大体积混凝土施工技术措施分析

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  [摘要]大体积混凝土的施工技术要求比较高,特别在施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择上、技术措施等有关环节做好充分的准备工作,才能保证基础底板大体积混凝土顺利施工。混凝土热工计算、大体积混凝土的养护方法、温度测量、裂缝预防措施等方面论述了某水池的大体积混凝土施工技术。
  某水厂污泥调节池与已完工的回收水池及沉淀池相邻,设计尺寸20×21m,面积420㎡,基础埋深8.3m,底板厚度600㎜,侧壁厚1000㎜,侧壁高度7.8m,所采用的砼等级为C25S6。施工中需要重点注意侧壁模板的支撑体系、内部砼温度测量措施及大体积砼施工降温措施。具体工程情况如图:
  
  一、施工部署
  1、现场临时用水电从已施工的回收水池接入。
  2、施工机械:汽车泵2台,振动棒4条,平板振动器1台,木工加工机械一套、钢筋加工机械一套。
  3、计划木工15人,钢筋工10人,砼工振捣工6人、辅助工10人。
  4、砼浇注路线及平面布置如下图:
  
  二、施工方法
  1、底板和侧壁上返500㎜一起浇注,并在施工缝处设钢板止水带;底板浇注完毕蓄水养护。
  2、调节池侧壁等有防渗漏要求的混凝土墙体采用止水对拉螺栓,如下图。其焊缝要求饱满,高度不低于3㎜,由持证焊工焊接。
  
  
  3、側壁一次浇注高度7.3,按照设计为了确保防水质量,侧壁除底板上500㎜外不宜设置施工缝。
  4、砼按照平面布置图路线浇注,每次浇注厚度500㎜,在水池四角和四周墙中部插入带标线的PVC管控制浇注厚度。
  5、注意收听天气预报,确保晴天浇注砼。侧壁按照大体积砼施工来控制。
  三、墙侧模支撑体系设计
  浇注砼时要考虑墙侧向压力,加强侧模强度要求,以确保不发生胀模现象。墙侧模拟采用18厚七合板,50*100木方竖向间距250,横向间距450㎜(双木方并列),离地150mm开始设置,Φ14螺杆对拉间距@450梅花布置。8#铁线斜拉,钢支撑或钢管斜顶。如图:
  
  
  四、侧壁砼施工温度计算
  污泥调节池底侧壁厚1000㎜,浇注该部位砼时为大体积砼,由于其散热面积大,降温快,容易产生较大的内外温差,如保护不当,将会使表面裂缝增多,甚至成为贯穿裂缝的诱发因素。因此需有合理的计算及施工部署来保障结构质量。
  (一)大体积砼开裂的原因
  ⑴水泥水化热引起砼温度应力;
  ⑵砼内外约束条件的不同引起应力不均;
  ⑶外界气温变化引起砼内外温差变化;
  ⑷砼的收缩变形。
  (二)热工计算
  砼采用商品砼C25S6,汽车泵泵送,底板浇筑完成后蓄水养护;侧壁浇注完覆盖潮湿麻袋浇水养护。
  1、计算参数
  以侧壁为计算对象,则:
  ①大体积砼厚度1000㎜。
  ②混凝土标号为C25;
  ③每立方米混凝土中水泥用量380kg(按以往实例),水泥标号425#,现在的商品砼实际上均掺15~20%的I粉煤灰,故水泥用量没有这么多,但掺一级粉煤灰砼早期强度成长过快,发热量集中,甚至略高于不掺粉煤灰配合比中按水泥量计算的温度;
  ④中砂;碎石。2、温度计算(根据《建筑施工手册》第四版P614进行计算)
  (1)板内最高温度Tmax
  ①最大绝热升温Tm
  侧板最高升温当在浇灌后第3天(根据叶琳昌、沈义编著《大体积混凝土的施工》查表)
  
  
  W每m3混凝土的水泥用量(参考值) 380(kg/m3)
  Q425#普通水泥每公斤发热量(查表)314(kj/kg)
  C混凝土比热系数0.97(kj/kg•℃)
  ρ 混凝土的比重2400kg/m3
  m随浇注温度改变系数(查表)0.384
  n最高升温时的混凝土龄期: 取3天
  
