大体积砼施工技术研究(最终版)

-1-1.绪论1.1课题研究的背景混凝土结构物出于种种原因，从施工开始到正常使用都会承受不同的温度作用，其中最不利的影响就是导致混凝土结构出现温度裂缝，据不完全统计，混凝土结构中的裂缝属于由于变形为主引起的约占80%左右，属于由荷载作用为主引起的约占20%左右，而在变形变化引起的裂缝中，温度变形是导致裂缝的主要原因。因此，对于大体积混凝土而言，更是慎之又慎。近年来，随着国民经济和工业与民用建筑物的发展，大体积混凝土施工工程也越来越多，施工中裂缝问题也是时有发生。产生裂缝的原因很多，究其实质，混凝土内外温差和收缩作用是引起裂缝主要的原因之一。水泥在水化过程中释放热量，每克水泥可产生500J左右热量，而在每方混凝土中增加1kg水泥，则水化热增加0.1℃左右。混凝土本身导热性能差，大体积混凝土因热量蓄集，绝热温升可达到70℃以上。当内外温差产生的温度应力和收缩应力超过混凝土自身的抗拉强度时，将导致裂缝现象的产生，影响结构物使用寿命。裂缝问题是混凝土质量控制的主题和难题，而对于本研究而言，能有效解决裂缝问题的出现。1.2确定研究方向大体积混凝土的最主要特点是以大区段为单位进行施工，且施工体积厚大，水泥水化作用所释放的大量热量，使混凝土内部温度逐渐升高，产生的内部热量又不易被导出，造成较大的内外温差，由于混凝土早期抗压强度低，弹性模量小，致使混凝土在冷却时发生裂缝，严重影响工程质量。为此，我公司依据现有技术规范，结合邢台钢铁路七里河大桥、青兰高速邯涉段12合同的大体积混凝土施工，确定了研究方向。本课题提出通过原材料的选用、配合比优化设计、质量控制措施等方法有效控制温度裂缝的产生，确保了工程质量，延长了结构物的使用寿命。1.3工作内容1.3.1以青兰高速邯涉段12合同南水北调台身大体积混凝土进行研究。对大体积混凝土所用原材料进行调查，做好试配工作，并优化配合比设计，为大体积混凝土施工奠定基础。1.3.2根据结构物尺寸、混凝土数量计算出水化热值，从而确定出冷却管尺寸和层数，为有效防制混凝土温缩裂缝做好充分的准备。研究确定大体积混凝土冷却-2-系统、测温系统所用材料，并进行模拟试验，使其达到既能降温又能控温的效果。1.3.3借鉴查阅有关大体积混凝土施工工艺及相关技术参数，咨询有关专家并认真听取他们的意见和建议，不断优化施工工艺。1.3.4做好结构物的长期观测工作，定期查看应用效果，为大体积施工总结经验，并予以改进完善。2.施工工艺研究2.1工艺原理从原材料选择入手，通过在配合比中添加高效缓凝减水剂和矿渣粉、粉煤灰等掺合料，从而减少单位水泥用量，有效降低混凝土水化热，推迟温峰出现，减少收缩，改善混凝土体积稳定性，提高结构物强度和抗渗性能。在施工过程中，控制一次浇注高度，及时采用冷却管控制温度和监控工作，减少混凝土内部温升，并保持养生期内适宜的温度和湿度，为大体积施工创造良好的环境条件。2.2确定生产工艺为解决大体积混凝土产生的水化热所导致的内外温差和收缩，防止混凝土温度应力裂缝和收缩裂缝等问题，现以青兰高速邯涉段12合同南水北调大桥台身为例，制定出大体积混凝土专项施工方案。2.3施工准备工作2.3.1测定浇筑混凝土的边线和高程点，并标在需浇筑混凝土的显著位置。核对永久性水准点，建立临时水准点。中心桩、方向桩及水准点均设置固定可靠的栓桩、栓点和明显标志。2.3.2选择具有同类工程施工经验的作业队伍进场，确保工程的顺利开工实施。并根据工程的特点和实际情况，确保工程施工人员充足，保证质量和工期。浇筑前，对所需施工机械及设备要提前进行通知、提前做好准备。2.3.3炎热的夏季，大体积混凝土的浇筑应在一天当中气温最低时进行，即尽可能安排在夜间。运输采用4辆混凝土罐车运输至施工现场，然后采用中联重科ZLJ5392-THD125型混凝土泵车进行泵送施工，该车每小时输送混凝土50m3，能够满足混凝土的施工要求。在进料口位置设置遮阳棚，泵管上用麻袋覆盖，并洒水降温。