大體積混凝土防溫度裂縫的跟蹤測試信息化施工技術(shù)

王文利 陳建兵 徐長春

1. 河北建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 石家莊 050051；2. 河北省第四建筑工程有限公司 石家莊 050051

1 施工方案

1.1 工藝原理

通過優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，采取必要的技術(shù)措施，降低大體積混凝土水化熱，控制溫升，延緩降溫速率，減少混凝土收縮，控制混凝土出現(xiàn)裂縫[1-4]。

1.2 技術(shù)措施

1.2.1 材料選擇

水泥：采用某公司生產(chǎn)的P.O 42.5。

粗骨料：采用碎石，粒徑5～20 mm，含泥量為0.2%。細(xì)骨料：采用中粗砂，含泥量為2%。

粉煤灰：摻加磨細(xì)粉煤灰可改善混凝土的黏聚性、和易性，便于泵送，粉煤灰的摻量控制在10%以內(nèi)。

外加劑：為達(dá)到能減水緩凝，本工程選用QSN-01A萘系高效型減水劑。

1.2.2 控制混凝土出機(jī)溫度

根據(jù)由攪拌前混凝土原材料總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等的原理，混凝土的出機(jī)溫度與原材料的溫度成正比，因此外界氣溫高時(shí)需對原材料采取降溫措施[5]。

1.2.3 控制混凝土澆筑溫度且連續(xù)均衡供應(yīng)

為確保施工進(jìn)度和證施工質(zhì)量，大體積混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)均勻供應(yīng)，確保供應(yīng)量不少于50 m3/h。在澆筑過程中，由于輸送混凝土管道阻力問題，送管道溫度過高，應(yīng)采用麻袋包裹住輸送管道，在其上覆蓋草包并反復(fù)淋水，以達(dá)到降溫。

考慮混凝土的水平分層澆筑裝拆管道過于頻繁，施工組織難以實(shí)施，故采用分層澆筑方式以使混凝土的水化熱盡快散開，控制分層澆筑推進(jìn)時(shí)間，確保下層混凝土有效散熱，但應(yīng)超過混凝土初凝時(shí)間，以防出現(xiàn)冷縫及無計(jì)劃施工縫。

1.2.4 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完6 h內(nèi)加以覆蓋和澆水，大體積混凝土養(yǎng)護(hù)開始時(shí)間為澆筑完成后12 h以內(nèi)開始，養(yǎng)護(hù)方法根據(jù)氣溫不同采用降溫和保溫兩種。降溫即蓄水灑水或噴水養(yǎng)護(hù)，保溫是使用保溫材料覆蓋養(yǎng)護(hù)（塑料薄膜、草袋等）及薄膜養(yǎng)生液養(yǎng)護(hù)。澆水次數(shù)以能保持混凝土有足夠的濕潤狀態(tài)為準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)期限不少于7 d。

1.2.5 監(jiān)控混凝土溫度動(dòng)態(tài)變化

溫度直接影響整個(gè)混凝土基礎(chǔ)質(zhì)量，因此在施工過程中應(yīng)監(jiān)測各溫度變化，及時(shí)調(diào)整溫控措施，保證規(guī)范要求的內(nèi)部與表面的溫差小于25 K及降溫速率。

2 施工方法

2.1 混凝土澆筑原則

連續(xù)澆筑，內(nèi)部密實(shí)，不出現(xiàn)施工冷縫及無計(jì)劃施工縫[6]。采取水平沿底板方向平行推進(jìn)，豎向采用斜向分層、薄層澆筑、自然流淌、循序推進(jìn)、一次到位的連續(xù)澆筑方式[7]。

2.2 振搗

采用二次振搗方法，準(zhǔn)備4 條振搗棒對基礎(chǔ)混凝土邊角進(jìn)行全面振搗，振搗插點(diǎn)均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)，順序進(jìn)行。下層混凝土振搗應(yīng)自下而上，上層振搗自上而下，振搗直到混凝土不再下沉，不再形成氣泡，表面出漿呈水平狀態(tài)為止。振搗棒操作做到“快插慢拔”，振搗下棒間距不大于振搗作用半徑的1.5 倍，插入下層混凝土內(nèi)深度不應(yīng)小于50 mm，澆筑層厚度為振搗器作用部分長1.25 倍，一般可取50 cm。

