客运专线大体积混凝土施工质量控制浅析

2012-07-02鞠兴华邱志军

长春工程学院学报（自然科学版） 2012年2期

关键词：温升水化体积

鞠兴华，邱志军

（1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000；2.中交隧道局二公司，西安710064）

0 引言

大体积混凝土施工过程中，因水泥水化热引起的温度差产生的温度应力易导致混凝土中产生裂缝［1］。裂缝产生有多方面的原因，如：约束情况、混凝土的均匀性、周围环境湿度、分段位置、结构形式等。

本文对大西客运专线施工过程中大体积混凝土的裂缝产生原因进行定性分析，将材料选择、施工工艺、操作要点和质量控制等内容明确化，为类似工程混凝土的浇筑提供参考。

1 大体积混凝土裂缝分析

1.1 定性分析

针对客运专线工程中大体积混凝土截面尺寸较大的特点，分析因外荷载或次应力引起裂缝的可能性很小。但正由于结构截面大，水泥水化时所释放的热量会引起较大的温度变化和收缩作用，由此造成的温度梯度收缩应力是导致客运专线大体积混凝土产生裂缝的主要原因［2］。裂缝分为2类：（1）表面裂缝。大体积混凝土刚浇筑完成后，由于内部与表面散热速率不一样，在其表面形成温度梯度，表面产生拉应力，内部产生压应力。而此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土抗拉强度，在混凝土表面产生裂缝。（2）贯穿裂缝。混凝土浇筑数天后，水化热基本已释放，开始进入降温阶段，逐渐出现收缩。加之混凝土在硬化过程中，内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，产生很大的拉应力，若拉应力超过混凝土此时的抗拉强度，会产生贯穿整个截面的裂缝，这种裂缝一般出现在混凝土浇筑后的第3～4天，贯穿裂缝对混凝土危害极大［3］。由此可见，降温与收缩的共同作用是导致混凝土开裂的主要因素。

1.2 依托工程混凝土中心温度的计算

混凝土的绝热温升很大程度上影响着水泥水化热引起的混凝土内部最高温度。根据依托工程的实际施工工艺参数，计算混凝土的绝热温升及中心温度，为大体积混凝土施工措施制定提供可靠参数。

绝热温升计算见式（1）：

依托工程的实际情况：每立方米混凝土的水泥用量W 为315kg／m3；每千克水泥28d的累计水化热Q0为46 0240J／kg；混凝土比热 C 为993.7J／（kg·K）；混凝土容重R 为2 400kg／m3；自然对数的底e取2.718。混凝土龄期、m值根据实际情况取值。计算的混凝土最高绝热升温值Tmax为60.79℃。

混凝土中心温度计算见式（2）：

其中，浇筑后第3天温度系数ζ为0.36。

混凝土的浇筑温度计算见式（3）：

由式（2）、式（3）计算可得，混凝土浇筑温度值为37.89℃；混凝土浇筑后第3天混凝土内部实际温升为59.77℃，比当时室外温度23℃高出36.77℃，大于温差控制要求的25℃，施工过程中必须采取相应的措施，防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝［4］。

1.3 依托工程温差应力的计算

温差应力的计算是为了验证由温差和混凝土收缩所产生的最大温差应力σmax是否超过当时混凝土的极限抗拉强度Rc［4］。

温度应力计算见式（4）：

依托工程混凝土28d时的弹性模量Ec为1.26×105MPa；混凝土的线膨胀系数α为1.0×10－5；工程厚板长度L为55.8m（取长度）；混凝土浇筑后第3天实际温升T3为59.77℃；应力松弛系数Ht为0.8；工程板厚度H 为1.26 m；混凝土板与支承面间滑动阻力系数Cx为30N／mm2。将工程数据代入式（4），可得σmax＝1.693MPa≤1.89MPa（混凝土3d龄期时的抗拉强度）。由此可知，依托工程大体积混凝土不会因降温收缩而引起收缩裂缝。

2 大体积混凝土的设计与施工

2.1 混凝土设计方案

2.1.1 合理设计混凝土的配合比

在保证混凝土工作性能良好的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。采用“三低（低砂率、低塌落度、低水胶比），一掺（掺高效减水剂），一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则［5］。针对工程实际和泵送施工工艺，根据理论计算和试验室试配结果，确定混凝土配合比为水∶水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂＝145∶315∶738∶1 203∶99∶4.14。考虑到泵送工艺，塌落度控制在14～16cm。

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2.1.2 混凝土试配试验

依托工程混凝土采用大型搅拌站供应的商品混凝土，要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配工作。

2.1.3 保温保湿养护措施

防止混凝土表面温度、湿度的过快损失，控制中心最高温度与表面温度之差不大于25℃，并有效控制混凝土早期产生的塑性收缩裂缝。混凝土表面覆盖物厚度计算见式（5）：

将依托工程数据代入式（5），计算的混凝土表面覆盖物厚度为2.55cm。现场采用两层塑料薄膜保温和铺一层麻袋的保温养护措施。同时根据测量值和温差及时调整，并备有一定数量的麻袋做温差变化应急措施之用，以调节降温速率。

2.2 混凝土施工方案

2.2.1 混凝土浇筑

浇筑时应采用“水平循环、斜面分层、一次到顶”的浇筑工艺。先在一个部位进行，直至达到设计标高，混凝土形成坡面自然流淌，然后在其坡面上连续浇筑，循序推进。这种浇筑方法能较好地适应泵送工艺，便于每车混凝土都浇筑在前一车混凝土形成的坡面上，确保上下层间隔时间不超过初凝时间6h。同时可解决频繁移动泵管的问题，缩短浇筑时间，也便于浇筑完的部位进行覆盖和保温［6］。

2.2.2 混凝土振捣

现场混凝土的振捣对混凝土的抗裂性至关重要，如不严格控制，容易产生过振引起混凝土的离析，粗骨料集中，底面和侧面表层砂浆减薄，表层的砂浆易产生龟裂、翻砂等缺陷。依托工程混凝土施工过程中保证每台泵车出灰口处配备4台插入式振动器，2台负责下部斜坡流淌处振捣密实，2台负责顶部混凝土振捣。先振捣卸料口，以使混凝土形成自然流淌，然后全面振捣，以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准，确保混凝土的连续浇注。

2.2.3 混凝土养护

浇注完成后应及时排除泌水，混凝土初凝前用刮尺赶平，用木抹子第一次抹面。由于混凝土塌落度较大，会在表面钢筋下部产生水分，或在表层钢筋上部的混凝土中产生细小裂缝，在混凝土初凝后和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施，闭合收水裂缝，随后立即在混凝土表面覆盖一层湿麻袋，麻袋表面再覆盖两层塑料薄膜，使混凝土蒸发的游离水积在混凝土表面进行保温养护。