大體積混凝土承臺(tái)溫度裂縫控制技術(shù)_第1頁(yè)
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PAGEPAGE9XX公路大大體積混凝土承臺(tái)溫度裂縫控制技XX項(xiàng)目經(jīng)理部【摘要】XX公路大橋主橋主墩、次主墩的四個(gè)承臺(tái)均為大體積混凝土基礎(chǔ),本文主要以8#次主墩承臺(tái)為例,介紹了大體積混凝土施工中采取的溫度控制措施,并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)溫控效果進(jìn)行了分析,實(shí)踐證明施工中所采取的措施是有效的。1工程概況XX公路大橋全長(zhǎng)2743.1m,主橋上部結(jié)構(gòu)為(116+200+220+200+116)m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)結(jié)合梁。9#、10#主墩承臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸為25.9m(橫橋向)×25.9m(順橋向)×5.0m(厚度),砼3354.059m3;8#、11#次主墩結(jié)構(gòu)尺寸為25.9m(橫橋向)×22.0m(順橋向)×5.0m(厚度),砼2849m3;根據(jù)設(shè)計(jì)及業(yè)主要求,整個(gè)承臺(tái)混凝土一次灌注,屬于典型的大體積混凝土施工。次主墩8#承臺(tái)位于黃河岸灘上,為左右幅整體式基礎(chǔ),其下布設(shè)42根φ1.5m,長(zhǎng)度為108m鉆孔灌注樁;原地面標(biāo)高為9.0m,原地面以下2.5m左右開(kāi)始出現(xiàn)飽和液化砂土,地質(zhì)條件較差。2大體積混凝土溫度裂縫理論分析及溫控標(biāo)準(zhǔn)2.1溫度裂縫理論分析由于水泥的水化熱作用,混凝土澆注后要經(jīng)歷升溫期、降溫期和溫度穩(wěn)定期三個(gè)階段。升溫階段,水泥產(chǎn)生的水化熱大量的聚集在混凝土內(nèi)部不易散發(fā),內(nèi)外溫差使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,外部產(chǎn)生拉應(yīng)力,若大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力時(shí)就有可能產(chǎn)生裂縫;降溫階段,新澆混凝土受內(nèi)部鋼筋、封底混凝土及樁頭約束而不能自由收縮,此時(shí)彈性模量相對(duì)較低,若降溫梯度過(guò)大就容易產(chǎn)生較大的溫度拉應(yīng)力,當(dāng)該拉應(yīng)力大于相應(yīng)齡期的混凝土容許拉應(yīng)力時(shí),也容易產(chǎn)生溫度裂縫,因此控制溫差盡量降低溫度梯度是保證不產(chǎn)生裂縫的根本。2.2混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算一般可采取下式近似計(jì)算大體積混凝土內(nèi)部最高溫度:――――――――式一式中:T0:混凝土入模溫度,以混凝土澆注時(shí)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為準(zhǔn);W:每方水泥用量(kg/m3);θ0:水泥28天水化熱,本工程選用山東鋁業(yè)公司低堿P·O32.5R水泥,通過(guò)試驗(yàn)28天水化熱為350J/g;C:混凝土比熱取0.98KJ/kg·℃;ρ:混凝土的密度(由配合比確定);ξ:不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)(參考相關(guān)資料),當(dāng)厚度大于4.0m時(shí)ξ=1.0m;混凝土平均入模溫度為23℃時(shí),將以上數(shù)據(jù)代入式一,計(jì)算8#墩承臺(tái)中心點(diǎn)的最高理論溫度為65℃。2.3溫度控制標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮混凝土的入模溫度、混凝土水化熱的發(fā)展變化規(guī)律、養(yǎng)護(hù)條件、通水散熱等因素,制定了以下混凝土的溫控標(biāo)準(zhǔn):(1)混凝土的內(nèi)表溫差不超過(guò)25℃;(2)拆模時(shí)內(nèi)外溫差小于25℃;(3)最大降溫速率要小于2.0℃/d;3大體積混凝土溫度控制措施通過(guò)對(duì)大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)理分析,我們主要從降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、通水散熱、混凝土養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)格控制拆模時(shí)間等幾方面做好混凝土溫度控制工作,確保內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi),盡量降低混凝土內(nèi)部溫度的升降速率。