混凝土初凝前要進(jìn)行一次振搗，防止泌水在細(xì)骨料和水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土對鋼筋的握裹力，以增強(qiáng)密實(shí)度、強(qiáng)度及抗裂性。

2.3 泌水處理

由于混凝土輸送采用泵送，振搗后必將產(chǎn)生大量水分，在澆筑過程中會(huì)產(chǎn)生大量泌水和漿水，經(jīng)混凝土坡腳流淌到坑底，經(jīng)積水坑排放到基坑外[8,9]。

2.4 混凝土表面處理

為保證混凝土表面平整度和標(biāo)高，在鋼筋支架上焊接Φ10 mm@2 000 mm的豎向鋼筋，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高做標(biāo)記。初凝前用木抹子對混凝土表面打磨壓實(shí)，混凝土初凝后，再兩次搓壓，閉合混凝土表面收縮裂縫，覆蓋保溫層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.5 混凝土養(yǎng)護(hù)及試塊留量[10]

混凝土養(yǎng)護(hù)采用蓄熱法，塑料布間隔草袋作為保溫層，根據(jù)混凝土配合比及施工期間環(huán)境氣溫確定保溫層厚度?；炷翝仓螅错樞蚣皶r(shí)蓋上塑料膜作為密封層，鋪上草袋。在混凝土降溫過程中，控制保溫層厚度，進(jìn)而控制表層混凝土降溫速率，確?；炷羶?nèi)外溫差小于25 k?；炷帘仞B(yǎng)護(hù)不少于14 d，在養(yǎng)護(hù)期間，根據(jù)測試混凝土凝結(jié)過程的溫度變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)易發(fā)生裂縫區(qū)域，并采取有效措施，防止裂縫產(chǎn)生。

3 溫度和應(yīng)變監(jiān)測

背景工程的總建筑面積約52 000 m2。其中水泥粉磨底板尺寸15.6 m×15.5 m×5 m，混凝土澆筑量為1 200 m3，為大體積混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30。監(jiān)測內(nèi)容為外界環(huán)境溫度、混凝土入模溫度、混凝土內(nèi)部溫度和混凝土的應(yīng)變等。通過測溫和應(yīng)變監(jiān)測，得出結(jié)構(gòu)物內(nèi)部及表面的溫度和應(yīng)力，以此為依據(jù)，采取有效措施控制溫升和降溫速率，防止產(chǎn)生裂縫。

3.1 測溫監(jiān)測點(diǎn)布置[11]

根據(jù)平面形狀尺寸、厚度等不同情況，合理經(jīng)濟(jì)地布設(shè)測溫點(diǎn)，如圖1、圖2所示。

為保證測溫點(diǎn)的代表性和可比性，混凝土測溫孔應(yīng)不大于25 mm，本工程大體積混凝土內(nèi)部共布置24 個(gè)測溫點(diǎn)，表層測溫點(diǎn)、中層測溫點(diǎn)、底層測溫點(diǎn)各6 個(gè)，埋設(shè)深度分別為0.2 m、2.5 m、4.8 m。

圖1 溫度監(jiān)測點(diǎn)平面布置示意

圖2 溫度監(jiān)測點(diǎn)剖面示意

3.2 溫度監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容主要包括外界環(huán)境溫度、混凝土入模溫度、混凝土內(nèi)部溫度。

根據(jù)工期安排，立磨基礎(chǔ)大體積混凝土施工在夏初施工。采用混凝土公司預(yù)拌混凝土，攪拌車運(yùn)輸，拖泵輸送，混凝土入模溫度為25 °C。

混凝土中心溫度和表面溫度的測量應(yīng)在在混凝土澆筑完畢12 h后開始，第1～5d內(nèi)每隔2 h測一次，第6～15d內(nèi)每隔4 h測一次，第16d之后每隔6 h測一次，與此同時(shí)監(jiān)測施工環(huán)境溫度。

