蝌， 高 级 工 程 师 。 通信地址 新疆石河子市 8 l 区 群 6 号 ( 8 3 2 0 1 7 )誊 收 苇 羲日 鞫：2 0 i S - i _ 1 曩 皿 建 筑 工 第 3 8 卷 第 2 期 3 气温观测及混凝土内部实际最高温度估算 3 1 气温观测 为了掌握葡萄桥重 力式桥 台施工期环境气候变 化规 律，确保大体积混凝土施工顺利进行，项目部派专人每天 定期观测气温变化情况，并进行详细记录。 3 2 混凝土内部实际最高温度估算 3 2 1混凝土绝热温升估算 葡萄桥重力式桥 台混凝土设计强度等级为C 2 5 ，水泥 采用新疆 天山水泥厂生产的低水化热P O 4 2 5 水泥 。根据 大体积混凝土施工规范 ( G B 5 0 4 9 6 -2 0 0 9 )，混凝土 绝热温升可按式 ( 1 ) 计算 ： T ( t ) = WQ ( Cp) X( 卜e ) (1 ) 式中 ： f 卜一 混凝土龄期为t 时的绝热温升 ，K； 立方混凝土胶结料用量 ， k g m ； Q 一胶凝材料水化热总量 ，k J k g ； C L _ - 一混凝土的比热，k J ( K)； p 混凝土的重力密度 ，k g m ； n r _ 一 与水泥品种 、浇筑温度等有关的系数。 根 据 现 场 施 工 情 况 ， 按 实 际 施 工 配 合 比 为 3 8 0 k g m ，Q根 据 厂 家 和 现 场 试 验 室 测 定 平 均 为 3 7 8 k J k g ， C 根据规范平均取值0 9 6 k J ( K)，P按试验 结果为2 4 9 0 k g m 3 ， m按实际取0 4 。 当t = 3 0 d 时 ，代入 以上数值 ，得混凝土最终绝热温升 计算为6 0 1 K。 3 2 2 实际内部最高温度估算 由于实际大体积混凝土并非完全绝热 ，具备一定散热 条件 ，因此实际温升值较计算数值一般偏小 ，可按式 ( 2 ) 进行修正 ： 李桂林 熊保恒：吐鲁番地区大体积混凝土施工裂缝的预防技术 丁 0 + T ( O ( 2) 式中： 混凝土入模温度，本工程为2 5 ； 与浇筑块厚度、龄期有关的降温系数，可查表 求得。 按上式求得不同龄期的混凝土内部实际最高温度分别 如 F：T m ( 3 ) = 6 9 5 ，T m 。 ( 6 ) = 6 8 9 o C，T m ( 9 ) = 6 8 3 ， T m 02 ) = 6 4 1 ，T m ( 3 0 ) = 3 9 4。 4 葡萄桥大体积混凝土裂缝预防对策 根据气温观测结果，施工期吐鲁番气温昼夜变化幅度 一 般在2 5 4 4之间。经估算，混凝土内部实际温度在 3 9 4 6 9 5 之间，温升峰值集中在浇筑后3 7 d 。为避免 大体积混凝土因温度应力和温度变形导致混凝土开裂，决 定采取以下控制措施【 l 】 。 4 1 拌和料控制 1 ) 通过在骨料堆放场搭设遮阳棚的方式避免骨料暴 晒，同时通过水池加冰的方式冷却拌和用水，控制混凝土 的入模温度在2 5 以下。 2 ) 严格控制骨料的含泥量，粗细骨料的含泥量分别控 制在 1 、2 以下。控制骨料的含泥量不仅有利于混凝土 的强度发展，而且有利于混凝土极限拉伸强度 的提高 ，从 而提高混凝土的抗裂能力。 3)采用 良好级配的粗细骨料。细骨料 选用细度 模数3 2 的粗砂 ，粗骨料选用粒径为4 7 5 1 6 0 0 mm和 1 6 0 0 3 1 5 0 I T I n l 连续级配的砾石。 