大體積高性能混凝土施工控制技術(shù)

1、大體積高性能混凝土施工控制技術(shù)（中鐵十四局 蘇磊 時小榮）摘要：本文簡要分析了大體積高性能混凝土施工過程中常遇到的問題，并結(jié)合工程實例，提出從原材料及配合比、澆筑過程控制和養(yǎng)護及溫度監(jiān)控幾個方面采取相應(yīng)措施來控制大體積高性能混凝土的施工質(zhì)量。關(guān)鍵詞：大體積混凝土 高性能混凝土 施工質(zhì)量 控制措施1 概述隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，以耐久性為核心的高性能混凝土已經(jīng)在工程上開始規(guī)模應(yīng)用。當(dāng)前，我國正在進行大規(guī)模的鐵路工程建設(shè)，若在鐵路工程能夠大量應(yīng)用高性能混凝土來建設(shè)，則能夠避免若干年后要花費巨資維修或更換過早產(chǎn)生劣化的混凝土結(jié)構(gòu)，從而節(jié)約國家有限的資源，也符合節(jié)能、綠色環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。為確

2、保高性能混凝土能夠發(fā)揮其高耐久性的特點，必須嚴(yán)格控制施工過程，根據(jù)環(huán)境特點制定詳細的施工方案。按照工程結(jié)構(gòu)使用年限級別的不同，驗證結(jié)構(gòu)長期使用性漫長。這就向施工單位提出了耐久性混凝土施工質(zhì)量控制與施工質(zhì)量保證的具體措施與要求。國內(nèi)通常把結(jié)構(gòu)厚度大于1m的稱為大體積混凝土。大體積混凝土承受的載荷巨大，結(jié)構(gòu)整體性要求高，如大型設(shè)備基礎(chǔ)、高層建筑基礎(chǔ)底板和橋涵基樁承臺等。一般要求混凝土整體澆筑，不留施工縫。在混凝土澆筑早期，受水泥水化熱影響，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，易產(chǎn)生有害的溫度裂縫。2 大體積高性能混凝土施工的主要問題（1）拌和物穩(wěn)定性：高性能混凝土的生產(chǎn)工藝與普通混凝土生產(chǎn)工藝基本一樣，所不同的是

3、混凝土配合比設(shè)計技術(shù)路線和考慮的因素結(jié)果較多。在理念上發(fā)生顯著的變化，高性能混凝土不僅僅是物理性、力學(xué)性還有它的理化性質(zhì)的要求。所以在混凝土生產(chǎn)控制上必須有嚴(yán)格的程序化、標(biāo)準(zhǔn)化，強化生產(chǎn)監(jiān)控。對人員設(shè)備措施提出了新的要求和手段。（2）結(jié)構(gòu)成型與澆筑：對于泵送施工坍落度要求較大的混凝土常見的泌水、泌漿現(xiàn)象不管是普通混凝土還是高性能混凝土都是很難避免的。結(jié)構(gòu)物的不同，結(jié)構(gòu)物所處位置的不同，施工工藝都會有差異。如水下混凝土基樁，地表構(gòu)造物，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)物等，除水下混凝土基樁外，混凝土施工是分層分段澆筑，使混凝土上下澆筑層施工間隔時間較長，各分層之間產(chǎn)生泌水層，導(dǎo)致混凝土層間粘結(jié)力降低。所以在配合比設(shè)計

4、時在滿足結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工要求的同時應(yīng)盡量降低單方混凝土用水量，盡量選用較低的砂率以及膠凝材料中的水泥用量。（3）干燥收縮與裂縫：混凝土硬化后，內(nèi)部的游離水會由表及里逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土相應(yīng)地產(chǎn)生干燥收縮。在約束條件下，收縮變形導(dǎo)致的收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土就會出現(xiàn)由表及里的干燥收縮裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力。（4）混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后的溫度與裂縫：混凝土中水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出約502J的熱量，如果以水泥用量350-550kg/m3來計算，按照理論計算每m3混凝土將放出17500-27500kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，在澆筑溫度的基礎(chǔ)上，通常升高35

5、左右，如果澆筑溫度為28，則混凝土內(nèi)部溫度將達到65左右，但是在實際施工過程中實際溫度往往高于理論計算值。所以混凝土配合比設(shè)計時應(yīng)考慮摻加摻和料來降低混凝土中水泥水化工程產(chǎn)生的熱量，緩解水泥水化速度，降低水泥水化溫度的峰值。如果沒有配合比的降溫技術(shù)路線，沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內(nèi)部的溫度會高出許多?；炷羶?nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后的3-5d，因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度高，表面溫度低，形成溫度梯度，造成變形和溫度應(yīng)力，當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫。初期出現(xiàn)的裂縫很細，隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴大，甚至達到貫穿的情況。（5）施工冷縫：因為大

