客運(yùn)專線大體積混凝土施工質(zhì)量控制淺析

鞠興華，邱志軍

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南714000；2.中交隧道局二公司，西安710064）

0 引言

大體積混凝土施工過(guò)程中，因水泥水化熱引起的溫度差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力易導(dǎo)致混凝土中產(chǎn)生裂縫［1］。裂縫產(chǎn)生有多方面的原因，如：約束情況、混凝土的均勻性、周圍環(huán)境濕度、分段位置、結(jié)構(gòu)形式等。

本文對(duì)大西客運(yùn)專線施工過(guò)程中大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行定性分析，將材料選擇、施工工藝、操作要點(diǎn)和質(zhì)量控制等內(nèi)容明確化，為類似工程混凝土的澆筑提供參考。

1 大體積混凝土裂縫分析

1.1 定性分析

針對(duì)客運(yùn)專線工程中大體積混凝土截面尺寸較大的特點(diǎn)，分析因外荷載或次應(yīng)力引起裂縫的可能性很小。但正由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥水化時(shí)所釋放的熱量會(huì)引起較大的溫度變化和收縮作用，由此造成的溫度梯度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致客運(yùn)專線大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因［2］。裂縫分為2類：（1）表面裂縫。大體積混凝土剛澆筑完成后，由于內(nèi)部與表面散熱速率不一樣，在其表面形成溫度梯度，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。而此時(shí)混凝土的齡期很短，抗拉強(qiáng)度很低，溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力，超過(guò)此時(shí)的混凝土抗拉強(qiáng)度，在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。（2）貫穿裂縫?；炷翝仓?shù)天后，水化熱基本已釋放，開(kāi)始進(jìn)入降溫階段，逐漸出現(xiàn)收縮。加之混凝土在硬化過(guò)程中，內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時(shí)收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，若拉應(yīng)力超過(guò)混凝土此時(shí)的抗拉強(qiáng)度，會(huì)產(chǎn)生貫穿整個(gè)截面的裂縫，這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第3～4天，貫穿裂縫對(duì)混凝土危害極大［3］。由此可見(jiàn)，降溫與收縮的共同作用是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的主要因素。

1.2 依托工程混凝土中心溫度的計(jì)算

混凝土的絕熱溫升很大程度上影響著水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部最高溫度。根據(jù)依托工程的實(shí)際施工工藝參數(shù)，計(jì)算混凝土的絕熱溫升及中心溫度，為大體積混凝土施工措施制定提供可靠參數(shù)。

絕熱溫升計(jì)算見(jiàn)式（1）：

依托工程的實(shí)際情況：每立方米混凝土的水泥用量W 為315kg／m3；每千克水泥28d的累計(jì)水化熱Q0為46 0240J／kg； 混 凝 土 比 熱 C 為993.7J／（kg·K）；混凝土容重R 為2 400kg／m3；自然對(duì)數(shù)的底e取2.718。混凝土齡期、m值根據(jù)實(shí)際情況取值。計(jì)算的混凝土最高絕熱升溫值Tmax為60.79℃。

混凝土中心溫度計(jì)算見(jiàn)式（2）：

其中，澆筑后第3天溫度系數(shù)ζ為0.36。

混凝土的澆筑溫度計(jì)算見(jiàn)式（3）：

由式（2）、式（3）計(jì)算可得，混凝土澆筑溫度值為37.89℃；混凝土澆筑后第3天混凝土內(nèi)部實(shí)際溫升為59.77℃，比當(dāng)時(shí)室外溫度23℃高出36.77℃，大于溫差控制要求的25℃，施工過(guò)程中必須采取相應(yīng)的措施，防止大體積鋼筋混凝土板因溫差過(guò)大產(chǎn)生裂縫［4］。

