超长大体积混凝土水池无缝施工技术.pdf

江守恒等： 超长大体积 昆 凝士水池无缝施工技术 7 5 超长大体积混凝土水池无缝施工技术 江守恒 ， 朱卫中， 李宝成 (黑龙江省寒地建筑科学研究院 。 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 通过对某水池超长大体积混凝土工程施工过程中所涉及到的技术参数 ， 进行深入分析计算并从 材料选择与膨胀混凝土配合比设计、 施工与监控方案设计、 施工监控控制等环节进行优选， 即在施工中应采取相 应的准约束状态下混凝土超长结构无缝施工与大体积混凝土施工技术措施， 成功进行了无缝超长结构与大体积 结构两种特殊混凝土结构的叠加施工。取得了该类防水工程的施工经验， 可供类似工程借鉴。 【 关键词】 超长结构； 无缝施工； 补偿收缩混凝土； 大体积混凝土； 加强带 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 7 5 0 3 某实验室水池工程 ， 系超长超大厚壁结构混凝土 工程 ， 土建工程分底板及板上水池建筑两部分 ， 底板混 凝土的结构尺寸 6 7 5 m5 0 m x 1 1 m。板上为水池， 水池容积5 0 m x 3 0 m x 1 1 m， 蓄水深度 1 0 m。池壁为钢 筋混凝土箱型整体构造 ， 混凝 土厚 7 0 0 ra m， 局部厚度 8 0 01 0 0 0 m m， 高度 1 1 m。池壁# I- N每隔间距 3 6 m设 一 道长5 m， 厚 5 0 0 ra m的混凝土附壁。底板的配筋为 双层网片 al P 2 5 1 0 0 ， 池壁的配筋为双层双向 2 5 1 0 0 。混凝土的设计强度等级为 C 3 0 ， 抗渗等级 P 8 ， 采 用商品混凝土泵送施工， 分 4次浇筑完成。 1 技术难点 与应对 技术 该水池池壁属于超长结构， 施工 中应把裂缝控制 作为技术难点， 因为此时必须考虑水化热引起的混凝 土温升与温降对其 的影响 ， 由于其底板的厚度大于 1 0 m， 为大体积混凝土施工， 底板属于超长大体积混 凝土结构。混凝土均处于准全约束状态， 此状态下混 凝土超长结构无缝施工与大体积混凝土施工的技术 难点主要有： 超长结构大体积混凝土的配合 比设计 与水化热控制； 混凝土施工期间如何防止早期失水 与防止出现早期混凝土塑性裂缝 ； 超长大体积混凝 土结构的温度控制， 干燥与温度收缩应力对其之影响； 混凝土长龄期的收缩、 徐变与应力松弛对超长结构 的影响与控制 。 在论证该水池防裂技术措施时， 考虑到因国内仅 有可供借鉴的2 个类似工程 ， 在施工过程中均 出现混 凝土严重开裂 ， 甚至 产生 了上百道 的贯通 性裂 缝 的现 状， 因此进行本工程方案设计、 施工监测控制工作。首 、先， 分析预测可能产生的温度与收缩变形 ， 在全约束状 态条件下， 计算得出最大拉应力及其分布 通过使用 微膨胀混凝土， 在混凝土内部建立预压应力， 用以抵消 未来将要产生的拉应力 ， 使得混凝土在 1 8 0 d 左右应力 松弛接近结束后达到无应力状态。同时考虑混凝土的 徐变与应力松弛影响， 对其进行利用， 作为结构安全储 备； 然后 ， 运用大体积混凝土温度仿真技术分析水化热 导致的温度场演化， 针对理论分析与试验室模拟结果 制定大体积混凝土温度控制措施， 包括混凝土配合比 控制、 施工监测与控制， 尤其应重视由于气温变化所导 致的温度差变化给混凝土带来的影响， 消除水化温升 所带来的负面作用， 制定早期养护措施控制混凝土早 期失水与塑性开裂。 2 超长混凝土结构不留伸缩缝技术原理 U E AH膨胀混凝土在硬化过程中产生膨胀作 用 ， 在钢筋或邻位约束下 ， 产生膨胀压应力， 而膨胀混 凝土的限制膨胀率随 U E AH的掺量增加而增加， 因 此可以通过调整膨胀剂掺量， 使混凝土获得不同的预 压应力。