浅论建筑施工中大体积混凝土施工技术

2022-09-11

1 裂缝成因分析

裂缝的产生是由于温度应力,减轻温度应力是防止和减少裂缝出现的最主要控制方法,而减轻温度应中国科学院可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

2 无缝施工方案设计

(1)设计机理以掺加ZY膨胀剂的补偿收缩混凝土为基本材料,以加强带取代后浇带连续浇筑超长混凝土结构。根据混凝土结构无缝设计的要求,将广场的底板进行了分块:后浇带将整个底板分成4块,形成4个浇筑单元,块中又设有膨胀加强带,将其再分成4块,整个底板分成了16块。底板的分块确定后,墙板与顶板与底板相同的部位留设后浇带及加强带,其留设的方法与底板相同。膨胀加强带宽2米,边缘每侧设密孔铁丝网用钢筋加固,防止加强带外混凝土流入加强带内。混凝土浇筑时先浇带外混凝土,浇到加强带时改用掺量ZY膨胀剂混凝土施工。考虑到膨胀作用会使强度降低,膨胀加强带的混凝土强度等级应该提高,并加大膨胀剂用量,用这样的方法循环施工达到超长无缝结构的目的。(2)补偿收缩混凝土根据“混凝土外加剂应用技术规范”的规定,产生0.2MPa~0.7MPa以下自应力混凝土为补偿收缩混凝土。为了实测出限制膨胀率,实验室进行了掺加ZY试件的限制膨胀率试验,试验证实掺加ZY确实可获得微膨胀性,掺量的大小对膨胀率的大小是有直接影响的。(3)配合比的设计。砼材料的选择:(1)水泥:采用42.5Mpa普通硅酸盐水泥。(2)砂:选用长江中砂,细度模数Mx=2.6~2.8,表现密度2.64g/cm3,松散密度1410kg/m3,紧密密度1550kg/m3,含泥量小于等于3%。(3)石:选用湖州石子,粒径为5mm~31.5mm连续级配,压碎指标8%~9.8%,含泥量小于等于3%。(4)膨胀剂:ZY膨胀剂。(5)减水剂:选用中成电厂的Ⅱ级粉煤灰。

3 大体积砼温度裂缝

砼随着温度的变化而发生热胀冷缩,称为温度变形。对于大体积砼施工阶段来说,由于温度变形而引起的裂缝,可称为“初始裂缝”或“早期裂缝”。大体积砼施工阶段所产生的温度裂缝,是由其内部矛盾发展的结果。一方面由于内外温差和收缩而产生应力和应变,另一方面是结构物的外部砼各质点间的约束,阻止这种应变,一旦温度拉应力超过砼能承受的抗拉强度时,即出现裂缝。大体积砼由于截面大,水泥用量大,水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化,由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。这种裂缝分两种:(1)表面裂缝砼浇筑初期,水泥水化产生大量水化热,使砼的温度很快上升,但由于砼表面散热条件好,热量可向大气中散发,因而温度上升较少。而砼内部由于散热条件较差,热量散发少,因而温度上升较多,内外形成温度梯度,形成内约束。结果砼内部产生压应力,面层产生拉应力,当该拉应力超过砼的抗拉强度时,砼表面就产生裂缝。(2)收缩裂缝砼浇筑后数日,水泥水化热己基本释放。砼从最高温度逐渐降温,降温的结果引起砼收缩,再加上砼中多余水份蒸发等引起的体积收缩变形,二者都受到地基和结构边界条件的约束,不能自由变形,导致温度拉应力。当该温度应力超过砼抗拉强度时,则从约束面开始向上形成裂缝,如果该温度应力足够大,可能产生贯穿裂缝,破坏了结构的整体性、耐久性和防水性,影响正常使用。

大体积混凝土结构中,温度变化不但可能引起裂缝,对结构的应力状态也具有重要影响,有时温度应力在数值上可能超过其他外荷载引起的应力。地下室的大体积混凝土处于基础约束范围以内,其表面裂缝在内部混凝土降温过程中,可能发展为深层甚至贯穿裂缝,引起地下室渗水,影响安全使用。总之,如何控制温度、防止裂缝发展,是大体积混凝土结构施工中最重要的课题。

4 基本措施

针对该工程的实际情况,施工中采用了以下多种措施控制温度裂缝的发展。

4.1 材料选择及质量要求

(1)水泥。由于基础底板厚1.3m,水泥在水化过程产生大量的热量,聚集在结构内部不易散失,使混凝土内部的温度升高。为此,在施工中应选用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量(每减少10kg水泥,降低温度1℃)。本工程由于货源限制选用525号普通砼酸盐水泥。(2)粗细骨料。粗骨料选用5mm~40mm单粒级卵石。它比5mm~25mm石子,每立方米混凝土可减少用水量15kg左右,在相同水灰比(015)情况下,水泥可减少30kg左右。细骨料采用中粗砂,其细度模数为218。它比采用细砂,每立方米混凝土减少用水量20kg左右,水泥相应减少28kg~35kg,从而降低混凝土的干缩。(3)混合料及外加剂。混凝土中掺入水泥重量0.25%左右的缓凝型减水剂—木质素磺酸钙,一方面可明显延缓水化热释放的速度,推迟水化热峰值的出现;同时又减少10%拌和用水,节约10%左右的水泥,从而降低水化热。混凝土中掺入适量粉煤灰,不仅改善混凝土的工作度,减少混凝土的用水量,减少泌水和离析现象;同时代替部分水泥,减少水化热。掺入适量UEA膨胀剂,有效地补偿混凝土干缩,并在一定程度上补偿冷缩,改变混凝土分子结构组织,增加密实性,提高抗渗能力。

4.2 混凝土配合比的制定

根据选用的材料,通过试验室试配确定了混凝土配合比,采用塔吊运输,混凝土坍落度控制在3cm~5cm;C35PS8混凝土配合比(kg/m3)为水泥:黄砂:石子:水=330∶771∶1087∶173;掺合料(kg/m3):UEA膨胀剂33kg,粉煤灰44kg,木钙0.66kg;水灰比0.48,砂率40%。

4.3 混凝土的浇筑及养护

混凝土浇筑采用斜面一次浇筑,分层厚度为43cm左右,在斜面下层混凝土未初凝时(初凝时间为3h左右)进行上层混凝土浇筑,在不同部位用3台振动棒分上、中、下3个层次,采用循环推进,一次到顶的办法,以消除冷凝,增强混凝土的密实性,保证防水质量。根据计算混凝土内部最高温度47℃,内外温差超过25℃,因而混凝土浇筑后,采取有效的外部保温法。目的是减少混凝土表面的热扩散,减少混凝土表面的温度梯度,防止产生表面裂缝;同时延长散热时间。具体方法:在表面抹压后即覆盖一层塑料薄膜,来封闭混凝土中多余拌合水,以实现混凝土的自养护,终凝后覆盖二层草袋,混凝土养护时间不少于14d。

4.4 混凝土测温

为了掌握大体积混凝土的温度变化规律,及时了解温差对大体积混凝土质量的影响,采取常规测温技术,对底板混凝土的上、中、下进行布点观测,以便采取相应的技术措施,防止混凝土开裂。测温频率为:混凝土浇筑后1~6天内,每3h测一次,第7天开始每6h测一次;测砼温度同时应测大气温度。测温结果应及时上报现场施工技术负责人、及相关监理、业主等单位技术支持单位。