6、體積混凝土的澆筑量大，在分層澆筑中，前后分層澆筑的時間間隔時期沒有控制在混凝土的初凝之前，遇到了停電，停水及其它惡劣氣候條件等因素的影響，致使混凝土不能連續(xù)澆筑而出現(xiàn)冷縫。（6）混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性：混凝土產(chǎn)品是多種材料拌合后的產(chǎn)物，要達到結(jié)構(gòu)物設(shè)計的使用年限，應(yīng)考慮混凝土中或外界環(huán)境中氯鹽引起的鋼筋銹蝕，炭化引起的鋼筋銹蝕，混凝土骨料中潛在的有害物質(zhì)引起的理化反應(yīng)，這些因素都會縮短混凝土結(jié)構(gòu)物的使用年限。3 武廣客運專線XXTJ標(biāo)段大體積高性能混凝土施工質(zhì)量控制措施3.1原材料及配合比設(shè)計（1）水泥：在大體積混凝土中混凝土的溫升主要是由于水泥的水化放熱引起的，因此為了避免溫升引起裂縫的產(chǎn)生，優(yōu)

7、選水泥成為大體積混凝土施工中最為關(guān)鍵的一步。優(yōu)先采用水化熱較低的水泥，如大壩水泥、礦渣水泥、粉煤灰水泥或采用PO型水泥摻加礦物摻合料等，以達到降低水化熱的目的。（2）礦物摻合料：在保證混凝土強度的前提下，應(yīng)該盡可能摻加礦物摻合料，適量的摻合料既能降低水化熱的產(chǎn)生，還能夠提高拌合物的和易性和抗離析能力。摻合料優(yōu)先選用粉煤灰，因為粉煤灰主要是由海綿體和鋁硅酸鹽下班微珠礦物組成，這些玻璃呈圓球狀，表面光滑，粒度小，質(zhì)地致密，比表面積小，能與集料的接觸點起軸承效果，使混凝土的流動性提高。同時，粉煤灰顆粒比水泥小，均勻分布在水泥顆粒之中，能產(chǎn)生出更多的漿體來潤濕集料顆粒，阻止水泥顆粒粘聚，改善混凝土的粘

8、聚性，減少離析，而且摻加適量的高效減水劑和粉煤灰能有效抑制堿骨料反應(yīng)。但應(yīng)選用含鈣量低，品質(zhì)穩(wěn)定，來源均勻、固定的粉煤灰，其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標(biāo)準(zhǔn)和客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件要求。（3）粗骨料應(yīng)選用級配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅固、溫度線性膨脹系數(shù)較小的粗骨料，以減小溫度帶來的體積不穩(wěn)定性和最大限度地減小用水量和漿體量提高混凝土的強度和耐久性。其指標(biāo)應(yīng)符合鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標(biāo)準(zhǔn)和客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件要求。(4)細集料：宜采用級配合理、質(zhì)地均勻堅固、吸水率低、空襲率小的潔凈天然中粗河沙，其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標(biāo)準(zhǔn)和客

9、運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件要求。（5）外加劑：應(yīng)摻加適當(dāng)?shù)母咝p水劑，外加劑的摻量、品種對混凝土水化速度有很大的影響。合適的高效減水劑和合適的摻量既能減少水泥用量、降低水灰比水膠比，減少混凝土的干縮，還能延緩水化熱的釋放。3.2澆筑過程大體積混凝土的澆筑應(yīng)在一天中氣溫較低時進行，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的環(huán)境情況制定詳細的澆筑方案，一般來說應(yīng)采取下列措施來控制溫升。 在澆筑過程中下料不宜過快，避免混凝土堆積，采用分層斜面澆筑法，分段分層，逐層向前推進。根據(jù)施工進度要求，控制澆筑層厚度和進度，以利散熱。 澆搗時嚴(yán)格控制振搗棒插入深度及振搗時間，振搗棒要求，快插慢拔，確?；炷翝矒v密實，同時也不能過振，以氣

