CN102296819A - 一种大体积无降温管砼施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大体积无降温管砼施工方法，其特征在于包括A：配合比及原材料的准备；B：温度控制；C：混凝土的施工；D：保温养护操作。配合比设计时选用放热量低的水泥，大掺量粉煤灰矿物掺和料，掺加减缩缓凝型外加剂，有效地降低混凝土的温升。通过现场温度监测各层混凝土最高温度在60℃左右，最大温差小于25℃。粉煤灰和减缩型外加剂复掺配制的C40混凝土抗裂性能达到Ⅱ级，有优良的抗裂性能；60d收缩率仅为2.3×10^-4，体积稳定性好。在大体积混凝土的施工中，制定相应的施工工艺能有效地预防了裂缝的产生。

Description

一种大体积无降温管砼施工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其是一种大体积无降温管砼施工方法。

背景技术

特大桥承台属于大体积混凝土结构，混凝土的强度等级一般为C40，混凝土方量相当大，必须采取专门措施防止因为混凝土水化热温升而出现温度裂缝，以满足桥梁耐久性设计要求，保证大桥的长期健康安全使用。一般的方法就是采用通冷却水管的方法进行降温，然而这种方法由于存在如下的弊病不能很好地解决其问题：（1）在大体积混凝土中埋入冷却水管，会存在压浆不实的问题，在水分和空气容易渗入进去，导致产生钢冷却水管及钢筋锈蚀，影响桥梁的承载能力；（2）采用冷却水管的方案需要大量的水分供应，会给工程带来不必要的麻烦，而且水量供应不足就丧失了该方案的作用，还会导致大体积混凝土因为温升过高而产生裂缝；（3）采用冷却水管通水降温的措施，需要电力带动水泵，如果电源难以保证，中断通水会造成混凝土内外温差变大，温度应力增大，从而产生裂缝；（4）冷却水管用量较大，不仅增大了工程成本，还造成了资源的浪费；（5）布置冷却水管，不仅需要耗费大量的人力，且影响工期。

发明内容

大体积混凝土指体积与厚度均较大的混凝土，一般实体最小尺寸大于1m,因为体积大，水泥水化放热集中，内部温度上升比较快，混凝土内外温差较大，会产生较大的拉应力，当拉应力大于相应龄期混凝土的劈裂抗拉强度时，就会产生裂缝。本发明的目的在于克服现有方式中采用通冷却水管的方法进行降温的不足，在此提供一种大体积无降温管砼施工方法。

本发明是这样实现的，构造一种大体积无降温管砼施工方法，其特征在于该方法包括：

A：选用原料的准备：为了使砼体早期强度高，水泥的细度应小于0.04mm；粉煤灰，需水量比98%；粗骨料：粗集料为5～26.5mm连续级配碎石，其含泥量不超过1.0%，压碎值10%；细集料：采用中砂，含泥量≤1%，细度模数2.6～3.0；外加剂：外加剂为缓凝型高效减水剂，减水率25%；

上述原料配合比按最大密实骨架堆积法进行配制；

B：温度控制：

（1）原材料温度控制：为控制混凝土出机及入模温度，故上述材料温度应符合水泥＜30℃，碎石＜23℃，砂＜20℃的要求； 

（2）：温控点布置：浇筑前在承台内部布置温控点，以便更快捷、准确的采集承台内部混凝土温度数据，实现其对混凝土内部温度检测；

C：混凝土的施工：

（1）坍落度满足160-200mm的要求，

（2）浇筑：在承台顶层钢筋下布置布料串筒进行缓降分料作业，浇筑时每层砼从两侧同时往中间进行浇筑，考虑到混凝土的收缩和温度应力，根据要求承台4m高为一次性浇筑；

（3）振捣：每层厚度30cm混凝土使用振捣棒跟进振捣，振捣间距按50～60cm进行控制，振捣时，振捣棒应插入混凝土内，上、下层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣按照快插慢拔的方式进行，振捣要求为必须振捣至该处混凝土不再下降、气泡不再冒出、表面出现泛浆为止，振捣时移动间距不应超过75cm，为了防止漏振，所述振动棒应插入下层5cm～10cm，为了避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件，所述振动棒与侧模应保持5～10cm的距离，振捣时必须严格杜绝赶浆现象发生，防止砼面的浆液局部堆积，造成局部水化热过高，形成局部开裂点；