根据水平法向应力曲线 ， 设想在 。 。 处给予 较大的膨胀应力， 而在两侧给予较小的膨胀应力， 以便 结构的收缩应力得到大小适宜的补偿 ， 从而控制有序 裂缝的出现。根据工程实践， 6 0 m长可不设后浇带而 采用 U E A H膨胀加强带取代后浇带， 也即在结构收 缩应 力最大 的地 方 ， 多掺 人 U E AH膨 胀 剂 ， 产 生 相 应 较 大 的膨胀 来 补偿 结构 的 收缩 ( 一 般 = 4 6 1 0 ) ， 而两侧混凝土的膨胀率较小( 一般 = 2 4 1 0 ) ， 形成中部大两边小的膨胀区， 从而补偿相应的 收缩量， 使任意长度可以不设伸缩缝。加强带的位置 一 般设在后浇带上。具体见图2 。U E AH膨胀加强 带的宽度可在 23 m之间， 加强带的两侧分别架设 5一 1 0 m m铁丝网， 铁丝网上下与底板上下钢筋连 接固定， 目的是约束新浇膨胀混凝土使之形成 自应力， 同时防止小膨胀量的混凝土流人加强带。考虑膨胀作 用会使混凝土的自由强度降低 ， 其强度等级要 比两侧 混凝土提高一个强度等级， 由于两侧和钢筋的绝对限 制作用 ， 大膨胀 的 U E AH混凝土强度实际不会下 降， 相反起增强作用 ， 加强带浇完后， 要特别加强湿养 护， 养护期不小于 1 4 d 。 而对于大体积混凝土施工， 关键问题是如何控制 7 6 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 3 期( 总第1 5 3期) 温度裂缝和收缩裂缝的产生， 具体地说就是控制由混 凝土中水泥水化热所产生的混凝土内部最高热峰值 时的温度与外界环境温度之差和由此降温后的混凝 土的收缩量问题 ， 解决问题的办法是控制混凝土水化 热的释放速率和混凝土的内外温度差、 降温速率。 3 超长大体积水池混凝土无缝施工与控制技术措施 3 1 大体积抗渗微膨胀混凝土配合比 原材料选用水化热值较低的虎鼎牌 P O 3 2 5 普 表 I 通硅酸盐水泥、 松花江产细度模数为 2 5 4的中砂、 碎 石连续级配粒径 5 2 5 m m、 黑龙江省低温建筑科学研 究所中间试验厂产 L N C一 5 1型混凝土泵送剂、 C S型 混凝土超缓凝剂、 WN D( 1 0 ) 型高抗冻高抗渗高性能 混凝土硅质密实膨胀防水剂、 北京中岩特种工程材料 公司生产 U E AH型混凝土膨胀剂、 级粉煤灰、 自 来水。其混凝土配合 比如表 1 所示。 微 膨胀混凝土配合比 k g m一 3 强度等级 ( P O 3 2 5 水泥 + F A ) ： 砂： 石： 水： L N C一 5 1 ： C S ： WN D ( 1 0 ) ： U E A H C 3 0微膨胀抗渗混凝土 C 3 5 微膨胀抗渗混凝土 4 1 0 ( 2 6 0十 1 5 0 )： 7 3 4： 1 0 2 1： 1 8 0 ： 8 2： 8 2 ： 6 1 5： 3 2 8 4 1 0 ( 2 7 0+1 4 0 ： 7 3 4： 1 0 2 1： 1 7 2 ： 9 2： 8 2 ： 6 1 5： 4 9 2 3 2 混凝土膨胀加强带的设置与施工 经过分析， 在水池底部 l m厚底板与水池池壁的 5 轴与6轴间靠近6轴处附壁间， 设置出3 m宽度的膨胀 混凝土加强带。混凝土池壁高度为 1 l m， 考虑到混凝 土收缩特性， 为防止混凝土收缩引起的开裂出现， 因此 在水池池壁水平方向设置 2道膨胀混凝土加强带， 间 距均为 l m， 以补偿混凝土收缩， 确保混凝土的整体性 能。加强带两侧铁丝网设置同前。加强带处如需分缝 施工 ， 须采取防水措施。 加强带部位混凝土浇筑方法， 设有膨胀加强带 的 补偿收缩混凝土浇筑时， 一般情况下应首先浇筑加强 带部位 ， 并允许有少量的混凝土流人两侧小膨胀率的 混凝土部位， 不允许小膨胀率混凝土倒流。