  
  ②板内最高温度
  理论上绝热状态下板内最高升温
  Tmax1=Tο+Tm.
  To为混凝土初始温度,无资料时,与大气的温差一般按照15~20℃,根据当前大气温度,取40℃
  Tmax1=40+34.4=74.4℃
  实际上大体积砼并非完全处于隔热状态,而是处于散热条件下,温升值比绝对隔热状态要小,且于浇注的砼厚度有关。
  ξ t凝期降温系数、随厚度变化(查表) 0.36
  Tmax=Tο+Tm. ξ
  Tmax=40+34.4×0.36=52.3℃
  (2)混凝土表面温度(表层下50~100㎜处温度)Tb
  Tb= T大+4h’(H- h’)[ Tmax- To]/H2
  h’ 混凝土虚铺厚度 h’=k.λ/β
  k折减系数 2/3
  λ砼导热系数 2.33 (W/m•K)
  β 砼表面模板等材料的传热系数
  β=1/[Σδi/λi+1/βq]
  δi各种保温材料的厚度(m)
  λi各种保温材料导热系数(W/m•K)
  βq空气层传热系数取23w/m2•K
  δ保温材料的厚度
  δ=0.5h. λiψKb/λ.ω
  h 砼实际厚度
  Kb传热系数修正值取1.8
  ψ砼表面温度与大气温度差值 一般无资时料近似取15℃
  ω砼最高温度与表面温度差值 一般无资时料近似取25℃
  H 砼计算厚度(m)H=h+2h’
  则:草袋覆盖厚度
  δ=0.5h.λiψKb/λω=0.5×1×0.14×15×1.8/(2.33×25)=0.03m
  β=1/[Σδi/λi+1/βq]=3.03
  h’=k.λ/β=2×2.33/(3×3.03)=0.51m
  H=h+2h’=1.0+2×0.51=2.02m
  Tb=T大+4h’(H- h’)[ Tmax- To]/H2=25+4×0.51×1.51×21.3/2.022
  =41℃
  计算结果:
  结构中心和结构表面温差实际值:Tmax-Tb=52.3-41=11.3℃
  侧板表面温度与大气温差实际值:Tb- T大=41-25=16℃
  板中最温Tmax=52.3℃
  麻袋覆盖厚度3㎝ 约2层麻袋覆盖外加一层塑料膜保护。
  以上两项温差均不超出25℃的规定限额,混凝土不会出现因温度变化而产生的裂缝,但为了确保混凝土的施工质量,在侧板混凝土浇筑过程中要采取必要的降低水化热措施。
  五、温差测量
  测温采用测温仪,即在混凝土内不同部位埋设铜热传感器,用混凝土温度测定计录仪进行施工全过程的跟踪和监测。严格控制砼内外温差小于25℃,如果出现温差过大现象,则应采取应急保温措施,如在四周加遮塑料布防止空气流通、在内部冷凝管内灌水或者利用脚手架下密挂碘钨灯在砼表面进行加温等。
  测点设在墙厚中间,沿墙高方向置两排测点,沿墙长方向为4~5米,利用铁丝将传感器绑扎在钢筋上,具体见图:
  
  
  温度监测数据采集,混凝土浇捣期间,每2小时测读一次,准确全面掌握初浇砼的升温情况及砼入模温度变化情况,砼浇捣完毕后3天内每4小时测读一次,5至7天每8小时测读一次,7至14天每12小时测读一次,以后28天内每天测1次。
  六、降温措施
  在侧壁内设置冷凝水管,当水化热温升过快,在冷凝管内灌循环水以降温。冷凝水管采用Φ50镀锌钢管,用钢丝与侧墙结构钢筋绑扎牢固,当内部温度升温过快时采用循环水降温。
  