2.3.4为确保大体积混凝土施工质量，保证本次施工连续、顺利进行，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，施工中严格按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）-3-相关要求进行施工。1）采用拌合站集中拌合，严格按照配合比要求进行称量、拌合，确保混凝土良好的工作性能。现场安排专职试验人员进行坍落度检测，现场指挥人员指挥，确保混凝土浇筑连续、顺利进行。2）为了控制混凝土的内外温差，尽量降低台身混凝土内部水化热的升降速率，我们在台身混凝土浇筑前，在其内部布设冷却管，冷却管采用外径50mm，壁厚2mm钢管。对于拐弯处冷却管以弯头焊接，接头位置要焊接密封牢固，确保焊接质量。本台身竖向冷却管共设3层，每层冷却管设进水口、出水口各一处，均设在台身上面。层间进水口、出水口各自独立，在进水口设阀门以控制冷却水流量，以便根据测温数据，相应调整各层水循环速度和进水温度。冷却管在台身中采用钢筋架立并以铁丝帮扎牢固，安装完毕后要对其进行泌水试验，确保不堵塞、不漏水。图1台身散热管布置图3）台身混凝土浇筑采取“水平分层、逐层到顶”的方式连续浇筑施工，本次施工以长向为浇筑方向、短向为浇筑面，每层浇筑厚度控制在25-30cm，既延长水泥水化放热时间，又减缓混凝土降温速率，减小温度应力，有利于控制混凝土内部收缩裂缝。施工过程中，要考虑混凝土泵车位置，以保证均衡布料，保证在初凝以前浇筑完一层混凝土。层间混凝土振捣采取“二次振捣工艺”，时间控制在浇筑后2-3h，振捣时要插入下层5-15cm处，确保混凝土内外密实。4）混凝土浇筑时，应严格控制入模温度在30℃以内。夏季施工应对粗骨料进行喷水或遮盖降温，高温季节可在水中加入冰水降低拌合水温。施工现场设置遮阳设施，搭设彩条布棚，避免阳光直晒。台身散热管长度:184.206米南水北调大桥台身散热管平面图散热管的高差，中层居中布设。注明：因每台身高度不均，表示顶层和底层出水进水南水北调大桥台身散热管立面图-4-5）对于大体积混凝土及钢筋较密的结构物，为方便施工，保证混凝土振捣密实，操作人员到底层进行浇筑、振捣。6）采用泵送混凝土浇筑时，应及时将浇筑至表层产生的浮浆、泌水及时除去。振捣采用插入式振捣器，加强振捣，以达到最佳的密实度，提高结构物的强度。由于泵送混凝土坍落度比较大，浇筑时会在表面钢筋下部产生水分，致使钢筋上部混凝土产生细小裂缝。为克服裂缝出现，浇筑完毕后，在混凝土初凝前，进行混凝土表面的提浆、压实、抹面工作。并在混凝土初凝和终凝之间的时间内，进行二次压实、抹面，尽量减少混凝土表面的收缩。7）温度检测采用数字显示仪，混凝土内部采用53Ω铜热电偶测温,并经标定，混凝土入模、大气温度则采用量程为0～100℃的水银温度计。按照测区平面布置原则并结合现场实际情况，本次共设3个断面，每断面3个测区，每一测区均分上中下三处埋设传感器，其中上、下部位应距混凝土表面50mm。现场布置时，应对各部位用线区别开来，然后分别绑扎在Φ10钢筋的上中下三处，最后将绑有传感器的钢筋沿混凝土厚度方向放入，在靠于布筋处点焊或绑扎固定，测温时直接从测温仪引出一个接头，并依次去搭接各测区即可。上中下图3传感器布置示意图Φ10钢筋图2测温布置示意图3030cm-5-8）冷却管自覆盖一层混凝土后即开始通水，当水泥水化热温度达到峰值并开始下降至内外温差≤25℃后停止通水，期间根据检测温度进行调节进水温度、水流速度和通水持续时间。利用冷却管中的循环冷水的流动来带走混凝土内部产生的水化热，降低温度裂缝的出现。