加强带部 位混凝土浇筑完毕后 ， 沿加强带两侧向外侧连续推进 浇筑小膨胀率混凝土。水平加强带的浇筑方式应采取 在前层混凝土浇筑完成后， 进行浇筑 ， 浇筑时应按施工 缝方式采取相应的防水处理措施 ， 如埋人橡胶或钢板 止水带。经过分析， 加强带混凝土的 U E AH膨胀剂 掺量为占胶凝材料质量的 1 2 ， 加强带两侧补偿收缩 混凝 土 U E AH膨胀剂掺量为 占胶凝材料质量的 8 。 3 3 大体积混凝土温控设计、 施工与监控 由于大体积混凝土的水泥水化热不易散发 ， 混凝 土内部温升较高， 当混凝土内部的温度与混凝土表面 的温度差较大超过规范规定的2 5 C时， 混凝土内部产 生压应力， 表面产生拉应力， 当拉应力超过混凝土的早 期抗拉强度时 ， 混凝土就会被拉裂， 产生温度裂缝； 混 凝土体积大 ， 收缩量大 ， 易产生收缩裂缝； 混凝土量大， 由于水泥水化热产生的热容大， 加之混凝土为热的不 良导体， 短时间内混凝土内部的热量很难散去， 如果降 温速度过快， 混凝土必然会产生较大的温差 ， 这种降温 温差极易引起混凝土的整体变形 ， 由于原来约束作用 ， 大体积混凝土是不可能一起随温差应力作用而变形 的， 再加之混凝土失水引起的体积收缩变形与混凝土 受到地基和其它结构边界条件的约束引起的拉应力 的共同作用， 极易产生贯通裂缝 ， 因此控制大体积混凝 土浇筑后 5 1 4 d内的温度升高最大值及其降温速度 问题也很关键 。 为了有效的控制有害裂缝的出现和发展， 必须从 控制混凝土的水化升温、 延缓降温速率、 减小混凝土收 缩、 提高混凝土的极限拉伸强度、 改善约束条件和设计 构造等方面全面考虑 ， 结合实际工程采取措施。 3 3 1 温控指标 经过理论公式计算与计算机模拟分析结果表明， 当采用表 l 所用原材料及配合比时， 该工程底板大体 积混凝土内部最高温度 。 为 5 4 6 C， 池壁混凝土内 部的最高温度 为 5 1 2 C。为了保证大体积混凝 土控温工作的成功， 因此规定本工程混凝土的人模温 度小于 2 5 ， 混凝土缓凝时间 2 4 3 6 h ， 混凝土的降温 速率不大于 1 5 d 。 3 3 2 采取的措施 在大体积混凝土的基础内设置必要的温度配筋 ， 在截面突变和转折处、 底面与墙转角处、 孔洞转角及周 边增加斜向构造配筋 ， 以改善集中应力 ， 防止裂缝的出 现。池壁采用木模施工 ， 延迟拆模时间至 2 8 d 后 ， 以消 除池壁表面的自由应力， 延缓降温时间和速度， 充分发 挥混凝土的“ 应力松弛效应” 。 必须在混凝土内外平均 温差不大于 1 0 c I = 后， 才能撤消养护层， 同时防止由于 气温急剧升降所带来的温度冲击， 直至混凝土龄期达 到 1 8 0 d后， 内部接近元收缩拉应力时， 方可解除养护； 加强测温和温度监测与管理。随时监测混凝土内的温 度变化， 内外温差控制在 2 5 以内， 使混凝土的温度 梯度及湿度梯度不至于过大， 以有效控制有害裂缝的 出现； 严禁在混凝土内部达到最高温度时直接浇水养 护， 混凝土采取顶浆覆盖薄塑料布的方法进行养护， 只 江守恒等： 超长大体积混凝土水池无缝施工技术 有当混凝土内部降温至平衡稳定温度时 ， 方可直接浇 水养护。掺人 U E AH膨胀剂 的混凝土浇筑完毕后 1 4 d内一定要保持湿润养护， 从混凝土终凝可以试水 时开始至养护结束的 1 4 d内， 必须浇水养护， 最好在混 凝土表面覆盖草袋后浇水， 在湿草袋上覆盖旧帆布。 尤其在混凝土降温阶段， 是本工程的温差裂缝控制关 键 ， 开始降温后， 每天降温速度控制在了0 8 1 2 q C 。 