1.3 依托工程溫差應(yīng)力的計(jì)算

溫差應(yīng)力的計(jì)算是為了驗(yàn)證由溫差和混凝土收縮所產(chǎn)生的最大溫差應(yīng)力σmax是否超過(guò)當(dāng)時(shí)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度Rc［4］。

溫度應(yīng)力計(jì)算見(jiàn)式（4）：

依托工程混凝土28d時(shí)的彈性模量Ec為1.26×105MPa；混凝土的線膨脹系數(shù)α為1.0×10－5；工程厚板長(zhǎng)度L為55.8m（取長(zhǎng)度）；混凝土澆筑后第3天實(shí)際溫升T3為59.77℃；應(yīng)力松弛系數(shù)Ht為0.8；工程板厚度H 為1.26 m；混凝土板與支承面間滑動(dòng)阻力系數(shù)Cx為30N／mm2。將工程數(shù)據(jù)代入式（4），可得σmax＝1.693MPa≤1.89MPa（混凝土3d齡期時(shí)的抗拉強(qiáng)度）。由此可知，依托工程大體積混凝土不會(huì)因降溫收縮而引起收縮裂縫。

2 大體積混凝土的設(shè)計(jì)與施工

2.1 混凝土設(shè)計(jì)方案

2.1.1 合理設(shè)計(jì)混凝土的配合比

在保證混凝土工作性能良好的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。采用“三低（低砂率、低塌落度、低水膠比），一摻（摻高效減水劑），一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則［5］。針對(duì)工程實(shí)際和泵送施工工藝，根據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)室試配結(jié)果，確定混凝土配合比為水∶水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑＝145∶315∶738∶1 203∶99∶4.14。考慮到泵送工藝，塌落度控制在14～16cm。

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2.1.2 混凝土試配試驗(yàn)

依托工程混凝土采用大型攪拌站供應(yīng)的商品混凝土，要求混凝土攪拌站根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提出的技術(shù)要求，提前做好混凝土試配工作。

2.1.3 保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施

防止混凝土表面溫度、濕度的過(guò)快損失，控制中心最高溫度與表面溫度之差不大于25℃，并有效控制混凝土早期產(chǎn)生的塑性收縮裂縫。混凝土表面覆蓋物厚度計(jì)算見(jiàn)式（5）：

將依托工程數(shù)據(jù)代入式（5），計(jì)算的混凝土表面覆蓋物厚度為2.55cm?，F(xiàn)場(chǎng)采用兩層塑料薄膜保溫和鋪一層麻袋的保溫養(yǎng)護(hù)措施。同時(shí)根據(jù)測(cè)量值和溫差及時(shí)調(diào)整，并備有一定數(shù)量的麻袋做溫差變化應(yīng)急措施之用，以調(diào)節(jié)降溫速率。

2.2 混凝土施工方案

2.2.1 混凝土澆筑

澆筑時(shí)應(yīng)采用“水平循環(huán)、斜面分層、一次到頂”的澆筑工藝。先在一個(gè)部位進(jìn)行，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，混凝土形成坡面自然流淌，然后在其坡面上連續(xù)澆筑，循序推進(jìn)。這種澆筑方法能較好地適應(yīng)泵送工藝，便于每車混凝土都澆筑在前一車混凝土形成的坡面上，確保上下層間隔時(shí)間不超過(guò)初凝時(shí)間6h。同時(shí)可解決頻繁移動(dòng)泵管的問(wèn)題，縮短澆筑時(shí)間，也便于澆筑完的部位進(jìn)行覆蓋和保溫［6］。

2.2.2 混凝土振搗

現(xiàn)場(chǎng)混凝土的振搗對(duì)混凝土的抗裂性至關(guān)重要，如不嚴(yán)格控制，容易產(chǎn)生過(guò)振引起混凝土的離析，粗骨料集中，底面和側(cè)面表層砂漿減薄，表層的砂漿易產(chǎn)生龜裂、翻砂等缺陷。依托工程混凝土施工過(guò)程中保證每臺(tái)泵車出灰口處配備4臺(tái)插入式振動(dòng)器，2臺(tái)負(fù)責(zé)下部斜坡流淌處振搗密實(shí)，2臺(tái)負(fù)責(zé)頂部混凝土振搗。先振搗卸料口，以使混凝土形成自然流淌，然后全面振搗，以混凝土開(kāi)始泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)，確?；炷恋倪B續(xù)澆注。

