建筑施工中的大体积混凝土浇筑技术

邱海南

摘 要:在重大工程项目和高层建筑施工中,通常混凝土一次浇筑量较大,这种大体积混凝土的浇筑极易出现裂缝,如果施工中不加以控制,会产生许多严重的后果。所以,在浇筑大体积混凝土的施工,一定要认真组织施工,合理安排施工工序,才能确保混凝土的质量。本文对大体积混凝土施工中的主要技术难点进行了简要的阐述,提出了混凝土配合比设计、测温养护的一些可供借鉴的方法。

关键字:裂缝;降温养护;浇筑方案

1 混凝土配合比设计

对配合比设计的主要要求是:既要保证设计强度,又要大幅度降低水化热;既要使混凝土具有良好的和易性、可泵性,又要降低水泥和水的用量。

选用水化热低的32.5MPa矿渣水泥,水泥用量仅为340kg/m3。

大掺量I级粉煤灰(国外高达30%)。掺量高达100kg/m3,占水泥用量的29%,占胶凝材料总量的21%。在大体积混凝土中掺粉煤灰是增加可泵性、节约水泥的常用方法。矿渣水泥本身就掺有20%-70%活性或惰性掺合料,再在矿渣水泥中掺近30%的粉煤灰,而且要配制大坍落度的C40混凝土,非常少见。这个掺量巳接近GBJ146-9。粉煤灰混凝土应用技术规范的规定的上限。

2 混凝土的浇筑方案选用

全面分层,采取二次振捣方案。混凝土初凝以后,不允许受到振动。混凝土尚未初凝(刚接近初凝再进行一次振捣,称二次振捣),这在技术上是允许的。二次振捣可克服一次振捣的水分、气泡上升在混凝土中所造成的微孔,亦可克服一次振捣后混凝土下沉与钢筋脱离,从而提高混凝土与钢筋的握裹力,提高混凝土的强度、密实性和抗渗性。

全面分层,二次振捣方案就是当下层混凝土接近初凝时再进行一次振捣,使混凝土又恢复和易性。这样,当下层混凝土一直浇完42m后,再浇上层,不致出现初凝现象。此方案虽然技术上可行,也有利于保证混凝土质量,但需要增加人力和振动设备,是否采用应做技术经济比较。

3 预测温度、设计养护方案

在约束条件和补偿收缩措施确定的前提下,大体积混凝土的降温收缩应力取决于降温值和降温速率。降温值=浇筑温度+水化热温升值-环境温度。

为了防止大体积混凝土裂缝的产生,通过计算预测了混凝土的浇筑温度、混凝土温升值的可能产生应力,并据此制定了降低浇筑温度腔制温升值措施,预先制定减缓降温速率的方案和一旦出现意外情况的应急措施。

3.1 计算混凝土内最大温升

据资料介绍,有三种计算公式,其一为理论公式:

△Tmax=WcxQx(1-e- nt) x￡ (1)

另一个为经验公式:

△Tmax=Wc/10+FA/50 (2)

当混凝土厚度超过3m时,计算值与实测值偏差过大。建议把上述经验公式改为:

△Tmax =WcxQx0.83/Cб+FA/50(3)

公式(1)可计算各个龄期混凝土中心温升,从而计算每个温度区段内产生的应力,还可找出达到温升峰值的龄期,从而推定采取养护措施的时间。但在介绍该公式的资料中并没有详细说明其适用范围。

该公式似乎未能把大体积混凝土的散热条件和平面尺寸的影响因素充分考虑进去。如能根据不同情况调整m和￡的取值,可能会使计算值更接近实际。

在该工程中,按公式(1)计算的结果与后来的实测值偏差较大,升温峰值出现的时间也比实测值偏后。据了解,其它工程的计算也有类似情况。

公式(2)计算较简便,在该工程中计算值较实测值偏差较小,但无法据此计算应力,也找不出升温峰值出现的时间。因该工程混凝土厚度是1 .2 m,若按公式(3)计算,计算值最接近实测值。

三个公式,三种结果。在考虑施工、养护方案时,均按最不利的情况考虑,以求稳妥。

3.2 混凝土中心温度值T1=T2+△T(t),

因为△T(t)计算值较高,夏季的澆筑温度T1应采取措施降下来。如果不采取水中加冰等降温措施,计算得:

混凝土拌合温度:

Tc=∑Ti.Wi.。Ci/ ∑Wi.Ci=29.1℃。

混凝土出机温度:

Tj=Tc-0.16(Tc-Td)=30.1℃。

混凝土浇筑温度:

Tj-T1+(Tq-T1) (A1+A2+…)=29.7℃。

这个温度是昼夜平均浇筑温度,如果白天最高气温是35℃,这时的浇筑温度Tj=31.4℃。为了降低Tj,采取如下措施:料场石子进仓前用凉水冲洗,水泥在筒仓内存放15d以上,晴天泵管用湿岩棉被覆盖,气温高时拌合水中加冰降温。其中,拌合水中加冰效果最好。

可见,每使混凝土浇筑温度下降1℃,平均要使拌合水温下降近6℃。要使混凝土浇筑温度下降3℃,至少每m3混凝土要加0℃冰40kg。无论如何,在工程中实际浇筑温度Tj,都不能超过32℃。

4 确定保温材料的厚度,预测混凝土表面温度

据公式(3)计算,混凝土中心最大温升达47 .3℃,假如浇筑温度是30℃,混凝土中心温度将达77.3℃。如果环境平均温度Tq=(35 +23)/2=29℃。两者平均温差将有48.3℃,这是无论如何不能允许的。解决办法是在混凝土开始降温时,在其表面覆盖保温材料,使表层混凝土温度提高,达到减小混凝土内表温差的目的。

一般规定:混凝土内表温差T1-T2≤25℃对于较厚的混凝土,此温差值可适当放宽。

由此可见,即使在炎热的夏季,大体积混凝上在降温阶段要“保温”养护。

经过计算,提出两种养护方案供施工时选择。

一种是盖一层塑料薄膜和一层3cm厚的防水岩棉被。

另一种是蓄水2cm-12cm养护,深度随当时混凝土内外温差增减。前者的优点是保温性能较好,可缩小混凝土内表温差,减慢降温速度,从而有利于混凝土抗裂,但缺点是可能因降温速度过慢而延长养护时间;但如遇环境温度骤降造成混凝土内表温差过大时,较难采取临时加强保温的措施。

实际施工中采用了第一种养护方案,养护效果很好。塑料薄膜很有效地保证了混凝土表面的潮湿,既保证了表层混凝土的强度增长,又使前3周的降温阶段不致出现干燥收缩,还保证了微膨胀剂充分发挥补偿收缩的作用。

岩棉被的效果也恰到好处,当混凝土表面温度过高,不利于降温时,局部揭开岩棉被加快降温。下过几场大雨后,岩棉被被水浸透,导热系数增大,使混凝土浇筑后3周的降温速度始终较好地控制在1.30C/d-1.50C/d范围之内。

结语:

基础大体积混凝土施工,一次浇筑量大,厚度大,强度等级高,在夏季炎热天气施工,技术难度大。混凝土浇筑后,经过3个星期保温保湿养护,效果理想。

要施工好超厚、高强度等级的大体积混凝土,关键要有一个先进的混凝土配合比,有一套严谨的施工组织设计,有一套科学的养护工艺,有一种严谨的工作作风。

配制大体积混凝土,关键在于水化热要低,大掺量I级粉煤灰和低用量的矿渣32.5MPa水泥相结合是该工程成功的关键之一。它有效地降低了水化热,提高了可泵性,从而提高了表层混凝土的强度。

在大体积混凝土的湿热养护条件下,混凝土早期强度发展得很好,有效地防止了混凝土裂缝的出现。

微膨胀剂确实起到了补偿收缩作用。根据计算,自降温开始,混凝土表层就应该出现拉应力。可是在实测中,始终未测到拉应力。除混凝土松弛,养护阶段没发生干缩外,微膨胀剂功不可没。

大体积混凝土施工,养护和浇筑同样重要。保湿是前提,控制降温速度是关键,监测是根据。

总之,大体积混凝土是目前施工中应用较多的一项新技术,只要严格施工规范,仔细落实每一个施工环节,认真妥善地作好浇筑完的保温工作,该项技术是完全可以取得满意的效果。

参考文献

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.中国建筑工业出版社,1999.10.

[2]王铁梦.王铁梦教授谈控制混凝土工程收缩裂缝18个因素.混凝土,2003.11.

[3]孙修艾,程曙明.大面积框架结构梁板混凝土一次整体浇筑施工技术.建筑术,2003.5.

[4]江正荣.建筑施工工程师手册. 中国建筑工业出版社,2002.12.