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摘要:文章简要分析了大体积混凝土施工的主要技术难点及施工要点,并根据工程实例,探讨了大体积混凝土施工技术在水利工程中的具体应用,以供交流。
关键词:水利工程;大体积混凝土;施工
中图分类号:TV544 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0049-02
近年来,大体积混凝土施工以其混凝土设计强度高,单方水泥用量较多,水化热引起的混凝土内部温度较一般混凝土高,结构断面内配筋较多,整体性要求较高的特点,在水利工程建设中的运用越来越广泛。但是,大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都较复杂,难度较大,施工时应十分慎重,否则易出现混凝土裂缝质量事故,造成不必要的损失。因此,笔者结合实际工作经验,探讨了水利工程中大体积混凝土施工技术的应用。
1大体积混凝土施工的主要技术难点
大体积混凝土一般为一次浇筑量大于1 000 m3或混凝土结构实体最小尺寸等于或大于2 m,且混凝土浇筑需研究温度控制措施的混凝土。大体积混凝土的施工技术难点主要表现在如何有效控制裂缝的问题。裂缝的产生原因主要有收缩应力过大、温差、水泥安定性差问题。
1.1收缩裂缝
收缩引起裂缝主要包括塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等。收缩裂缝,主要指混凝土在逐渐散热和硬化过程中引起的收缩应力,特别是大体积混凝土结构物,超过了混凝土本身的限抗拉强度之后,在混凝土中产生收缩不均的裂缝。
1.2温差裂缝
温差可分为混凝土浇注初期,产生大量的水化热,由于混
凝土是热的不良导体,水化热积聚在混凝土内部不易散发,常使混凝土内部温度上升,而混凝土表面温度为室外环境温度,这就形成了内外温差,这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时,就会导致混凝土裂缝;另外,在拆模前后,表面温度降低很快,造成了温度陡降,也会导致裂缝的产生;当混凝土内部达到最高温度后,热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度,它们与最高温度的差值就是内部温差,这3种温差都会产生温度裂缝。在这3种温差中,由水化热引起的内外温差较为主要。 1.3安定性裂缝
水泥安定性差,达不到国家标准,从而引起的裂缝叫安定性裂缝,其表现主要是龟裂。
此外,外界的湿度降低会加速混凝土的干缩,也会导致混凝土裂缝的产生;建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝;水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。混凝土的结构物的应力集中、基础部均匀沉陷、钢筋质量问题等,都是产生裂缝的原因。
2大体积混凝土施工质量控制要点
2.1原材料选用控制
(1)采用中热硅酸盐水泥或低热矿渣水泥,在不影响水泥活性的情况下,要尽量使水泥的细度适当减小。
(2)选用级配良好的骨料,严格控制砂、石子含量,细骨料尽量用干净的中粗砂,为了保证混凝土品质,提高混凝土抗拉强度,应严格控制砂石原材料的含泥量,避免使用过量粉砂。
(3)在混凝土配合比的选择上,在满足强度的前提下,减少水泥用量,掺用适量粉煤灰、外加剂、减水剂,通过试验确定其掺入量,以降低水灰比和水泥用量,达到提高混凝土和易性、密实性,减少发热量增强混凝土抗拉强度。适当减少砂率,提高粗骨料含量,以降低干缩量。
(4)混凝土中掺入缓凝剂、抗裂防渗剂,降低以热峰值,增强抗裂性能。
2.2施工工艺控制措施
(1)确保混凝土浇筑连续进行,避免形成冷缝、纵向施工缝,提高结构整体性和抗剪性能。
(2)控制混凝土施工工艺,对混凝土的拌和、运输、平仓振捣等施工工序严格按照工艺操作规程施工。
(3)确保混凝土配料准确、拌和均匀,保证混凝土良好的和易性。
(4)做好平仓、振捣操作,以保证混凝土的均匀性,通过工艺控制,使混凝土品质达到优良标准,以提高混凝土抗裂能力。混凝土振捣要密实,浇注过程中振捣时间应均匀一致,以表面泛浆为宜,间距要均匀,以振捣力波及范围重叠1/2为宜,为了避免表面裂缝,浇注完毕后,表面要压实、抹平。混凝土浇筑结束后,清除多余灰浆,排除泌水,待定浆后进行二次复振、二次抹压,防止产生松顶和表面干缩裂缝。
(5)混凝土养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。应加强早期保温养护,提高抗拉强度。如是冬季,混凝土浇筑完成后,混凝土表面及时用聚乙烯薄膜覆盖,覆盖草袋保温,并洒水养护,保持混凝土表面湿润,控制混凝土内外温差不大于20 ℃,在混凝土拆模后,特别是低温时,立即采取表面保护,防止表面降温过大,引起裂缝。
