大体积混凝土设计\温控管理以及施工控制措施的探讨

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  摘要:一些桥梁的基础以及高层建筑的箱型基础、筏式基础一般都会有体型较大的钢筋混凝土底板,有的高层建筑的桩基础也会有体型较大的承台,这些基础底板和桩基础的承台都是大体积钢筋混凝土结构。耐久性、强度、工作性、绝热温差性能构成了大体积混凝土的四项技术指标。大体积混凝土浇筑一般会采用商品混凝土,商品混凝土供应厂家应该严格设计配合比、严把材料采购关、并按设计出来的配合比调配符合要求的混凝土。下面就大体积混凝土的配合比设计、材料选用、混凝土生产时的搅拌、温控措施、施工措施等问题加以阐述。
  
  关键词:配合比设计、塌落度、技术规范、耐久性、抗裂性能、施工控制
  中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
  
  1.1、 大体积混凝土配合比设计要求
  在工程应用中大体积混凝土强度等级一般多为C30至C50、抗渗等级多为S10。通过在大体积混凝土中添加防水剂,可以将泵送的混凝土塌落度控制在12±2mm范围之内。下面介紹下混凝土配合比要求:水泥的选用,大体积混凝土应该选用水化热低、水泥强度发展时间久的水泥。水灰比选择方面,水灰比控制在0.35左右可以有效预防大体积混凝土的开裂。由于一般大体积混凝土多用于基础,所以塌落度通过水灰比控制在0.4以内,这样可以使塌落度控制在10至14cm。为了保证大体积混凝土较好的泵送性能以及抗裂性能,含砂率应该控制在40%以内。大体积混凝土配合比设计好之后,工作人员应该通过试配混凝土检查配合比是否合适。大体积混凝土配合比设计人员应该按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》以及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中有关规定加以设计。采用外渗法设计时,应该扣除粉煤灰在砂料中的使用量。另外还应该考虑到这些地材供应厂家是否能够满足稳定的供应,不致于影响工程的正常施工。大体积混凝土配合比的设计除应该符合工程设计所规定的耐久性、强度等级、抗渗性、体积稳定性等要求外,还应满足大体积混凝土施工工艺特性的要求,符合合理使用材料、减少水泥用量、降低混凝土绝热温升值的要求。
  1.2、 大体积混凝土原材料的选择
  在重点工程中或者有的施工单位为了提高工程质量,所使用的原材料往往略高于国家标准。
  1.2.1、水泥的要求:
  在大体积混凝土中硅酸盐水泥以及普通硅酸盐水泥水化热较高,并且水化热不易扩散出去,混凝土内部温度较高,外部温度较低,这样混凝土内外就会形成温度差,表面就会容易产生裂纹。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝,所以在大体积混凝土浇筑时宜选用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥,此水泥水化热低,质量稳定。在水泥中通过添加一些外加剂,可以改善混凝土的性能,比如减水剂、缓凝剂、引气剂等。另外水泥的批量要足够用、水泥质量也要稳定,应在实验室检验其强度,强度等级应符合《通用硅酸盐水泥》所规定的28天强度指标要求,按实验室检验的强度等级及时调整混凝土的配合比。大体积混凝土选用中、低热矿渣硅酸盐水泥,其3d的水化热不宜大于240KJ/kg,7d的水化热不宜大于270KJ/kg.
  1.1.2、粗骨料的要求:
  石子选用粒径较大,级配级别良好的石子,这样制成的混凝土和易性较好,抗压强度高。同时减少用水量及水泥用量,从而使水泥水化热减少,这样可以降低混凝土本身的升温。粒径抗压数值可以控制在5至25mm,含泥量不大于1%,颗粒级配为5至31.5mm。
  1.1.3、细骨料的要求:
  细骨料采用中砂,含泥量不宜大于1%,泥块含量不宜大于0.5%,中砂的其他指标要符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006的规定。
  另外,大体积混凝土一般选择泵送方式。为了方便施工,改善混凝土和易性和减少水化热,在水泥中一般会参加适量的粉煤灰。粉煤灰具有一定的活性,可以替代部分水泥,另外粉煤灰的颗粒呈球形,能够发挥“滚珠效应”起到一定的润滑作用,该措施能增加泵送混凝土施工要求的0.315mm以下的细粒含量,改善混凝土的可泵性,降低混凝土的水化热。大体积混凝土配制可掺入缓凝剂、减水剂、微膨胀的外加剂,外加剂应符合我们目前现行的国家标准《混凝土外加剂》(GB9076)、《混凝土外加剂应用技术规范》(GB50119)和有关环境保护的规定。粉煤灰取代水泥的限量不要超过25%。由于添加粉煤灰,大体积混凝土早期极限抗拉强度有所降低,这样不利于混凝土的抗裂性。故粉煤灰用量不要超过水泥用量的10%。粉煤灰大小粒径控制在45微米以内,筛余≤18%,需水量比≤105%,其他指标不得大于规范Ⅱ级粉煤灰的技术要求。为了节约成本可以选用电厂燃烧后的粉煤灰,因为电厂产出的粉煤灰性能更加稳定,在设计上也能满足配合比要求。通过实验室测算的配合比可以知道每立方混凝土需要的粉煤灰用量。粉煤灰超量系数如下表所示:
  表1、粉煤灰等级与超量系数对应表
  