10、泡不上升，表面呈現(xiàn)浮漿、平整和混凝土不再沉落為準(zhǔn)，防止過振后混凝土表面漿體過多出現(xiàn)收縮裂縫。 混凝土振搗后，在混凝土收水初凝前，用木蟹壓實抹干，終凝前再用鐵板壓光一遍，閉合收縮裂縫。 預(yù)埋冷卻水管，用循環(huán)水降低混凝土溫度，進行人工導(dǎo)熱。3.3養(yǎng)護 為防止混凝土內(nèi)外溫差過大，混凝土的養(yǎng)護應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的施工情況和環(huán)境氣味采取相應(yīng)的措施。夏季施工混凝土的養(yǎng)護關(guān)鍵是減少表面水分的蒸發(fā)，可采用的措施有蓄水法、覆蓋草簾、塑料膜、按時噴水等方法。對冬季施工混凝土，防止裂縫的關(guān)鍵就是保溫，二次抹平后在混凝土表面覆蓋塑料薄膜一層，再覆蓋草包進行養(yǎng)護，草包厚度根據(jù)測溫情況及時調(diào)整。養(yǎng)護時要保持混凝土表面適宜的潮濕條

11、件，以防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫。3.4溫度監(jiān)控（1）為了能實時了解混凝土內(nèi)外溫差的變化，應(yīng)在混凝土的內(nèi)部不同的部位設(shè)溫度傳感器，以便掌握混凝土內(nèi)部的溫度分布。（2）測溫時間：混凝土澆筑完畢即進行測溫，混凝土升溫階段每2h-4h測溫1次；混凝土降溫階段每6h測溫一次。4 工程實例4.1工程概況 中鐵十四局承建武廣客專XXTJ標(biāo)夏家沖特大橋樁基承臺，設(shè)計尺寸為7.5m7.5m4.45m，澆筑方量約250m3，混凝土強度等級為C30。4.2配合比的選擇：水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，粗集料采用5-16mm和16-31.5mm兩級配組成的5-31.5mm連續(xù)級配花崗巖碎石，細骨料選用細度模數(shù)

12、2.9，含泥量0.6的湘江河砂。摻合料為級粉煤灰。根據(jù)設(shè)計強度及泵送坍落度要求，確定混凝土配合比為：水泥273kg，河砂801kg，石子1061kg，水145kg，粉煤灰117kg，外加劑3.12kg，坍落度15-18cm。拌合物性能、力學(xué)性能及耐久性能試驗結(jié)果詳見下表。拌合物性能、力學(xué)性能及耐久性能試驗結(jié)果坍落度(mm)常壓泌水率(%)容重(kg/m3)含氣量(%)抗壓強度(MPa)電通量(C)初始0.5h1h3d7d28d56d28d56d180170155024103.4829.533.547.953.611085614.3澆搗措施采用一臺泵車分塊分層澆筑的方案，將承臺街面分成四塊，循環(huán)

13、澆筑，每層厚度控制在50cm左右。振搗采取邊澆邊振的方案，以使混凝土能夠均勻的填充各個部位。4.4養(yǎng)護措施大體積混凝土的養(yǎng)護，關(guān)鍵就是保溫和保濕，盡最大可能控制混凝土內(nèi)外溫差，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。本工程采用濕麻袋加塑料薄膜的復(fù)合養(yǎng)護方法，麻袋的作用主要是保溫，塑料薄膜則能夠防止水分散失，較好的滿足了大體積混凝土的養(yǎng)護要求。4.5溫度監(jiān)控本工程采用溫度傳感器聯(lián)全自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得自動測溫方法。測溫點分別安放在混凝土的上、中、下及混凝土表面共四個溫度傳感器。根據(jù)測溫曲線反應(yīng)，溫度變化基本呈拋物線分布，約5d左右混凝土內(nèi)部溫度達到峰值63，前7d溫差始終保持在10-20左右，7 d后溫差始終保持在7-10左右，說明溫差控制理想。溫差突變上升段約在混凝土澆筑后24h產(chǎn)生，突變下降段約產(chǎn)生于110h左右，約170h左右以后溫度差趨于平緩，約在5-7左右。本工程混凝土養(yǎng)護期滿后，通過檢查，混凝土內(nèi)實外光，質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，說明采取的措施起到了良好的效果。4.6混凝土技術(shù)指標(biāo)結(jié)果夏家沖特大橋樁基承臺拌合物性能、力學(xué)性能及耐久性能試驗結(jié)果坍落度(mm)常壓泌水率(%)容重(kg/m3)含氣量(%)抗壓強度(MPa)電通量(C)3d7d28d5