  
  七、大体积混凝土防裂技术措施
  主要从以下几方面采取综合性措施,有效解决大体积砼裂缝问题:
  ◆砼原材料的选择,降低水化热升温
  ◆使用膨胀混凝土,以膨胀补偿收缩
  ◆混凝土中掺加杜拉纤维
  ◆根据水池的结构特点,考虑具体的施工方法及浇筑程序
  ◆砼的养护
  1、通过材料的控制降低水化热升温
  大体积混凝土由于前(一般在3天内以)水泥水化使内部温升过高,内外温差过大,造成就会产生裂缝。因此控制水泥水化热引起的温升,即可减少降温温差,这对降低温度应力,防止产生温度裂缝能产生显著的作用。
  a.水泥选用普通硅酸盐水泥425#。
  b.掺加减水剂:减水剂中阴离子表面活性剂,对水泥颗粒有明显的分散效应,不仅可以改善混凝土和易性,而且可以减少水和水泥用量,从而降低了水化热,但为了防止早期强度增长过快,尽量选择那些长效缓凝型。
  c.在满足砼强度下,骨料尽量选用较大粒径(2~4cm),同时具有较好级配,石子的含泥量控制在1%以下,砂的含泥量在2%以下。这样既提高了混凝土抗压强度,也可以减少水泥用量。
  d.砼的塌落度控制在14~16㎝。
  2、使用膨胀混凝土,以膨胀补偿收缩
  AEA混凝土膨胀剂加入到水泥混凝土中,拌水后生成大量膨胀性结晶水化物——钙矾石,使混凝土产生适度膨胀,在钢筋和邻位限制下,于混凝土中产生一定的预压应力,这一应力大致能抵消混凝土在收缩时产生的拉伸过程,防止和减少裂缝的产生,同时AEA水化的另一产物铝胶生产于各分子的缝隙间,对提高混凝土的密实性和强度有所贡献。在水泥中内掺一定比例的AEA可配制成补偿收缩混凝土,其最佳掺量为8%-12%(替代水泥率),其限制膨胀率约为(2-5)×10-4,可导入0.3-0.9Mpa的自应力。
  对于AEA混凝土的施工应注意以下问题:①配合比计量要准确,搅拌时间要比普通混凝土延长30-60秒钟
  ②为充分发挥其膨胀效能,实时和充分的保湿养护最为重要,混凝土浇筑后,应在终凝后两小时开始养护,养护期不少于14天
  ③要求振捣密实,不要过振和漏振。
  对于以上材料方面要求由砼供应商来确保。
  3、混凝土中掺加杜拉纤维提高混凝土的极限抗拉能力
  杜拉纤维混凝土是一种合成纤维混凝土,具有较好的抗裂性能,可提高混凝土的抗拉能力及耐久性,控制裂缝的开展,是提高工程质量的有效措施。
  在混凝土中掺入杜拉纤维,约每立方米混凝土掺入0.7㎏杜拉纤维,对混凝土的性能改善会起很大的作用:
  a.提高了混凝土的抗裂能力。
  b.提高了混凝土抗滲性能。
  c.提高了混凝土的抗冲击及抗震能力。
  4、浇注方法
  ⑴砼的浇筑顺序:一次性连续浇筑,采用2台汽车泵从西北和东南两个对角同时平行斜面浇筑,每层浇筑厚度为500mm,在下层砼初凝前,必须将上层砼覆盖捣实,每层砼的浇筑最大间隙时间不应超过2小时,以避免出现施工冷缝。
  ⑵使用插入式振动器时:振动器正确方法,应做到“快插慢拔”,在振捣过程中,宜将振动棒上下略为抽动,以使混凝土上下振捣均匀。
  ⑶在振捣上层混凝土时,应插入下层内50mm 左右,以消除两层间的接缝。同时在振捣上层混凝土时,要在下层混凝土初凝前进行。振动器插点要均匀排列,可采用“交错式”的次序移动,每次移动位置的距离应不大于振动棒作用半径的1.5 倍。振动器使用时,振动器距模板不应大于振动器作用半径的0.5 倍,又不能紧靠模板,且尽量避开钢筋。
  5、养护
  侧模拆除后立即进行养护,确保养护时间不少于14天。养护要求由项目来完成。