2.2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

澆注完成后應(yīng)及時(shí)排除泌水，混凝土初凝前用刮尺趕平，用木抹子第一次抹面。由于混凝土塌落度較大，會(huì)在表面鋼筋下部產(chǎn)生水分，或在表層鋼筋上部的混凝土中產(chǎn)生細(xì)小裂縫，在混凝土初凝后和混凝土預(yù)沉后采取二次抹面壓實(shí)措施，閉合收水裂縫，隨后立即在混凝土表面覆蓋一層濕麻袋，麻袋表面再覆蓋兩層塑料薄膜，使混凝土蒸發(fā)的游離水積在混凝土表面進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

2.3 施工管理措施

（1）原材料檢驗(yàn)合格后方可使用。同時(shí)注意各項(xiàng)材料溫度，以保證混凝土的澆注溫度與理論計(jì)算基本相近。

（2）在攪拌站設(shè)專人摻加外加劑，摻量準(zhǔn)確控制。

（3）逐車測(cè)定混凝土的坍落度，嚴(yán)禁混凝土攪拌車在施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加水。

（4）混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間歇時(shí)間不得超過(guò)6h，澆筑完畢要及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)。

（5）試驗(yàn)部門設(shè)專人負(fù)責(zé)測(cè)溫及養(yǎng)護(hù)的管理工作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)向項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人匯報(bào)。

（6）加強(qiáng)混凝土試塊制作及養(yǎng)護(hù)的管理，試塊拆模后及時(shí)編號(hào)并送入標(biāo)養(yǎng)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)［3］。

3 關(guān)于原材料選擇的建議

（1）水泥：宜采用水化熱比較低的普通硅酸鹽水泥。可避免大體積混凝土內(nèi)部大量的水泥水化熱無(wú)法散失導(dǎo)致內(nèi)部溫度過(guò)高。

（2）粗骨料：粒徑5～31.5mm，石子含泥量不大于1%，針片石含量控制在15%以內(nèi)?？蓽p少水、水泥的用量，以降低混凝土溫升。

（3）細(xì)骨料：選用河砂、中砂，細(xì)度模數(shù)2.6～2.8，平均粒徑大于0.5mm，含泥量不大于2%?？山档突炷羶?nèi)部熱量，并可減少混凝土收縮引起的裂縫。

（4）粉煤灰：摻入一定量的粉煤灰可降低水泥的水化熱，改善混凝土的和易性。粉煤灰的摻量應(yīng)控制在25%以內(nèi)。

（5）外加劑：結(jié)合以往工程的成功經(jīng)驗(yàn)，確定摻入1%的高效減水劑，可顯著降低水化熱峰值，對(duì)混凝土收縮有補(bǔ)償功能，從而提高混凝土的抗裂性。

［1］甘斌，周鵬.淺談大體積混凝土施工［J］.鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，18（5）：49－51.

［2］薛志宏，張延明.大體積混凝土施工工藝探討［J］.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，2007（1）：63－65.

［3］邢長(zhǎng)青，張錦光.大體積混凝土施工溫度控制綜述［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，9（1）：32－34.

［4］馬少雄，劉超群，符敏.大體積混凝土施工溫度控制研究［J］.鐵道建筑，2011（4）：40－41.

［5］劉海成，宋玉普，吳敏智.考慮溫度影響的大體積混凝土應(yīng)力場(chǎng)分析方法［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，45（1）：121－127.

［6］TZ210－2005，鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南［S］.