D：保温养护操作：其中混凝土浇筑完之后立即用塑料薄膜覆盖混凝土表面进行养护，其目的在于一方面能避免塑性收缩裂缝的出现，另一方面起到保温的作用；上层混凝土顶面待混凝土终凝后进行蓄水养护，蓄水深度20cm以上，混凝土的拆模采用滞后拆除法，即时间应在浇筑后4-5天，在拆模后涂刷养护液并及时采取保温覆盖，以满足内表温差要求。

根据本发明所述的一种大体积无降温管砼施工方法：其特征在于：上述原料配合比按最大密实骨架堆积法进行配制为混凝土每立方米的配合比为：水泥：240-340Kg，粉煤灰：80-180 Kg，砂735 Kg、石1087 Kg、外加剂3.36 Kg。

根据本发明所述的一种大体积无降温管砼施工方法：其特征在于：配合比为：

水泥：260-320Kg，

粉煤灰：100-160 Kg，

砂735 Kg，

石1087 Kg，

外加剂3.36 Kg。

根据本发明所述的一种大体积无降温管砼施工方法：其特征在于：混凝土每立方米的配合比为：水泥：280Kg，粉煤灰：140 Kg，砂735 Kg、石1087 Kg、外加剂3.36 Kg。

根据本发明所述的大体积无降温管砼施工方法，其特征在于：在保温养护操作步骤中，所述承台上表面进行蓄水养护前先在混凝土的最上表面覆盖上塑料薄膜、土工布、草垫或麻袋。

根据本发明所述的大体积无降温管砼施工方法，其特征在于：采用下述方法对原材料以及对混凝土内部进行温度检测：

（1）测量材料温度：具体为，将测温探头的插头插入主机插座，按下电源开关，将测温探头金属杆插入被测原材料中，插入深度不少于其长度的1/2，主机上读取温度数据；

（2）测量大体积混凝土温度：根据测温点数量和深度选择测温线，预埋时用钢筋等杆件作支承物，将测温线按照纵向测温点距离绑在支承物上，温度传感器与支承物之间应做隔热处理，在浇筑混凝土时，将绑好测温线的支承物植入混凝土中，温度传感器处于测温点位置，插头留在混凝土外面并用塑料袋罩好，避免潮湿，保持清洁，为便于操作，留在外面的导线长度应大于20cm，测温时，按下主机电源开关，将测温线插头插入主机插座中，主机显示屏上即可显示相应测温点的温度。

根据本发明所述的一种大体积无降温管砼施工方法，其特征在于：所述温控点分两层布置，第一层距承台底部1m,第二层距顶部1m，每层布设13个测温点，测温点布设完后用将测温线数据输出端封闭，避免受潮或碰撞等外界因素导致数据丢失或者数据不准确。

根据本发明所述的一种大体积无降温管砼施工方法，其特征在于：所述温控点分两层布置，第一层距承台底部1m,第二层距顶部1m，每层布设13个测温点，测温点布设完后用将测温线数据输出端封闭，避免受潮或碰撞等外界因素导致数据丢失或者数据不准确 。

在本发明中对温度控制：（1）选择中低热水泥，掺加粉煤灰和外加剂，降低水泥用量。水泥在水化过程中将释放大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。而大体积混凝土结构体积庞大，所用水泥总量较大，在断面尺寸较大的情况下散热较慢、内部热量不断积聚导致温升过高。采用中低热水泥和减少水泥用量可以有效地降低混凝土的绝热升温，加入粉煤灰后，后延迟温峰出现的时间。（2）控制混凝土浇筑温度。混凝土的内部温度是水化热的绝热温升、浇筑温度和结构的散热温度等各种温度的叠加。浇筑温度越高，混凝土的内部温度峰值也越高。（3）优化施工工艺。为保证结构的整体性，混凝土应连续浇筑，并在先期浇筑的混凝土初凝前完成全部浇筑工作。混凝土的浇筑方法分层浇筑厚度30cm，以有效增加散热面积和时间，降低水化热温升。混凝土的收缩值和极限拉伸值，除与水泥用量、骨料品种和级配、水灰比、骨料含泥量等因素有关外，还与施工工艺和养护密切相关。（4）采取切实有效的保温保湿措施，加强对混凝土表面的养护。为保证承台混凝土施工质量，控制温度裂缝的产生，根据Midas/Civil模拟计算结果在施工前制定适当的方式进行保温养护，现场根据温度监数据和外界温度变化，采取相应的养护措施。当气温较低时，混凝土表面要及时覆盖塑料薄膜和足够厚度的土工布保温材料；在承台表面蓄水养护，蓄水深度应在20cm以上，直至养护期结束。

