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    超大直徑盾構(gòu)管片裂紋分析及質(zhì)量控制

    2013-08-15 00:51:18李皓文
    山西建筑 2013年3期
    關(guān)鍵詞:弧面管片水化

    李皓文

    (中交隧道工程局有限公司,北京 100088)

    南京緯三路過江通道工程采用盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)隧道外徑為14.5 m,內(nèi)徑為13.3 m,采用 C60P12通用環(huán)鋼筋混凝土管片,每環(huán)管片分為10塊,其中封頂塊1塊、鄰接塊2塊、標(biāo)準(zhǔn)塊7塊。每片管片弧長約5 m。管片寬度2 000 mm,厚度600 mm,每塊管片在側(cè)向設(shè)置5 cm寬止水條槽、端面設(shè)止水條槽和定位棒槽,管片環(huán)向、縱向均采用直螺栓連接。每環(huán)混凝土量52.33 m3。管片抗壓、抗?jié)B、耐久性等要求很高,一旦出現(xiàn)致命的缺陷,可能就會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果,超大直徑管片在預(yù)制過程中裂縫經(jīng)常出現(xiàn),而裂紋對混凝土抗碳化、抗凍融、抗疲勞、抗?jié)B等方面都有影響,因此管片裂紋防治就成為施工中必須重點考慮的一個環(huán)節(jié)。

    1 易產(chǎn)生裂紋部位

    1.1 管片外弧面

    管片外弧面裂紋主要有以下幾種:一種是在水養(yǎng)之后出現(xiàn)的龜裂紋。龜裂紋在管片生產(chǎn)中比較普遍,其肉眼不可見(寬度小于0.02 mm),在濕潤狀況下則可見,形狀如龜殼紋。該裂紋對管片質(zhì)量本身無危害。另一種是在蒸養(yǎng)之后就出現(xiàn)的裂紋,屬于淺表性裂紋,或表面收縮裂紋,該裂紋是由于混凝土表面溫度不均、材料不均或混凝土粘性過大造成的。最后一種是施工過程中芯棒拔除時間過早,導(dǎo)致混凝土塌陷,在外弧面產(chǎn)生的較深較寬的裂縫。

    1.2 管片側(cè)面、手孔及定位孔

    這種裂紋主要出現(xiàn)在側(cè)面、端面止水條槽、定位棒槽口,螺栓孔、手孔及定位孔部位,裂紋較細,槽口部位裂紋斷斷續(xù)續(xù),螺栓孔、手孔及定位孔部位裂紋較細但連續(xù),如樹枝狀。手孔越大裂紋越明顯。該裂紋主要是由于斷面設(shè)計較大,斷面突變易生,混凝土收縮較大或蒸養(yǎng)溫度不均造成的。

    2 產(chǎn)生裂紋階段分析

    雖然管片生產(chǎn)的每道工序控制不嚴都會產(chǎn)生裂紋,但主要還是集中在原材料控制、配比確定、混凝土澆筑抹面、蒸養(yǎng)、靜停及水養(yǎng)幾個方面,下面著重從這幾個方面進行分析。

    2.1 原材料的控制

    材質(zhì)不均、含泥量大、堿含量過大等都會導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生,影響管片的強度及耐久性。材料具體要求如下:

    水泥要求為P.Ⅱ52.5低熱普通硅酸鹽水泥,考慮早期強度、堿含量及與外加劑的適應(yīng)性。

    粉煤灰要求為Ⅰ級灰,礦粉要求為S95,其水化熱約為水泥水化熱的25%~30%。降低水化熱,減少混凝土凝結(jié)過程水化熱與外界溫度差,降低水泥導(dǎo)致的管片裂紋出現(xiàn)。

    碎石采用級配良好的連續(xù)級配,具體為5 mm~10 mm為30%,10 mm~20 mm為70%,良好的級配能保證混凝土強度的同時,還可以很好的保證管片的密實度,減小孔隙,降低凝結(jié)過程中的收縮,減少管片裂紋的出現(xiàn)。含泥量小于0.5%,泥塊含量為0,針、片狀小于5%,壓碎值小于10%,孔隙率小于47%。

