由姜唐湖退水闸施工浅析大体积混凝土的施工管理

来源:用户上传      作者: 陈 伟

　　摘要：姜唐湖退水闸工程共16孔，每孔净宽10m，采用钢筋混凝土开敞式结构。是国家大11型工程，砼及钢筋砼工程实际完成工程量为50225m3，现根据现场施工及管理经验浅谈一下大体积混凝土施工管理。
　　
　　1.大体积混凝土的定义
　　
　　一般认为混凝土的最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采取相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。在实际施工中，有些结构的几何尺寸并不大，但受到的外界约束却很大，也要避免出现温度裂缝。这样定义大体积混凝土虽然没有具体尺寸大小的概念，但实际上已包括现浇混凝土中各类建筑和构筑物的大型基础与结构。
　　
　　2.产生裂缝的原因
　　
　　产生裂缝有多方面原因，如约束情况、周围环境温度，混凝土的均匀性、分段的适宜性、浇筑形式、原材料质量、地基风度、变形等。但产生裂缝的主要原因有3种：一是由外荷载引起的，二是结构次应力引起的裂缝；三是变形应力引起的裂缝，是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形。大体积混凝土的裂缝情况比较复杂，但温度应力引起的裂缝是重要因素之一。因此，施工时出严格控制温度变化及配合比，保证混凝土质量均匀、振捣密实、及时养护保温等，是大体积混凝土施工中应重点解决的问题。
　　
　　2.1　影响混凝土温度上升的因素
　　2.1.1　单方水泥用量
　　大体积混凝土内部的温度上升，主要是由于水泥水化热蓄积造成的。因此，在配制大体积混凝土时，应尽可能减少单方水泥用量。经验认为，单方水泥用量每减少10kg混凝土内部温度可降低10C。因此，可采用加大粗骨料最大粒径、降低施工坍落度及采用减水剂等方法达到降低单方水泥用量的目的，同时应尽可能采用早期水化热低的水泥。但由于姜唐湖退水闸工程的混凝土总量较大(约50000m3)，故现场混凝土设计混凝土强度等级最好不以28d为准，应在工程允许的情况下，适当延长。这样还可以进一步降低单方水混用最。
　　
　　2.1.2　混凝土浇注温度
　　混凝土浇筑温度也应严格控制，混凝土浇筑温度越易加快水泥水化，一般浇筑温度每提高10OC，混凝土内部温度约多上升30C～50℃混凝土浇筑温度100C时较多300C时，其早期混凝土内部温度相差很大。因此，《规范》规定；大体积混凝土的浇筑温度不得高于250C。姜唐湖退水闸大体积混凝土施工时采用洒水法降低骨料温度，以及采取将冰泡在水中降低水温的方法，降低混凝土的出机温度。
　　2.1.3　混凝土比表面积
　　混凝土结构物不断从表面散发热量，随结构物的形状、尺寸不同，其散热情况也不同，从而影响混凝土内部的最高温度区和热量分布状况。另外形成大体积混凝土温度裂缝的原因还有内部约束力和外部约束力，结构物部件即使没有外部约束，其本身也由于内部和表面温度的差异而产生应力，称为内部约束应力。当混凝土浇筑后由水泥水化热而产生的温度中心部较表面为高，中心部的热膨胀也较表面为大，因而在中心产生压应力而表面则产生拉应力。应力的计算曾有多种方案，当假定温度分布曲线为抛物线时，表面拉应力σ1可按下式计算：σ1=2/3E1α△T1式中α为线膨胀系数； El为混凝土的弹性模量；△TI为混凝土部件中心温度和表面温度差。
　　2.1.4　外部约束力
　　另外，大体积混凝土结构物因温度而发生变形时，外部有一种约束其变形的力量，此应力称为外部约束应力。当混凝土部件无外部约束时，其受热部位可自由膨胀，故不产生约束应力。当混凝土与地基或旧混凝土浇注在一起时，在温度变化时，其膨胀部位受到约束应力，若拉力超过混凝土的抗拉强度则出现垂直裂缝。
　　
　　3.高质量的思路
　　
　　裂缝控制成为保证混凝土的结构质量的一项重要内容。工程设计者偏重于研究使用荷载下的裂缝问题，而施工人员主要研究施工过程中非荷载引起的裂缝。从时间角度看，混凝土结构可分为两个阶段，即施工阶段和使用阶段，混凝土主要的裂缝是由结构承受荷载而引起，而在施工阶段，混凝土主要裂缝是由某种约束变形作用引起。
　　
　　3.1　混凝土施工期裂缝控制概念