本发明的优点在于：在配合比设计时选用放热量低的水泥，大掺量粉煤灰矿物掺和料，掺加减缩缓凝型外加剂，有效地降低混凝土的温升。通过现场温度监测各层混凝土最高温度在60℃左右，最大温差小于25℃。粉煤灰和减缩型外加剂复掺配制的C40混凝土抗裂性能达到Ⅱ级，有优良的抗裂性能；60d收缩率仅为2.3×10^-4，体积稳定性好。在大体积混凝土的施工中，制定相应的施工工艺能有效地预防了裂缝的产生。

（1）尽量降低混凝土的最高温升，延缓最高温度出现的时间；（2）降低内外温差，使混凝土内温度分布尽量均匀；（3）控制基础温差，以防止混凝土可能出现的贯穿性裂缝；（4）控制上下层温差，以防止可能出现的层间裂缝；(5)控制表面混凝土与大气之间的温差；（6）控制混凝土降温速率。

根据一般承台温控方案和承台无降温管方案，对两种方案在施工工期、安全、经济指标及施工难易程度作如下对比：表1

附图说明

图1 不同粉煤灰掺量水化放热速率图

图2是体积稳定性进行了测试示意图

图3是测温点分布示意图

图4是承台串筒平面分布图

图5混凝土浇注示意图。

具体实施方式

 下面结合附图对本发明做出详细说明：

A：选用原料的准备：为了使砼体早期强度高，水泥的细度应小于0.04mm；水泥：在大体积混凝土中，温差主要是水泥水化放热引起的，因此，应该选用放热量低的水泥，由于水泥的细度会影响水化热的放热速率，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，水泥：海螺牌P.042.5水泥（普通硅酸盐）。

粉煤灰，需水量比98%；掺合料。粉煤灰可提高混凝土的和易性，大大改善混凝土的工作性能和耐久性，取代水泥可以降低水化热，但粉煤灰的掺量较大时对早期强度影响较大。矿粉取代水泥，也可降低水化热，与粉煤灰比较还能提高早期强度。但介于合江长江二桥所处区域的特殊性，配合比未加入矿粉，仅采用大量粉煤灰；粉煤灰：重庆珞璜Ⅱ级粉煤灰，需水量比98%。

粗骨料：粗集料为5～26.5mm连续级配碎石，其含泥量不超过1.0%，压碎值10%；粗骨料。大体积混凝土粗集料为5～26.5mm连续级配碎石，来源稳定。石子分批检验并严格控制其含泥量不超过1.0%。石：泸州江阳远洋建材厂5～26.5mm碎石，压碎值10%；

细集料：采用中砂，含泥量≤1%，细度模数2.6～3.0；外加剂：细集料。采用中砂，含泥量≤1%，细度模数2.6～3.0。砂：宜宾世荣建材中砂，细度模数2.6。

外加剂为缓凝型高效减水剂，减水率25%；外加剂可使混凝土工作性能明显改善，提高耐久性，降低水灰比从而降低水化热。减水剂：减水剂为山西运城城北聚羧酸高效减水剂，减水率25%。上述原料配合比按最大密实骨架堆积法进行配制。