3.3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.3.1 溫度變化曲線

根據(jù)記錄繪制各組典型測點(diǎn)的溫度變化曲線，如圖3所示。

圖3 測溫點(diǎn)混凝土溫度隨齡期的變化曲線

通過以上監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，混凝土養(yǎng)護(hù)初期溫度變化最大，各部位溫度分布不均衡，與外界接觸處（靠近模板邊緣和混凝土上表面）監(jiān)測點(diǎn)溫度曲線波動(dòng)較大，主要受表面所接觸外界溫度變化和外部接觸介質(zhì)的影響。混凝土內(nèi)各中心測點(diǎn)溫度峰值基本發(fā)生在混凝土澆筑后3～5 d，溫度在59 °C～64 °C之間。由于混凝土的上表面散熱面積大，與外界環(huán)境直接接觸，因而放熱量大，故混凝土上表面溫度低于下表面溫度。混凝土是熱的不良導(dǎo)體，側(cè)面為木質(zhì)模板，所以可以認(rèn)為主要的熱傳導(dǎo)是沿垂直方向，由于水泥粉磨大體積混凝土體積較大，高度為5 m，中心溫度很難釋放，故在養(yǎng)護(hù)中期降溫極其緩慢。下表面溫度受本工程C10素混凝土墊層的影響，很難往下釋放熱量，所以下表面一直維持在一個(gè)特別緩慢的降溫階段。

3.3.2 混凝土應(yīng)變測定

通過實(shí)測混凝土應(yīng)變，繪制典型各測溫點(diǎn)應(yīng)變變化曲線，如圖4所示。

圖4 測溫點(diǎn)應(yīng)變隨混凝土齡期的變化曲線

由圖4可知，混凝土的最大拉應(yīng)力一般出現(xiàn)在混凝土上表面，上表面通過與大氣進(jìn)行熱交換，溫度迅速下降，所以上表面應(yīng)變一開始會(huì)出現(xiàn)微小的壓應(yīng)變，而混凝土內(nèi)部澆筑時(shí)間較上表面早、溫度下降較慢，以至于產(chǎn)生內(nèi)外溫差的結(jié)果，此時(shí)混凝土正處于“易開裂期”。1號(hào)點(diǎn)由于位于中心位置，中心溫度很難釋放，故應(yīng)變一直處于壓應(yīng)變狀態(tài)。所以混凝土上表面是出現(xiàn)溫度裂縫的危險(xiǎn)區(qū)域。中心應(yīng)變與上表面應(yīng)變趨勢相近，隨著混凝土溫度的降低，雖然拉應(yīng)變越來越大，但此時(shí)混凝土己具有一定的抗拉強(qiáng)度，可以抵御所受的微小拉應(yīng)力的作用，此時(shí)混凝土出現(xiàn)裂縫的可能性并不大。3號(hào)點(diǎn)和6號(hào)點(diǎn)由于在最外側(cè)，接近混凝土邊緣位置，下表面溫度散熱較快，所以從第3天之后一直處于拉應(yīng)變的狀態(tài)。

3.3.3 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度

本次試驗(yàn)制作的C30非標(biāo)準(zhǔn)150 mm×150 mm×150 mm立方體抗壓強(qiáng)度試塊均在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)時(shí)混凝土齡期分別為3 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、28 d。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大體積混凝土試塊在該配比之下，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土3 d內(nèi)強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的50%，根據(jù)以往數(shù)據(jù)比對，可發(fā)現(xiàn)該試塊3 d內(nèi)可以達(dá)到同條件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度1.3～1.5倍，20 d的強(qiáng)度可以達(dá)到100%，28 d的強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的120%左右。說明該配比混凝土在大體積內(nèi)部較高的溫度下強(qiáng)度增長較快，采用28 d強(qiáng)度配比來配置大體積混凝土在強(qiáng)度上比較偏于保守，而且水化熱較高，經(jīng)濟(jì)上也比較浪費(fèi)。

4 結(jié)語

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生受混凝土原材料、配合比、施工方法、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)、環(huán)境等多種因素的影響，控制混凝土工程裂縫產(chǎn)生應(yīng)采取多方面措施。大體積混凝土的跟蹤測試信息化施工技術(shù)是在混凝土施工過程中實(shí)施混凝土的溫度、應(yīng)變-應(yīng)力跟蹤監(jiān)測，做到混凝土工程跟蹤、監(jiān)測、監(jiān)控、施工的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息化施工，根據(jù)監(jiān)測信息及時(shí)調(diào)整施工方案，從而確保大體積混凝土的施工質(zhì)量，有效防止裂縫的產(chǎn)生，該項(xiàng)施工技術(shù)的成功應(yīng)用對于類似工程具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。