    砂子較粗為宜,現(xiàn)場采用2.6~2.9的中粗砂,含泥量小于1%,對砂的選擇除了滿足規(guī)范要求外,還要考慮密實性,因為砂在較細的情況下容易導(dǎo)致混凝土中膠體多,振搗完成后的膠體浮至管片外弧面聚集,在外弧面容易產(chǎn)生收縮裂紋。

    外加劑可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性,降低水灰比以達到減少水化熱的目的,現(xiàn)場采用聚羧酸鹽系高性能減水劑。減水率不小于18%,泌水率不小于70%,含氣量6.0%。

    2.2 配合比確定

    管片體積大、澆筑時間長,管片內(nèi)部會產(chǎn)生大量的水化熱,如果外部環(huán)境溫度較低或特別高,在管片內(nèi)外便會產(chǎn)生較大溫差,表面容易產(chǎn)生裂紋。

    2.2.1 理論配合比

    根據(jù)季節(jié)的不同,需要采取不同的配合比。配置混凝土?xí)r,應(yīng)嚴格控制水灰比和水泥用量,在滿足強度情況下,盡量多摻加粉煤灰和礦粉,降低水泥用量,降低水化熱的產(chǎn)生,管片混凝土的水灰比在0.33~0.36為宜。

    2.2.2 施工配比確定

    管片的施工配合比對表觀質(zhì)量也起決定性作用。每次開盤前必須進行砂石含水率測定,在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上通過理論計算折合掉基準(zhǔn)配比中水的用量,并由試驗室提供施工配合比通知單。另外遇天氣突變降雨也隨時測定,并及時更新施工配合比。

    2.3 混凝土成型

    1)混凝土澆筑:管片內(nèi)部會產(chǎn)生大量水化熱,在滿足混凝土施工前盡量延長澆筑時間,使得整片管片混凝土終凝前內(nèi)外溫差縮小到最小,減少溫度應(yīng)力造成的表面裂紋。管片混凝土為干硬性混凝土,盡量保持同片管片混凝土坍落度的一致。冬季坍落度控制在4~5,夏季控制在6~7為宜,混凝土坍落度偏大的情況下,經(jīng)過振搗,粗集料在管片內(nèi)部產(chǎn)生離析下沉,導(dǎo)致細骨料水泥漿被擠壓浮至混凝土表層,將會在外表面產(chǎn)生裂紋,而坍落度偏小的情況下,混凝土振搗在模內(nèi)不流動,容易導(dǎo)致混凝土不均勻,振搗密實,同時不能滿足混凝土水化收縮要求,也容易產(chǎn)生干燥收縮裂紋。

    2)混凝收光:抹面次數(shù)和時間的控制,將影響管片外弧面產(chǎn)生裂紋。整個抹面分三個步驟進行:粗抹面、中抹面、精抹面。每次抹面后用厚塑料膜覆蓋以利混凝土保溫保濕,可以最大程度的避免裂紋的出現(xiàn),在冬季收水時,應(yīng)關(guān)好門窗,防止風(fēng)水混凝土表面產(chǎn)生裂紋。

    2.4 養(yǎng)生

    2.4.1 蒸養(yǎng)

    根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏,日平均氣溫溫度低于15℃時采取蒸養(yǎng),高于15℃時采用自然養(yǎng)生。蒸養(yǎng)過程控制的好壞直接關(guān)系到管片的最終質(zhì)量。一般蒸養(yǎng)溫度越高,升降溫速度也快,裂紋的出現(xiàn)幾率越大。因此在管片蒸養(yǎng)階段,應(yīng)嚴格控制最高溫度,升降溫速率及恒溫時間?,F(xiàn)場蒸養(yǎng)溫度控制如下:

    1)管片靜停時間:2 h~4 h(根據(jù)外界溫度確定),靜停作用在于提高混凝土初期結(jié)構(gòu)強度,以增強混凝土對升溫期結(jié)構(gòu)破壞的抵御力;2)升溫梯度:10℃/h~15℃/h;3)蒸養(yǎng)最高溫度:不大于45℃;4)恒溫時間:1.5 h(根據(jù)季節(jié)溫度定);5)降溫梯度:不大于10℃/h;6)脫模時與外界的溫差:不大于20℃。

    整個管片蒸養(yǎng)時間控制在5 h~6 h,盡量降低蒸養(yǎng)溫度和延長靜停時間,有效的杜絕了裂紋的出現(xiàn)。

    2.4.2 靜停養(yǎng)生

    管片出模后需放置廠內(nèi)靜停6 h~8 h,待管片表面溫度與水養(yǎng)池水溫相差不超過15℃時,才能入池,在靜停時,夏季需對管片進行噴淋養(yǎng)生,防止水泥水化缺水造成表面裂紋。冬季需關(guān)好門窗,對管片用薄膜覆蓋養(yǎng)生,防止水分蒸發(fā)過快、溫度過低造成裂紋。

    2.4.3 水養(yǎng)

    管片水養(yǎng)不及時、水養(yǎng)時間短或水質(zhì)不好,均會產(chǎn)生裂紋,一般管片水養(yǎng)時間為7 d~14 d,最少不得低于7 d,冬夏季節(jié)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長,春秋季節(jié)可以適當(dāng)縮短。水養(yǎng)池水溫10℃ ~25℃為宜,低于10℃時應(yīng)通過加蒸汽提高水溫,高于25℃時加井水降低溫度,pH值控制在10~11,pH值通過石灰和明礬調(diào)節(jié),通過加石灰,對細小裂紋有愈合作用。養(yǎng)護用水時間過長后容易劣化,一般3個月應(yīng)更換一次,最好采用自來水。

    3 治理方法

    發(fā)現(xiàn)裂縫后,應(yīng)先觀測裂縫情況,是否是貫穿裂縫,并用放大鏡和專用刻度器觀察其寬度,如果是貫穿裂縫且寬度大于0.2 mm則作報廢處理。對不大于0.05 mm的裂縫不作修補,對0.05 mm~0.20 mm的裂縫進行修補。

    首先對裂縫處混凝土表面進行預(yù)處理,除去基層表面上的浮灰、水泥浮漿、返霜、油漬和污垢等物,并用水沖洗干凈;對于表面上的凸起、疙瘩以及起殼、分層等疏松部位,應(yīng)將其鏟除,并用水沖洗干凈;對表面上的蜂窩、麻面的松動石子應(yīng)剔除,然后用水充分浸透基層混凝土。

    其次配置修補劑,按干粉∶水=5∶2拌制,涂料應(yīng)攪拌均勻,拌制好后的涂料,從加水時起計算,材料宜在25 min內(nèi)用完。在施工過程中,應(yīng)不時地攪拌混合料,嚴禁向已經(jīng)混合好的粉料中另外加水。

    最后,用半硬的鬃毛刷子或尼龍刷子將涂料采用圓形涂刷方法,控制涂層的厚度,均勻的涂刷,涂刷后至表面手觸干時(約2 h~4 h)應(yīng)開始濕潤養(yǎng)護,時間不少于2 d,每天向涂層噴水5次~6次,并用濕草包覆蓋。在夏季,遇到炎熱氣候時,應(yīng)增加噴水次數(shù);在冬季,養(yǎng)護時應(yīng)加蓋草包防凍。

    4 結(jié)語

    通過現(xiàn)場不斷的探索,在不同階段采取相應(yīng)措施,嚴格工序管理,緯三路管片外觀顏色均一,未出現(xiàn)0.05 mm以上裂紋,滿足抗?jié)B指標(biāo),對類似超大直徑管片生產(chǎn)裂紋控制具有借鑒意義。

    [1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

    [2] 吳良群.橋梁工程中大體積混凝土裂縫的諸多因素及防治措施[M].廣州:廣東建材出版社,2011.

    [3] 馮乃謙.實用混凝土大全[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

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