其中混凝土每立方米的配合比为：水泥：240-340Kg，粉煤灰：80-180 Kg，砂735 Kg、石1087 Kg、外加剂3.36 Kg；

表2 为混凝土的配合比试配

B：温度控制：

（1）原材料温度控制：为控制混凝土出机及入模温度，材料温度应符合水泥＜30℃，碎石＜23℃，砂＜20℃的要求，浇筑混凝土前及浇筑过程中对材料温度进行了监测。为避免混凝土出机及入模温度过高，不使用热水泥；若粗集料温度过高时用淋水降温，并进行含水量检测，调整施工配合比；若细集料温度过高时，对细集料进行遮盖。

（2）：温控点布置：浇筑前在承台内部布置温控点，以便更快捷、准确的采集承台内部混凝土温度数据，实现其对混凝土内部温度检测；所述温控点分两层布置，第一层距承台底部1m,第二层距顶部1m，每层布设13个测温点，测温点布设完后用将测温线数据输出端封闭，避免受潮或碰撞等外界因素导致数据丢失或者数据不准确。

C：混凝土的施工：

（1）坍落度满足160-200mm的要求，

（2）浇筑：在承台顶层钢筋下布置布料串筒进行缓降分料作业，浇筑时每层砼从两侧同时往中间进行浇筑，考虑到混凝土的收缩和温度应力，根据要求承台4m高为一次性浇筑；按照图4所示的布料串筒分布进行布料，是确保砼均匀性的重要措施；

（3）振捣：每层厚度30cm混凝土使用振捣棒跟进振捣，振捣间距按50～60cm进行控制，振捣时，振捣棒应插入混凝土内，上、下层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣按照快插慢拔的方式进行，振捣要求为必须振捣至该处混凝土不再下降、气泡不再冒出、表面出现泛浆为止，振捣时移动间距不应超过75cm，为了防止漏振，所述振动棒应插入下层5cm～10cm，为了避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件，所述振动棒与侧模应保持5～10cm的距离；

D：保温养护操作：混凝土浇筑完之后立即用塑料薄膜覆盖混凝土表面进行养护，一方面避免塑性收缩裂缝的出现，另一方面起到保温的作用；上层混凝土顶面待混凝土终凝后进行蓄水养护，蓄水深度20cm以上。混凝土的拆模时间应在浇筑后4-5天，拆模后涂刷养护液并及时保温覆盖，以满足内表温差要求，且拆模时间选择一天中较高温度的时刻。换句话说通过采取切实有效的保温保湿措施，加强对混凝土表面的养护能够保证承台混凝土施工质量，控制温度裂缝的产生，根据Midas/Civil模拟计算结果在施工前制定适当的方式进行保温养护，现场根据温度监数据和外界温度变化，采取相应的养护措施。当气温较低时，混凝土表面要及时覆盖塑料薄膜和足够厚度的土工布、草垫或麻袋等保温材料；在承台表面蓄水养护，蓄水深度应在20cm以上，直至养护期结束。

采用下述方法对原材料以及对混凝土内部的温度检测：

（1）测量材料温度：具体为，将测温探头的插头插入主机插座，按下电源开关，将测温探头金属杆插入被测原材料中，插入深度不少于其长度的1/2，主机上读取温度数据；

（2）测量大体积混凝土温度：根据测温点数量和深度选择测温线，预埋时用钢筋等杆件作支承物，将测温线按照纵向测温点距离绑在支承物上，温度传感器与支承物之间应做隔热处理，在浇筑混凝土时，将绑好测温线的支承物植入混凝土中，温度传感器处于测温点位置，插头留在混凝土外面并用塑料袋罩好，避免潮湿，保持清洁，为便于操作，留在外面的导线长度应大于20cm，测温时，按下主机电源开关，将测温线插头插入主机插座中，主机显示屏上即可显示相应测温点的温度。

采用专业仪器JDC-2进行控制。测温仪主要指标：

（1）测温范围：-30℃～+130℃ （2）测温误差：≤0.5℃(与测温探头配合)；≤1.0°C(与测温线配合) （3）分辨率：0.1℃ （4）操作环境温度:-20℃～+50℃ （5）显示方式：三位半宽温型液晶显示屏 （6）电源，9V积层电池一枚 （7）重量：200g （8）主机体积：135mmX72mmX32mm 。