　　失水收缩和温度变化引起的约束变形是大体积混凝土产生裂缝的根本原因。在施工期，混凝土结构承受了大幅度的失水和温度变化作用，必须采用系统的方法控制裂缝的出现。
　　
　　3.2　混凝土施工期裂缝分类
　　3.2.1　按混凝土硬化过程中的物理变化特征分：以失水收缩作用为主产生的裂缝；以温度变化作用为主的裂缝；以失水收缩和温度变化共同作用产生的裂缝。按与钢筋的相对位置分：垂直于钢筋的裂缝和平行干钢筋的裂缝。裂缝与钢筋的相对位置影响钢筋的锈蚀程度，如：沿钢筋纵向裂
　　3.2.2　按裂缝形状可分为表面裂缝和贯穿裂缝。
　　3.2.3　按产生裂缝时混凝土状态分为塑状混凝土裂缝和硬状混凝土裂缝。
　　
　　3.3　混凝土施工期温差分类
　　控制温差是控制混凝土施工期裂缝的一个重要手段，为有效地控制温差。首先，以考虑和不考虑时间因素分类，可分为共时温差和历时温差，这是两类性质不同的温差。共同温差指在同一时间结构内任意两点温差值；历时温差指同一结构任意两个时间的温差值。其次，以气温变化各件将历时温差分为昼夜温差、同期温差和季节温差，然后以空间坐标为条件将共时温差分为内外温差、龄期温差、体积温差和位置温差。
　　
　　3.4　凝土施工期裂缝控制的思路
　　从强度方面分析，混凝土出现裂缝时作用产生的拉应力大干混凝土的实际抗拉强度，亦即要使混凝土不产生裂缝就要使作用产生的拉应力小于混凝土的实际抗拉强度。
　　
　　4.避免或减小裂缝采取的控制措施
　　
　　4.1　原材料
　　姜唐湖退水闸选用低水化热的东关水泥并控制水泥用量。大体积混凝土的开裂归根到底是由于水泥水化热引起的内部升温而成，在确定混凝土的配合比之前，应该首先选用低水化热水泥并采取措施降低水泥用量，以降低水泥水化热。
　　选用对混凝土抗裂有利的骨料。应优先选用碎石，在选择碎石骨料时，要注意排碱骨料。
　　严格控制含泥量，骨科中所含的泥质会增加混凝土的收缩，对混凝土的抗裂性能极其不利，必须严格控制。大体积混凝土砂石含泥量尽可能控制在1％以内。姜唐湖退水闸工程在原材料的货源选择、运输过程控制、现场材料管理、人机沙石标准均有较严格的管理制度，并有专职质捡及实验人员监督。
　　
　　4.2　配合比
　　降低用水量，控制水灰比。
　　使用连续级配。颗粒必须符全连续级配范围的规定。
　　保证和易性。保证施工操作需要的塌落度，不能无原理地降低水灰比和减少水泥用量。调整混凝土的和易性指标应主要靠外加剂来解决。
　　姜唐湖退水闸掺用的外加剂主要选用高效缓凝早强型的减水剂，并掺适量优质粉煤灰。
　　
　　4.3　温度控制及温度应力控制
　　姜唐湖退水闸从选取浇筑混凝土的环境气温，调整混凝土的入模温度，各种材料初始温度各原材料用量以及采取措施防止水分过快地蒸发掉等进行控制。在混凝土浇灌之前先对混凝土温度及温度应力进行计算，以确保混凝土的施工质量。当计算出的温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就要采取措施调整混凝土入模温度、减少水化热温度值、降低内外温差、改善混凝土性能、提高抗拉强度、改善约束条件等措施、使应力保持在允许范围内，并且在混凝土浇筑后延长坼摸时间，加强养护，用草帘、塑料薄膜等覆盖保水。
　　
　　4.4　施工工艺控制
　　施工工艺对保证质量是相当重要的，保证全部混凝土的生产均匀水平和浇筑速度是两个最重要的内容。混凝土生产水平高低的主要指标是强度标准差，它的值越小，说明混凝土的生产水平越高。但对于大体积混凝土来说，除控制标准差外，还要严格控制和易性。保持一定的混凝土浇筑速度，对于防止混凝土早期开裂是非常重要的。一方面要采取掺加外加剂手段尽量延缓混凝土的凝结时间，一方面混凝土浇灌缩短完成时间，但要注意混凝土缓凝时间过长将会对早期强度发展不利，而早期强度恰恰是防止开裂所需要的，所以缓凝和早强必须二者兼顾。
　　
　　5.结束语
　　
　　当然，大体积混凝土施工是一个综合的系统性工程，从姜唐湖退水闸大体积混凝土施工的经验可知，除了方案可靠、方法正确、组织周密合理，还要有强有力的组织保证和严格的制度基础，这样才能避免或减少温度裂缝和施工冷缝的发生。

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