3 3 3温控与施工结果 越 赠 6 O 5 O 4 0 3 O 2 0 l 0 O 龄期， h 一 底部温度 一 中部温度 一 表面温度 一 环境温度 图l 底板大体积混凝土典型温度曲线 髓 赠 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 O I 5 l O 5 0 ， ： ： 龄期 几 一 中部温度一 表面温度一 中部温度 一 表面温度一 环境温度 图2 池壁第一次浇筑层混凝土典型温度 曲线 大体积混凝土结构混凝土内部的最高温升峰值 出现在第 7 4 h ， 其值为 5 0 5 。混凝土的表面与混凝 土的中心最大温差分别为 7 6 ， 温差均控制在了 2 5 范围以内， 满足 Y B J 2 2 4 9 1 块体基础大体积混 凝土施工技术规程 第 2 0 5 条规定的要求， 无需采用 其它措施 ， 只要控制好降温速度缓慢降温即可。混凝 土池壁两层浇筑时温度高峰出现在 4 0 h与 4 6 h ， 分别 为4 9 4 与 4 1 7 ， 温差分别为 1 9 C与 3 1 ， 温差 与降温速度合理 ， 将测得的重要数据指标列于表 2 。 表 2 大体积混凝土测温结果记录 测点位置 热峰时间 表面最高 中心温度 最大温差 h 温度 q c q c 整个工程施工历时 3 8 d ， 至养护工作完成后将近 6 0 d ， 此时正处于哈尔滨的炎热季节。经过施工阶段的 严格控制， 拆模后检查未发现任何有害裂缝产生， 后期 养护工作交由施工单位继续进行， 并严格嘱托施工单 位， 加强养护及大气温度变化监测 ， 以防止 1 8 0 2 7 0 d 时混凝土后期松弛过程中， 因温差变化较大而出现松 弛过快、 松弛不匀、 松弛应力重分布的出现 ， 而导致裂 缝出现。经抗拉强度验算表明， 1 8 02 7 0 d时的降温 温差不得超过 3 5 C。按哈尔滨的施工时节计算此时 已经进入冬季， 池体表面夜间温度不得低于 一 2 0一一 2 5 。 4结语 通过本工程的成功实施， 再次确认了， 采用微膨胀 混凝土与膨胀加强带进行超长结构混凝土取消后浇 带施工是行之有效的方法。可以大幅缩短混凝土施工 工期， 同时保证了结构的整体性。大体积混凝土与超 长结构不留伸缩缝混凝土的叠加施工 ， 要求的施工技 术水平含量较高， 应充分重视， 必须按照事先制订详尽 方案、 事中进行认真的控制、 事后进行详细的监测， 尤 其要制订出大体积混凝土温控措施， 尽可能地降低混 凝土内部水化温升， 控制混凝土在各阶段的温度发展 状况， 做好温控工作， 才能保证混凝土的施工质量。超 长结构混凝土的长龄期收缩问题要依靠微膨胀混凝 土与膨胀加强带技术来解决， 也应充分利用到混凝土 的应力松弛效应。另外， 环境温度对长龄期的超长混 凝土结构的作用， 亦 即必须制订 1 8 0 2 7 0 d的详尽防 止后期因环境温度突变而引起的松弛应力变化过快 出现微裂缝的技术措施 ， 这一点必须引起施工与设计 单位的充分重视， 防止混凝土结构因环境温度骤变引 起的急剧温度变形， 导致混凝土温度裂缝的出现。 参考文献 1 李应权， 韩立林， 游宝坤， 等z Y补偿收缩混凝土在苏州科 技新天地工程的应用 J 膨胀剂与膨胀混凝土， 2 0 0 7 ， ( 2 ) ： 2 3 2 6 【 2 王志伟， 葛燕锋 超长地下结构无缝设计与施工 J 施工技 术 ， 2 0 0 7， ( 3 6 ) ： 2 9 52 9 7 3 王铁梦工程结构裂缝控制 M 北京： 中国建筑工业出版 社 。1 9 9 7 ： 8 4 朱伯芳大体积混凝土温度应力与温度控制 M 北京： 中国 电力出版社， 1 9 9 9 ： 3 收稿日期 2 0 1 0 1 1 2 9 作者简介】 江守恒( 1 9 7 6 一) ， 男， 哈尔滨人， 工程师， 主要从 事混凝+ l J J t l 剂、 冬期施工技术和大体积混凝土 温度控制技术研究工作。