3.1混凝土配合比設(shè)計(jì)為降低水化熱,同時(shí)滿足混凝土防腐、抗凍、泵送的設(shè)計(jì)要求,摻加了一定量的礦物質(zhì)超細(xì)粉,等量取代水泥;摻入一定量的高效緩凝減水劑,改善了混凝土的和易性,減少拌合用水量,降低水灰比,同時(shí)推遲了混凝土溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間,相應(yīng)的提高了同齡期的容許拉應(yīng)力。粗骨料選用連續(xù)級(jí)配石子,細(xì)骨料選用中砂,施工中嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料的含泥量<1.5%,以提高混凝土的均勻性,增加抗裂能力。水泥選用山東鋁業(yè)公司P·O32.5R低堿普硅水泥,水泥中嚴(yán)格控制C3A含量小于6%,堿含量小于0.6%。經(jīng)過(guò)多次試配,混凝土配合比優(yōu)選如表一:表一設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C300水泥(kg)超細(xì)粉(kg)砂子(kg)碎石(kg)水(kg)外加劑(kg)每m3用量2919775511321557.372混凝土主要性能指標(biāo)見(jiàn)表二:表二設(shè)計(jì)坍落度(ccm)初凝時(shí)間(h)終凝時(shí)間(h)抗壓強(qiáng)度(MPPa)56天導(dǎo)電量(庫(kù)侖)7天28天14~18162031.541.6645.73.2合理的布置散熱及測(cè)溫系統(tǒng)3.2.1散熱管的布置共設(shè)置4層直徑50mm的散熱管,豎向?qū)泳?.0m,每層水平間距1.5m,具體布置見(jiàn)圖一。散熱管采用耐腐蝕的鍍鋅鋼管,與鋼筋一起綁扎。在使用前要求通水進(jìn)行密閉性試驗(yàn),防止管道在焊接接頭位置處漏水或阻塞。通水散熱后對(duì)散熱管作壓漿處理。3.2.2測(cè)溫設(shè)備為提供可靠的數(shù)據(jù)控制混凝土內(nèi)外溫差,考慮承臺(tái)平面對(duì)稱性,在承臺(tái)平面1/4位置及對(duì)角線上布置溫度應(yīng)變片,用溫度顯示儀采集數(shù)據(jù)。(測(cè)點(diǎn)布置與編號(hào)見(jiàn)圖一)采集的數(shù)據(jù)主要包括不同施工時(shí)段的入模溫度、每個(gè)溫度應(yīng)變片處混凝土不同齡期溫度、草袋內(nèi)溫度、外界氣溫、散熱管進(jìn)出水溫度。3.2.3通水散熱承臺(tái)基坑的頂部和底部各放置一個(gè)6m3水箱,利用高差形成的勢(shì)能完成水循環(huán)。進(jìn)出水管之間用塑料管連接,在散熱管的每個(gè)出水口設(shè)置一閥門控制流量。當(dāng)混凝土澆注至該層散熱管標(biāo)高時(shí),即通水散熱,單根散熱管流量按不小于1.5m3/h控制,通水時(shí)間不小于12天。3.3混凝土施工為確保大體積混凝土施工質(zhì)量,保證施工連續(xù)進(jìn)行,提高混凝土的均勻性和抗裂能力,在混凝土施工前從原材料的儲(chǔ)備、施工機(jī)械和人員的配置到施工前的技術(shù)交底都做了充分的準(zhǔn)備?;炷潦┕?yán)格按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)中的相關(guān)要求進(jìn)行,并特別注意了以下幾個(gè)方面的工作:(1)因承臺(tái)面積較大,施工中采用三臺(tái)布料桿分三區(qū)進(jìn)行,每區(qū)按一定的厚度、順序和方向分層進(jìn)行澆注,每層的澆注厚度不大于50cm,相鄰兩區(qū)的交界處要注意振搗,防止出現(xiàn)漏振。混凝土的澆注順序?yàn)樽远丈眍A(yù)留鋼筋位置向外澆注,主要目的是保證墩身附近處混凝土的質(zhì)量,在澆注過(guò)程中要防止承臺(tái)邊部浮漿太多,造成表面收縮裂縫。(2)混凝土澆注時(shí)間長(zhǎng),隨著外界氣溫的變化和施工現(xiàn)場(chǎng)原材料含水量的變化要不斷調(diào)整水灰比,盡量使混凝土的坍落度均勻一致,保證混凝土的和易性。(3)因是泵送混凝土配合比,施工中會(huì)產(chǎn)生一定量的泌水和浮漿,為此在模板的一側(cè)設(shè)置了預(yù)留孔,可以隨時(shí)將泌水及浮漿排出,提高了混凝土的密實(shí)性。(4)因承臺(tái)鋼筋密集,采用不同長(zhǎng)度的直徑200mm的鋼管作為導(dǎo)管將混凝土送入模板內(nèi)部,保證混凝土下落高度小于1.5m,不產(chǎn)生離析現(xiàn)象,而且避免了鋼筋的污染。(5)嚴(yán)格控制混凝土施工結(jié)束時(shí)間。