3工程实例
3.1工程概况
某防洪闸新建工程,底板为30 cm×30 m的1.8 m厚的钢筋混凝土底板,加强带采用抗渗等级P8补偿收缩混凝土,宽度为2 m。
3.2施工工艺流程
作业准备→混凝土的运输→混凝土浇筑→混凝土振捣→找平→混凝土养护。
3.3施工准备
大体积混凝土施工前必须进行物料、机具、技术和现场准备,同时,还应根据其施工的特殊性做好附属材料和辅助设备的准备工作,如水泵、测温设备等。结合每段混凝土施工的工程量,本工程拟选用5台HBT-80混凝土泵进行混凝土的浇筑。
3.4确定混凝土配合比
该工程混凝土采用商品混凝土,混凝土公司负责配合比试验。基础底板采用的混凝土配合比,见表1。
3.5混凝土的浇筑
该工程底板混凝土的浇筑严格按照浇筑顺序进行,施工缝留在后浇带处(后浇带宽1 m),外墙吊模部分高出底板面0.3 m留水平缝,底板梁地模低于底板面150～200 mm,该部分待底板浇筑振捣密实2 h后浇筑,用φ16钢筋人工振捣,每段混凝土的浇筑应连续进行,根据振捣棒的有效震动长度,分排进行施工浇筑,不得出现施工冷缝。
膨胀加强带的浇筑,按顺序浇筑至膨胀带位置时采用C35内掺27 kg/m3PNF的膨胀混凝土进行浇筑。膨胀带采用密目钢丝网隔离,钢丝网加固竖向采用φ20@600,厚度>0.9 m以上时在竖向筋中部增加一道φ22腰筋。
表1混凝土配合比(kg/m3)
强度等级 水泥 水 沙 石 掺合料 外加剂1 外加剂2 备注
C30.P8 288 170 786 1 043 76 9.1 32 水灰比为0.47,沙率43%
C35.P8 337 179 706 1 058 63 9.9 51 水灰比为0.43,沙率40%
3.6混凝土的振捣
该工程施工采用机械振捣,使用泵送混凝土时坍落度大和流动性好,采用“一个坡度,分层浇筑循序渐进,一次到顶,不出冷缝”的方法浇筑,振捣至混凝土表面产生浮浆、无气泡、不下沉才能停止操作。为了避免钢筋及预埋件的走动,不可漏振或过振,摊灰与振捣应在对称位置开始。对于基梁交叉部位,由于其中钢筋十分密集,振捣时应特别注意,交叉部位面积较小处,应从四周插振捣棒;对于交叉部位面积较大处,应在钢筋帮扎时注意间隔500 mm左右,预留插棒孔(可在绑扎钢筋时,插管径48 mm的钢管,钢筋绑扎完毕后拔出)。要严格按分层浇筑分层振捣的规程操作。
3.7混凝土的找平
底板混凝土找平用木抹子或长木杠将表层附浆集中赶到一处,人工清走,然后进行第一次找平,平整度要求在规范要求以内,混凝土初凝后终凝前,第二次找平,目的是消除混凝土表面微小的收缩缝。
3.8混凝土的养护
为了保证新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件,防止在早期由于干缩而产生裂缝,大体积混凝土浇筑后,要在12 h内加以覆盖,蓄水20 cm养护至少3 d。
3.9混凝土的测温
为了掌握大体积混凝土的温升和温降的变化规律,应对混凝土进行全过程的监测控制。该工程整个底板测温导线的布置共48处,混凝土初凝后72 h内每2 h测温1次,以后每4 h为1次,并做好测温测量记录,测温工作持续到混凝土与环境温度差小于15 ℃时结束。测温采用UJ36型电子测温仪。
为了严格控制混凝土质量,满足设计对工程特殊部位的要求,防止混凝土温度裂缝的产生,对测温记录数据进行分析,针对分析结果及时采取相应措施:在底板范围内,下铺一层塑料薄膜,上部覆盖二层毛毡被,若混凝土内外温差接近25 ℃时,继续在混凝土上加盖草帘被,直到温差小于25 ℃为止。
4结束语
经多方观察,该工程混凝土外观质量良好,未发现明显裂缝现象,达到了设计要求。
Discusses the Mass Concrete Construction Technique
in the Hydraulic Engineering Application
Liu Zhongkuan, Zhou Huan
Abstract:The article analysis mass concrete construction’s major technique difficulty and the construction main point, and according to the project example, have discussed the mass concrete construction technique in the hydraulic engineering concrete application, supplies the exchange.