  
  二、大体积混凝土的温控管理
  为了更好的管控大体积混凝土温升,减少裂缝,要在施工过程中全程监测和控制温度。在全过程中,一方面要做到温度监测,另一方面要做到温度控制,这两方面缺一不可,是相互联系的。采用信息化的施工方法,及时反馈温度检测的结果,根据测量结果数据判断温度控制的效果,并加以改进。
  2.1、大体积混凝土的浇筑方案
  大体积混凝土工程施工应符合规范《大体积混凝土施工规范》(GB50496)的规定。大体积混凝土浇筑时,浇筑方案可以选择整体分层连续浇筑施工或者推移式连续浇筑施工方式,来保证大体积混凝土结构的整体性。分层连续浇筑一方面便于振捣,保证混凝土的浇筑质量;另一方面可以利用混凝土面层散热,降低大体积混凝土的温升。缓凝土浇筑应该从低处开始,沿长边方向自一端向另一端进行。假若混凝土供应量满足要求,可以采用多点同时浇筑的施工方式。
  2.2、大体积混凝土的振捣方案
  大体积混凝土应采取振捣棒振捣的方式。在振动界限以前对混凝土进行二次振捣,排除混凝土因为泌水在粗骨料以及水平钢筋下面形成的水分和空隙,提高混凝土与钢筋的握裹力,防止因为混凝土沉落而出现的裂缝,减少内部裂缝,增加混凝土的密实度,使大体积混凝土抗压强度得到提高,从而提高混凝土的抗裂性能。
  2.3、大体积混凝土的温度控制的方案
  大体积混凝土的宜采用保温保湿养护为主,抗放兼施为主导的大体积温控措施。在混凝土浇筑后水泥的水化热会引起混凝土浇注体内部温度剧烈变化,这样会使混凝土浇注体早期塑性收缩和混凝土硬化过程中收缩加大,混凝土内部温度—收缩应力剧烈变化,使大体积混凝土产生裂缝。所以从大体积混凝土的设计、设计构造要求、混凝土强度等级选择、后期强度利用、材料选择、制备、运输、施工过程严格控制温差。施工前,大体积混凝土浇注体的温度、温度应力、收缩应力要进行计算,另外还要确定施工阶段大体积混凝土浇注体升温峰值,混凝土表面—内部温差、降温速率,通过以上计算、测量出来的数据,制定相应的温控技术措施。
  大体积混凝土浇筑的温度不宜超过28℃,混凝土浇注体里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不宜大于25℃,混凝土温度骤降不应超过10℃,降温速率不宜超过2.0℃/d,浇注体表面与大气温差不宜大于20℃。
  大体积混凝土浇筑后,应及时按照温控技术措施的要求进行养护。及时覆盖保温保湿材料进行养护,加强测温管理。保温材料可以选用塑料薄膜、麻袋、草帘、土、砂等材料,这些保温材料的厚度需要通过计算所得。混凝土收水后,外露表面可选用塑料薄膜、养护纸、喷涂养护液等保温保湿材料。塑料薄膜与浸湿的吸水纸搭配使用,可以取得良好的效果,可以使混凝土中的水分保持住,并使表面水分分布均匀,以免流淌使混凝土表面产生水纹影响美观。在昼夜温差变化较大的地方、特殊恶劣天气频发的地区,施工现场应充分准备养护材料,同时依据监测结果以及温度变化值,及时加厚养护材料。根据监测的温度结果,若混凝土内部升温过快,表面保温效果不好,混凝土内外温差有可能超过限值,也应及时增加养护层厚度。当混凝土内外温差小于20℃时,可以逐层拆除养护层。这个时候也要保证混凝土内外温差不要超过控制值。当大体积混凝土内外温差接近控制值时,此时可以全部拆除养护层。在大体积混凝土冬施时,养护时间应该保证混凝土在受冻前能够达到受冻临界强度,待温度冷却到5℃时,可以全部拆除养护层。通过蓄水保温的方式来养护大体积混凝土的基础。可根据蓄水深度在四周砌块墙表面抹涂防水砂浆或用粘土筑成小埂,在底部设置出水口,蓄水深度一般控制在10mm至30mm左右。温度值可以通过蓄水深度来控制。