表3 为混凝土物理力学性能

由表3可得：使用减缩缓凝型高效减水剂试配的混凝土配合比1—6所配制的混凝土拌和物均不离析、不泌水，和易性良好，28d强度＞50MPa。根据设计要求初始坍落度≥200mm，扩展度≥500mm，所设计的配合比4、5和6都满足要求。但塔座及承台部位属于大体积混凝土结构，当混凝土中水泥用量大时，其水化温升高，收缩大，易产生温度裂缝，为此应展开水化热的研究。

下面对混凝土水化放热试验：

采用微热测量仪对表3中设计的配合比1、配合比4和配合比6进行水化放热的测试，测定结果如图1所示。图1为不同粉煤灰掺量水化放热速率图。

从放热速率曲线可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，放热速率不仅向后推移且最大放热速率值也降低，效果较明显。说明粉煤灰的加入，降低了粉煤灰—水泥胶凝体系的水化放热量，掺入的越多，降低的越大，放热速率变慢且后移。因此配合比6在强度和工作性能满足要求的同时，最大限度降低了水泥水化放热，这对于预防承台混凝土裂缝的产生是非常有效的。

下面对抗裂性能试验：

采用平板法测试混凝土的早期开裂性能，试件浇筑、振实、抹平后，立即用塑料薄膜覆盖，保持环境温度为20±1℃，相对湿度为50%，6小时后将塑料薄膜取下，用风扇吹混凝土表面，保持风速一定(0.6m/s)；然后开始观察平板表面的裂缝发生过程，记录试件从浇注起24小时开裂情况，包括裂缝数量、裂缝长度和宽度。对配合比1、4和6的抗裂性能进行了测试，3个配合比均有较好的抗裂性能，结果分析见表4：

表4  混凝土早期开裂试验结果

从表4中数据可以看出，复掺减缩缓凝型外加剂和粉煤灰大大提高了低温升抗裂混凝土的抗裂性能，提高了混凝土的耐久性。外加剂中的减缩组分可以从混凝土毛细孔内的微观结构上降低水的表面张力，减少水分蒸发过程的收缩应力，从而降低混凝土的收缩，达到减少混凝土裂缝的目的。

下面对体积稳定性试验：

测定混凝土收缩时以100mm × 100mm × 515mm的棱柱体试件为标准试件，它适用于骨料最大粒径不超过30mm的混凝土，按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》对配合比1、4和6的体积稳定性进行了测试，试验结果如图2所示：

由图2分析可知由于粉煤灰和减缩缓凝型外加剂的掺入，混凝土的收缩率均较小，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的收缩率减小，配合比6的各龄期混凝土收缩率均为最小值。

下面对混凝土仿真分析：

通过对混凝土抗裂性能和体积稳定性的试验，优选配合比6为塔座及承台最终配合比。合江二桥塔座及承台C40混凝土采用分层浇注的方式施工，承台每层高度为3米，共2层。塔座实心段混凝土高3米，一次浇筑。通过对优化后的大体积混凝土浇注过程的有限元模拟分析，得出优化设计后的配合比6各层最高温度和最大温差；并得到各层混凝土最大主应力。

表5 各层混凝土最高温度与最大温差（℃）

表6混凝土各层最大主应力表（MPa）

表7大体积混凝土劈裂抗拉强度（MPa）

根据仿真分析，各层混凝土的最大温差小于25℃，各层混凝土最大应力均小于混凝土相应龄期的劈裂抗拉强度，混凝土有较高的安全系数。从耐久性能的角度建议塔座及承台大体积混凝土施工采用不通冷却水方案进行施工，保证工程质量同时使工程造价降低，施工速度加快。

Claims (7)

1.一种大体积无降温管砼施工方法，其特征在于该方法包括：

A：选用原料的准备：为了使砼体早期强度高，水泥的细度应小于0.04mm；粉煤灰，需水量比98%；粗骨料：粗集料为5～26.5mm连续级配碎石，其含泥量不超过1.0%，压碎值10%；细集料：采用中砂，含泥量≤1%，细度模数2.6～3.0；外加剂：外加剂为缓凝型高效减水剂，减水率25%；