Key words:hydraulic engineering; mass concrete; constructs
关键词:水利工程;大体积混凝土;施工
中图分类号:TV544 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0049-02
近年来,大体积混凝土施工以其混凝土设计强度高,单方水泥用量较多,水化热引起的混凝土内部温度较一般混凝土高,结构断面内配筋较多,整体性要求较高的特点,在水利工程建设中的运用越来越广泛。但是,大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都较复杂,难度较大,施工时应十分慎重,否则易出现混凝土裂缝质量事故,造成不必要的损失。因此,笔者结合实际工作经验,探讨了水利工程中大体积混凝土施工技术的应用。
1大体积混凝土施工的主要技术难点
大体积混凝土一般为一次浇筑量大于1 000 m3或混凝土结构实体最小尺寸等于或大于2 m,且混凝土浇筑需研究温度控制措施的混凝土。大体积混凝土的施工技术难点主要表现在如何有效控制裂缝的问题。裂缝的产生原因主要有收缩应力过大、温差、水泥安定性差问题。
1.1收缩裂缝
收缩引起裂缝主要包括塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等。收缩裂缝,主要指混凝土在逐渐散热和硬化过程中引起的收缩应力,特别是大体积混凝土结构物,超过了混凝土本身的限抗拉强度之后,在混凝土中产生收缩不均的裂缝。
1.2温差裂缝
温差可分为混凝土浇注初期,产生大量的水化热,由于混
凝土是热的不良导体,水化热积聚在混凝土内部不易散发,常使混凝土内部温度上升,而混凝土表面温度为室外环境温度,这就形成了内外温差,这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时,就会导致混凝土裂缝;另外,在拆模前后,表面温度降低很快,造成了温度陡降,也会导致裂缝的产生;当混凝土内部达到最高温度后,热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度,它们与最高温度的差值就是内部温差,这3种温差都会产生温度裂缝。在这3种温差中,由水化热引起的内外温差较为主要。 1.3安定性裂缝
水泥安定性差,达不到国家标准,从而引起的裂缝叫安定性裂缝,其表现主要是龟裂。
此外,外界的湿度降低会加速混凝土的干缩,也会导致混凝土裂缝的产生;建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝;水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。混凝土的结构物的应力集中、基础部均匀沉陷、钢筋质量问题等,都是产生裂缝的原因。
2大体积混凝土施工质量控制要点
2.1原材料选用控制
(1)采用中热硅酸盐水泥或低热矿渣水泥,在不影响水泥活性的情况下,要尽量使水泥的细度适当减小。
(2)选用级配良好的骨料,严格控制砂、石子含量,细骨料尽量用干净的中粗砂,为了保证混凝土品质,提高混凝土抗拉强度,应严格控制砂石原材料的含泥量,避免使用过量粉砂。
(3)在混凝土配合比的选择上,在满足强度的前提下,减少水泥用量,掺用适量粉煤灰、外加剂、减水剂,通过试验确定其掺入量,以降低水灰比和水泥用量,达到提高混凝土和易性、密实性,减少发热量增强混凝土抗拉强度。适当减少砂率,提高粗骨料含量,以降低干缩量。
(4)混凝土中掺入缓凝剂、抗裂防渗剂,降低以热峰值,增强抗裂性能。
2.2施工工艺控制措施
(1)确保混凝土浇筑连续进行,避免形成冷缝、纵向施工缝,提高结构整体性和抗剪性能。
(2)控制混凝土施工工艺,对混凝土的拌和、运输、平仓振捣等施工工序严格按照工艺操作规程施工。
(3)确保混凝土配料准确、拌和均匀,保证混凝土良好的和易性。
(4)做好平仓、振捣操作,以保证混凝土的均匀性,通过工艺控制,使混凝土品质达到优良标准,以提高混凝土抗裂能力。混凝土振捣要密实,浇注过程中振捣时间应均匀一致,以表面泛浆为宜,间距要均匀,以振捣力波及范围重叠1/2为宜,为了避免表面裂缝,浇注完毕后,表面要压实、抹平。混凝土浇筑结束后,清除多余灰浆,排除泌水,待定浆后进行二次复振、二次抹压,防止产生松顶和表面干缩裂缝。
(5)混凝土养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。应加强早期保温养护,提高抗拉强度。如是冬季,混凝土浇筑完成后,混凝土表面及时用聚乙烯薄膜覆盖,覆盖草袋保温,并洒水养护,保持混凝土表面湿润,控制混凝土内外温差不大于20 ℃,在混凝土拆模后,特别是低温时,立即采取表面保护,防止表面降温过大,引起裂缝。