  降低大体积混凝土温度的措施:
  可以从材料入手,降低粗骨料、细骨料以及搅拌用水的温度,一般可以采用如下方式:在炎热的环境中,可以搭设遮阳棚,将骨料放置在凉棚内2至3天后使用,这样可以使骨料温度相对于暴晒环境中的温度降低2至4℃,骨料堆置高度6至8m,并保持足够的供应量,我们可以在底部以及地垄取用骨料。搅拌混凝土的水可以选用地下水或者低温的自来水或者用冰水,水温控制在5至10℃时,降温效果最好。另外,为了降低骨料的温度,可以采用喷淋的方式对骨料降温,效果也是很显著,但是作业前应做好排水措施。在夏季浇筑大体积混凝土时,可以利用夜间或者凉爽的白天进行施工,这样可以降低浇筑温度,减少温控措施以及费用。白天浇筑时要适当加快混凝土的浇筑速度,同时缩短混凝土的暴晒时间,减少混凝土的暴露阳光下的面积,这样可以减少混凝土拌合物吸收阳光而造成升温。但是在夜间施工,在不会造成冷缝的前提下,可以延长浇筑时间,这样可以有利于水化热的散发。夏季温度较高的施工环境,可以在混凝土泵送管上覆盖草苫等材料,并经常对泵送管喷水来降低管的温度。
  人工控制混凝土温度的施工措施,可以在大体积混凝土浇注体内埋设冷水管和风管,表面洒水冷却,这几步措施主要是针对后期混凝土而言,对于早期的大体积混凝土的养护用处不大。表面保温材料的铺设可以降低混凝土的内外温差,但不能有效阻止大体积混凝土内部热量的散失,因为内部的水化热是随着时间而逐渐散失出来的。人工控制大体积混凝土温度尚需注意防止混凝土的“超冷”以及“过速冷却”,过速冷却可以使混凝土冷却速度加快,早期快速冷却严重影响水泥胶体的水化程度以及早期强度,对混凝土强度不利,甚至产生早期裂缝。超冷是说明大体积混凝土温差过大,会引起温度裂缝,综上,大体积混凝土的浇筑尽量安排在夜间实施,这样可以使混凝土的初凝温度控制在合理范围之内。大体积混凝土的保温保湿养护持续时间不得小于14天,还应经常性检查塑料薄膜以及养护液涂层的完整情况,来保持混凝土表面的湿润。
  为了减少大体积混凝土的裂缝的发生,超长、大体积混凝土还应该根据情况留置变形缝、后浇带或者采取跳仓法等施工方案来控制结构不出现有害裂缝。另外大体积混凝土浇筑宜采用二次振捣的工艺,浇筑面应及时进行二次抹压处理,减少表面收缩裂缝。
  大体积混凝土表面出现裂缝是一种比较普遍的现象,在一定程度上不能完全避免。但是裂缝的出現不仅会影响到建筑物的美观、结构的整体性和刚度,还会引起钢筋的锈蚀,加速混凝土的碳化,降低混凝土的使用耐久性和抗疲劳、抗渗能力,给人们的使用带了极大的不便。因此我们要通过上述方法尽量避免裂缝的出现,当混凝土裂缝出现时,一定要采取相应的处理措施将其控制在质量允许的范围内,消除安全隐患,给人们的生产生活带来方便。
  
  【1】 车永鑫 论大体积混凝土温控施工现场监测及养护工作【J】民营科技,2012,07
  【2】 何金标 大体积混凝土施工裂缝控制 【J】价值工程,2011,03
  【3】 王明生 钢筋混凝土片筏基础施工温度裂缝控制 【J】科技创新导报杂志,2008,03
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