4 ) 在配制混凝土时 ，采用新疆天 山水泥厂生产的低水 化热P O 4 2 5 水泥 ，掺入水泥用量1 0 的粉煤灰并掺入聚羧 酸高效缓凝减水剂 ，降低 了混凝土水泥用量 ，从而降低了 水泥水化热。 5)调整混凝 土的配合 比 ，在保证 和 易性 的前提 下 适 当降低混凝土砂率。将现场混凝土的坍落度控制在 1 0 0 1 4 0 I T I I T I ，从而减少混凝土的收缩。 4 2 严格进行分层浇筑 混凝土浇筑采用整体分层连续浇筑工艺，拌和料入仓 摊料严格按照每层高度不大于3 0 c m控制，以利于混凝土水 化热充分散失。 。 4 3 适时调整混凝土浇筑作业时段 选择下午或傍晚气温较低时开始浇筑 ，连夜施工 ，保 证次 日中午高温到来前实施完毕 ，从而减少高温环境对混 凝土浇筑的不利影响。 4 4 在混凝土体内布设冷却水管 在混凝土体内布设 3 2 mm的镀锌冷却水管，上下共 设置3 层，层间距1 5 0 c m；水平往返布设，水平间距1 3 0 c m 左右。进出水口设置储水池，冷却水采用水泵加压循环方 式 ，进 、出水管 由总管分出若干分管头与单元的进出水 口 连结 ，各单元冷却水进出口处安装阀门，以便根据 出水水 温控制水量 ( 图1 )。 ( a) 冷却水管布设立面示意 ( b) 冷却水管布设平面示意 图1 桥台混凝土冷却管布设示意 冷却管在混凝土浇筑前应做压水试验，确保密封 良 好，杜绝漏水现象发生。混凝土浇筑至冷却管标高后即开 始通水 ，同时开始监测混凝土及进出口水温变化 ，并做好 测温记录。 冷却水的水源是利用附近村 民的 自来水 ，冷却水与混 凝土之间温差控制在2 0 K以内。进出口水的温差不宜大于 1 O K。通水过程中，应避免致使混凝土开裂的大而陡的温 度梯度 ，混凝土冷却速度一般以每天温度下降小于2 K为 宜。 4 5 混凝土测温及冷却水温度监控 为预防大体积混凝土温度裂缝的发生，测温工作是 关键的环节。本工程采用简易测温法，即在混凝土中预埋 钢管 ，使用试验用普通温度计。钢管选用 西3 2 mm的镀锌 管，底口焊钢板封闭，上口高出混凝土面3 0 c m，底口距基 础混凝土顶面5 0 c m，管内灌满饮用水 ，并用木塞封闭。测 温孔共设3 处 ，分别位于桥台台身及两侧端墙中部 ，测点分 为上、中 、下3 个测位 ，由上至下依次测量 。第1 个测点距 混凝土顶面1 0 c m，第2 个测点距混凝土顶面2 7 0 c m，第3 个 测点距混凝土顶面4 7 0 c m。测温时间安排 ：在混凝土入模 后7 d 内，每间隔4 h 测温1 次；在第8 1 4 天，每间隔6 h 测 温1 次。根据测温情况适时调整冷却水的温度及流量大小。 通过对拌和料、施工工艺等采取相应的温控措施，结 合冷却水管给混凝土强制降温，实测混凝土内部温度比计 算温度要偏低。 下面 以2 0 1 3 年8 月4 日 一5 日 ( t = 3 d ) 混凝土及冷却水 温度监控记录 ( 表1 ) 来详细说明现场大体积混凝土温度监 控操作的相关要点 。 从监控记录可以看 出，混凝土内部温度在4 7 3 4 8 7之间，表面温度在3 3 9 3 8 2 之间，冷却水进出 口温度在2 6 3 3 8 8 之间，满足混凝土内表温差不大于 2 5 K、冷却水与混凝土温差不大于2 0 K 的规范要求。但是 在1 8 ： o o N得冷却水进出口温差为l 0 2 K， 超过了规范温差 不超过l 0 K 的要求，项目部立即采取了进水池投掷冰块的 ( 下转第1 6 8 页 ) 2 0 16 2 B u 1d in0 C o n slru cti。 n 田