3工程实例
3.1工程概况
某防洪闸新建工程,底板为30 cm×30 m的1.8 m厚的钢筋混凝土底板,加强带采用抗渗等级P8补偿收缩混凝土,宽度为2 m。
3.2施工工艺流程
作业准备→混凝土的运输→混凝土浇筑→混凝土振捣→找平→混凝土养护。
3.3施工准备
大体积混凝土施工前必须进行物料、机具、技术和现场准备,同时,还应根据其施工的特殊性做好附属材料和辅助设备的准备工作,如水泵、测温设备等。结合每段混凝土施工的工程量,本工程拟选用5台HBT-80混凝土泵进行混凝土的浇筑。
3.4确定混凝土配合比
该工程混凝土采用商品混凝土,混凝土公司负责配合比试验。基础底板采用的混凝土配合比,见表1。
3.5混凝土的浇筑
该工程底板混凝土的浇筑严格按照浇筑顺序进行,施工缝留在后浇带处(后浇带宽1 m),外墙吊模部分高出底板面0.3 m留水平缝,底板梁地模低于底板面150～200 mm,该部分待底板浇筑振捣密实2 h后浇筑,用φ16钢筋人工振捣,每段混凝土的浇筑应连续进行,根据振捣棒的有效震动长度,分排进行施工浇筑,不得出现施工冷缝。
膨胀加强带的浇筑,按顺序浇筑至膨胀带位置时采用C35内掺27 kg/m3PNF的膨胀混凝土进行浇筑。膨胀带采用密目钢丝网隔离,钢丝网加固竖向采用φ20@600,厚度>0.9 m以上时在竖向筋中部增加一道φ22腰筋。
表1混凝土配合比(kg/m3)
强度等级 水泥 水 沙 石 掺合料 外加剂1 外加剂2 备注
C30.P8 288 170 786 1 043 76 9.1 32 水灰比为0.47,沙率43%
C35.P8 337 179 706 1 058 63 9.9 51 水灰比为0.43,沙率40%
3.6混凝土的振捣
该工程施工采用机械振捣,使用泵送混凝土时坍落度大和流动性好,采用“一个坡度,分层浇筑循序渐进,一次到顶,不出冷缝”的方法浇筑,振捣至混凝土表面产生浮浆、无气泡、不下沉才能停止操作。为了避免钢筋及预埋件的走动,不可漏振或过振,摊灰与振捣应在对称位置开始。对于基梁交叉部位,由于其中钢筋十分密集,振捣时应特别注意,交叉部位面积较小处,应从四周插振捣棒;对于交叉部位面积较大处,应在钢筋帮扎时注意间隔500 mm左右,预留插棒孔(可在绑扎钢筋时,插管径48 mm的钢管,钢筋绑扎完毕后拔出)。要严格按分层浇筑分层振捣的规程操作。
3.7混凝土的找平
底板混凝土找平用木抹子或长木杠将表层附浆集中赶到一处,人工清走,然后进行第一次找平,平整度要求在规范要求以内,混凝土初凝后终凝前,第二次找平,目的是消除混凝土表面微小的收缩缝。
3.8混凝土的养护
为了保证新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件,防止在早期由于干缩而产生裂缝,大体积混凝土浇筑后,要在12 h内加以覆盖,蓄水20 cm养护至少3 d。
3.9混凝土的测温
为了掌握大体积混凝土的温升和温降的变化规律,应对混凝土进行全过程的监测控制。该工程整个底板测温导线的布置共48处,混凝土初凝后72 h内每2 h测温1次,以后每4 h为1次,并做好测温测量记录,测温工作持续到混凝土与环境温度差小于15 ℃时结束。测温采用UJ36型电子测温仪。
为了严格控制混凝土质量,满足设计对工程特殊部位的要求,防止混凝土温度裂缝的产生,对测温记录数据进行分析,针对分析结果及时采取相应措施:在底板范围内,下铺一层塑料薄膜,上部覆盖二层毛毡被,若混凝土内外温差接近25 ℃时,继续在混凝土上加盖草帘被,直到温差小于25 ℃为止。
4结束语
经多方观察,该工程混凝土外观质量良好,未发现明显裂缝现象,达到了设计要求。
Discusses the Mass Concrete Construction Technique
in the Hydraulic Engineering Application
Liu Zhongkuan, Zhou Huan
Abstract:The article analysis mass concrete construction’s major technique difficulty and the construction main point, and according to the project example, have discussed the mass concrete construction technique in the hydraulic engineering concrete application, supplies the exchange.
Key words:hydraulic engineering; mass concrete; constructs