因承臺(tái)的面積較大,表面收光需要的時(shí)間較長(zhǎng),若混凝土在白天氣溫較高時(shí)結(jié)束,因混凝土初凝時(shí)間短,且表面的的水分散發(fā)較快,在表面容易產(chǎn)生收縮裂紋,因此將混凝土的結(jié)束時(shí)間控制在下午4:00以后。3.4養(yǎng)護(hù)措施養(yǎng)護(hù)主要是起到保濕和保溫作用,保溫的主要目的是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散,降低表面的溫度梯度,防止產(chǎn)生表面裂縫;保濕的主要目的是防止混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫。混凝土澆注前即用一層毛氈外加兩層草袋將側(cè)面模板覆蓋,降低混凝土的內(nèi)外溫差,起到良好的保溫效果。為使表面覆蓋層起到良好的保溫和保濕效果,8#墩承臺(tái)混凝土施工完畢后,在最后一層混凝土終凝前即用一層毛氈外加兩層草袋覆蓋。并堅(jiān)持在草袋表面灑水保濕,使表面覆蓋層始終處于濕潤(rùn)狀態(tài),但不使草袋處于飽水狀態(tài),以免失去保溫作用。3.5嚴(yán)格控制拆模時(shí)間根據(jù)測(cè)量的混凝土內(nèi)部溫度與外界氣溫的差值來(lái)決定拆模時(shí)間,若兩者溫差大于25℃,則不能拆模,繼續(xù)通水散熱;直至外界氣溫與混凝土內(nèi)部溫差小于25℃時(shí)才可拆模。4溫控結(jié)果分析4.1溫度場(chǎng)分布根據(jù)測(cè)量收集的數(shù)據(jù)對(duì)混凝土總體溫度變化過(guò)程分析:混凝土入模12小時(shí)內(nèi)升溫迅速,溫升接近25℃;三天后內(nèi)部最高溫度達(dá)到62℃的峰值(與理論計(jì)算的基本相符),隨后溫度開(kāi)始下降,下降梯度為1.8℃/d;十天后,溫度梯度線趨于平緩。自澆注開(kāi)始至拆模,共通水散熱18天。拆模時(shí)外界氣溫24℃,承臺(tái)中心處最高溫度為48.8℃,距離承臺(tái)外邊緣0.5m處的測(cè)點(diǎn)的平均溫度為31.01℃,拆模時(shí)滿足內(nèi)外溫差小于25℃要求。圖二圖三溫度沿高度方向上,在承臺(tái)中心偏下位置溫度最高,沿此點(diǎn)向兩邊逐漸降低,在距離頂面1m范圍內(nèi)溫度梯度最大,底面由于封底混凝土的保溫效果好,溫度下降較慢。沿水平方向,從承臺(tái)中心到邊緣,溫度逐漸下降。圖二反映了同一豎直面上不同高度溫度場(chǎng)的分布情況,圖三反映了設(shè)置在承臺(tái)對(duì)角線上距離承臺(tái)上表面3米高度處的溫度—-時(shí)間曲線,圖二、圖三中點(diǎn)的編號(hào)和圖一中的編號(hào)相一致。4.2保溫效果分析從測(cè)量的草袋內(nèi)外溫度分析:一層毛氈和兩層草袋起到了良好的保溫效果,保溫一般在8℃左右,減少了內(nèi)表溫差,具體典型數(shù)據(jù)見(jiàn)表四:表四日期測(cè)量時(shí)間草袋內(nèi)空氣溫度度(℃)草袋外溫度(℃℃)溫差(℃)5-1221:4025.017.08.05-138:3031.5247.55-144:4032.8257.85-156:0033.625.38.35-173:1524.5177.54.3冷卻水管的降溫效果按一定的時(shí)間頻率測(cè)量進(jìn)出水口溫度,從直觀上反映了散熱管的降溫效果,表五是在承臺(tái)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到峰值時(shí)測(cè)量的進(jìn)出水溫?cái)?shù)據(jù)。散熱管進(jìn)出水溫溫度測(cè)量表表五日期時(shí)間進(jìn)水溫度(℃))出水溫度(℃))差值(℃)2003--55-147:1030.837.66.810:1031.136.75.617:1033.139.162003--55-158:003136.46.410:4532.437.65.214:1532.838.25.417:3035.540.75.2從上表數(shù)據(jù)可以看出,進(jìn)出水溫的差值平均在5.8℃,取得了較好的降溫效果。5結(jié)束語(yǔ)XX大橋主橋8#墩大體積承臺(tái)混凝土于2003年5月11日上午10時(shí)開(kāi)始澆注,5月13日下午5:00澆注完畢,歷時(shí)54個(gè)小時(shí),澆注混凝土2849m3。通水散熱18天后,拆模觀察:表面平整、光潔,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)溫度裂縫,證明采取的溫控措施是有效的。結(jié)合整個(gè)施工過(guò)程,得出以下結(jié)論供同類基礎(chǔ)施工借鑒:(1)完善的施工方案、充分的原材料準(zhǔn)備、合理的人員和機(jī)械設(shè)備配置是大體積混凝土順

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