  砼浇注完毕1天将侧模模板螺栓松开,打开侧模进行带模浇水养护。在砼强度达到75%(约7天以后)以上将模板拆除,利用墙上的对拉螺栓瓜麻袋浇水养护,其目的是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差以降低混凝土内部自约束应力,其次是降低混凝土块体的降温速度,充分利用后期混凝土的抗拉强度,以提高混凝土承受外约束应力时的抗裂能力,以达到控制温度裂缝的目的。
  八、应急措施
  1、检查现场发电机处于良好状态,一旦停电可以立即自备电源。
  2、在已施工的水池存放自来水,以备停水时浇水养护。
  3、现场配置10块雨布,一旦下暴雨立即覆盖。
  九、砼施工工艺及注意事项
  1、施工前,项目部将以本方案为依据,按照具体操作步骤向工人进行技术交底。
  2、浇注砼清理施工缝处砼渣,调整钢板止水带的位置。
  3.砼浇灌时,每层砼必须在下一层砼初凝前覆盖。为了保证不出现施工冷缝,混凝土内掺加缓凝型减水剂,砼初凝时间为约4小时。
  4.分层振捣时振动棒必须进入下一层砼5~10cm,以使上下两层充分结合密实,消除施工冷缝。振动棒振时间为20~30秒,但以砼表面出现泛浆为准,振动棒应做到“快插慢拔”。
  5.砼浇灌过程中,要随时采取措施预防钢筋、模板、预埋件发生移位,并且及时拆除施工临时设施。
  6.砼在浇灌12小时后,就应开始对混凝土进行养护,先在侧墙模板内蓄水养护,后将模板打开灌水带模养护,再进行覆盖麻袋法养护。
  7.预先和气象部门取得联系,避免在施工期间下大雨,同时准备塑料帆布,作好下雨的预防措施。当气温高于35℃时,不应进行大体积混凝土施工,初步考虑开灌浇注时间为上午,具体开灌时间在和监理协商后确定。
  8.坚持浇灌申请制度,提前将施工方案报甲方、监理审批,同意后还应在浇筑前申请浇灌令。
  9.充分做好混凝土浇筑前的各种准备工作,对于机械设备,应提前进行试运转,对于所有参混凝土施工人员,均应进行详细的施工交底,交底以会议方式进行,交底内容应包括:浇筑流向、各部位详细的浇筑方法、人员分工情况及各自职责、人员交接班具体时间和要求等。必须做到使每一个参与施工人员均心中有数,从而避免因混乱而影响质量。
  10.混凝土浇筑时,化验员应做好塌落度的测试工作,如发现有超标情况,应立即退回,严禁在现场随意加水。同时,还要求混凝土供应商派技术人员到现场值班,以随时掌握混凝土的供应情况和质量情况。
  十、安全措施
  1、在水池内搭设的满堂脚手架四周铺设木跳板作为操作平台,并设置防护栏杆,具体详见侧模支撑体系图。
  2、所参加高处作业的人员必须系好安全带。在高处作业前,安全员应检查是否有足够的保护措施。
  3、严禁在基坑边护身栏杆上或脚手架上挂设电缆,架空线必须采用绝缘导线,不得采用塑料软线,不得成束架空敷设。施工机具、车辆及人员应与内、外电线路保持安全距离,达不到规范规定的最小距离时,必须采用可靠的防护措施。
  4、配电系统必须实行分级配电,各类配电箱、开关箱安装和内部设置必须符合有关规定,箱内电器必须可靠完好,其选型定值要符合规定,开关箱外观应完整,牢固防雨、防尘。箱体外应涂安全色标,统一编号,箱内无杂物,停止使用时应切断电源,箱门上锁。
  5、配电箱必须设两级以上漏电保护装置,实行分级保护形成完整的保护系统,漏电保护装置的选择应符合国家《漏电电流动作保护器(剩余电流动作保护器)》的要求,开关箱内的漏电保护器其额定漏电动作电流应不大于30mA,额定漏电动作时间应小于0.1sw。
  6、机械设备应按其技术性能的要求正确使用,缺少安全装置或安全装置已失效的机械设备不得使用。
  7、各种机械设备的操作人员,必须经过有关部门组织的专业安全技术操作规程培训,严禁酒后操作。
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