上述原料配合比按最大密实骨架堆积法进行配制；

B：温度控制：

（1）原材料温度控制：为控制混凝土出机及入模温度，故上述材料温度应符合水泥＜30℃，碎石＜23℃，砂＜20℃的要求； 

（2）：温控点布置：浇筑前在承台内部布置温控点，以便更快捷、准确的采集承台内部混凝土温度数据，实现其对混凝土内部温度检测；

C：混凝土的施工：

（1）坍落度满足160-200mm的要求，

（2）浇筑：在承台顶层钢筋下布置布料串筒进行缓降分料作业，浇筑时每层砼从两侧同时往中间进行浇筑，考虑到混凝土的收缩和温度应力，根据要求承台4m高为一次性浇筑；

（3）振捣：每层厚度30cm混凝土使用振捣棒跟进振捣，振捣间距按50～60cm进行控制，振捣时，振捣棒应插入混凝土内，上、下层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣按照快插慢拔的方式进行，振捣要求为必须振捣至该处混凝土不再下降、气泡不再冒出、表面出现泛浆为止，振捣时移动间距不应超过75cm，为了防止漏振，所述振动棒应插入下层5cm～10cm，为了避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件，所述振动棒与侧模应保持5～10cm的距离，振捣时必须严格杜绝赶浆现象发生，防止砼面的浆液局部堆积，造成局部水化热过高，形成局部开裂点；

D：保温养护操作：其中混凝土浇筑完之后立即用塑料薄膜覆盖混凝土表面进行养护，其目的在于一方面能避免塑性收缩裂缝的出现，另一方面起到保温的作用；上层混凝土顶面待混凝土终凝后进行蓄水养护，蓄水深度20cm以上，混凝土的拆模采用滞后拆除法，即时间应在浇筑后4-5天，在拆模后涂刷养护液并及时采取保温覆盖，以满足内表温差要求。

2.根据权利要求1所述的一种大体积无降温管砼施工方法：其特征在于：上述原料配合比按最大密实骨架堆积法进行配制为混凝土每立方米的配合比为：水泥：240-340Kg，粉煤灰：80-180 Kg，砂735 Kg、石1087 Kg、外加剂3.36 Kg。

3.根据权利要求2所述的一种大体积无降温管砼施工方法：其特征在于：配合比为：

水泥：260-320Kg，

粉煤灰：100-160 Kg，

砂735 Kg，

石1087 Kg，

外加剂3.36 Kg。

4.根据权利要求3所述的一种大体积无降温管砼施工方法：其特征在于：混凝土每立方米的配合比为：水泥：280Kg，粉煤灰：140 Kg，砂735 Kg、石1087 Kg、外加剂3.36 Kg。

5.根据权利要求1所述的大体积无降温管砼施工方法，其特征在于：在保温养护操作步骤中，所述承台上表面进行蓄水养护前先在混凝土的最上表面覆盖上塑料薄膜、土工布、草垫或麻袋。

6.根据权利要求1所述的大体积无降温管砼施工方法，其特征在于：采用下述方法对原材料以及对混凝土内部进行温度检测：

（1）测量材料温度：具体为，将测温探头的插头插入主机插座，按下电源开关，将测温探头金属杆插入被测原材料中，插入深度不少于其长度的1/2，主机上读取温度数据；

（2）测量大体积混凝土温度：根据测温点数量和深度选择测温线，预埋时用钢筋等杆件作支承物，将测温线按照纵向测温点距离绑在支承物上，温度传感器与支承物之间应做隔热处理，在浇筑混凝土时，将绑好测温线的支承物植入混凝土中，温度传感器处于测温点位置，插头留在混凝土外面并用塑料袋罩好，避免潮湿，保持清洁，为便于操作，留在外面的导线长度应大于20cm，测温时，按下主机电源开关，将测温线插头插入主机插座中，主机显示屏上即可显示相应测温点的温度。

7.根据权利要求1所述的一种大体积无降温管砼施工方法，其特征在于：所述温控点分两层布置，第一层距承台底部1m,第二层距顶部1m，每层布设13个测温点，测温点布设完后用将测温线数据输出端封闭，避免受潮或碰撞等外界因素导致数据丢失或者数据不准确。

Images