南水北调大桥台身混凝土实测温度表（单位：℃）表1测温时间环境平均温度混凝土表面和环境温差测温点统计温度冷却水管进出口水温混凝土内部平均温度混凝土表面平均温度内外温差进口出口进出口温差2009.04.1012.06.521.418.82.610.512.52.02009.04.1111.511.845.322.223.115.725.29.52009.04.1214.04.046.127.019.119.034.715.72009.04.1312.65.249.223.625.622.036.714.72009.04.1413.33.945.823.122.720.130.210.12009.04.1511.82.444.223.420.819.631.011.42009.04.1612.53.043.025.018.020.529.08.52009.04.1712.02.842.127.419.719.726.87.12009.04.1810.02.639.423.715.720.127.06.92009.04.1911.52.538.224.413.820.527.87.32009.04.2010.82.538.721.317.418.925.86.92009.04.2112.01.433.923.810.119.025.46.52009.04.2211.22.035.222.912.318.525.57.02009.04.2312.41.534.521.013.518.024.46.49）按每浇筑200m3或每工作台班制作5组试件，1组压7d强度，3组压28d强度归技术资料用，1组作为60d强度观测。各台班水泥混凝土工作性能及强度汇总表2台班坍落度（mm）扩展度（mm）7天强度（MPa）28天强度（MPa）60天强度（MPa）1185450×46041.848.952.82180445×45040.549.554.53180440×45542.550.654.24190460×45042.049.553.45185450×46041.850.453.6-6-6180455×45042.650.254.12.4混凝土的拆模和养护2.4.1大体积混凝土浇筑完毕初凝前，宜立即进行喷雾养护工作。然后采用塑料薄膜、土工布或麻袋等物品进行覆盖养生。根据气候条件采取洒水养护等控温措施，测定混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围之内。必要时，可搭设挡风保温棚或遮阳降温棚。在炎热天气下，待混凝土刷毛完成30分钟就应进行早期养护，当结构物内部温度升高时严禁直接用冷水养生的做法。2.4.2设专人负责保温养护工作，并做好测试记录。2.4.3整个养护期间不应少于21天，应经常检查覆盖物的完整情况，以保持混凝土表面湿润。同时，密切关注天气变化，防止雨淋、日晒和受冻。2.4.4保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大差小于20℃时，可全部拆除。2.4.5混凝土拆模前必须满足温差要求，其拆模时间比普通混凝土适当延长，防止混凝土拆模后，表面与内部温差过大而出现裂缝的现象。其次是，在混凝土强度未达到设计值的50%前，应禁止拆模和安装其上层结构的模板以及支撑物等设施。2.4.6对于地下结构的大体积混凝土拆模后，应及时回填土，不宜长期暴露在自然环境中。3.施工质量控制3.1质量控制内容施工质量内容包括配合比设计、施工中常见的问题及保证措施、混凝土质量控制要点、施工过程中检查项目。3.2施工中常见的问题及质量保证措施3.2.1解决泌水现象的措施泌水现象的产生是由于混凝土分层分段浇筑，使混凝土上下浇筑层施工间隔时间较长，各分层之间产生泌水层，导致混凝土层间粘结力降低。振捣所需的时间应在混凝土初凝前完成，每两层混凝土之间要进行二次振捣（二次振捣时间应在下层混凝土初凝前，振捣棒插入振捣拔出后原位孔洞能立即恢复为准），浇筑时应及时将浇筑层面产生的浮浆、泌水及时除去，消除泌水对混凝-7-土层间黏结能力的影响。混凝土振捣采用插入式振捣器，加强振捣，以提高混凝土的密实度和抗裂性能，确保施工质量。3.2.2当混凝土硬化后，内部的游离水会由表及里逐渐蒸发，导致混凝土相应地产生干燥收缩，在约束条件下，收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝，影响结构物的耐久性和承载能力。3.2.3防止混凝土开裂的一个重要原则是尽可能使新浇筑混凝土少失水分，以及内外温差控制在于25℃范围内。混凝土边缘部分散热快，温度峰