CN116655335A - 抗裂抗蚀混凝土和地下多跨拱形混凝土结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下多跨拱形混凝土结构，该多跨拱形包括二连拱、三连拱和四连拱中的一种或多种。施工用混凝土采用高抗裂抗蚀高铁低钙硅酸盐水泥辅以优质矿物掺合料配制，充分发挥高铁低钙硅酸盐水泥低水化热、高抗裂和抗蚀性能的优势，从源头上为地下大体积混凝土结构的抗裂提供了选择，在多跨拱形大体积混凝土结构施工中实现跳仓法，并根据拱形顶板混凝土的厚度、单拱跨度及相邻两个浇筑仓施工缝的设置位置进行仓位划分，弥补异型超长、超宽、超厚大体积混凝土结构跳仓法施工的空白，抗裂抗蚀效果优异，提升了地下多跨拱形大体积混凝土结构整体质量和稳定性，解决了传统后浇带法造成的施工质量难以保证、工期长、成本高的难题。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，特别是涉及抗裂抗蚀混凝土和地下多跨拱形混凝土结构及施工方法。
背景技术
混凝土是基础设施建设的重要材料，其中大体积混凝土在地下工程中广泛应用。基于地下结构工程的安全要求和使用功能，尤其是受离子耦合作用侵蚀、微生物破坏、碳化破坏等多种复杂环境影响大，对混凝土性能要求高。地下结构工程为隐蔽工程，一旦出现质量问题，后期修复处理的难度和成本较大。特别是针对异型超长、超宽、超厚等特点的多跨拱形混凝土结构，所用的混凝土工作性能、耐久性能及施工方法达到设计及施工要求，提出了更高标准。
因此，在混凝土施工过程中，工作性能、力学性能、低热、抗蚀、抗裂性能均是关键指标。国内大量研究和专利主要采用低热硅酸盐水泥或大掺量矿物掺合料来减少水泥用量，降低混凝土的入模温度和绝热温升，减少裂缝，例如：公布日为2014年10月22日，公布号为CN104108890A的专利文献中，公开了《一种掺加改性偏高岭土的海工水泥》，其原材料为：硅酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、硅灰、白炭黑及改性偏高岭土。公布日为2021年6月18日，公布号为CN112979239A的专利文献中公开了《一种高强、抗裂大体积混凝土》，混凝土的原料为低热硅酸盐水泥，改性矿物掺合料，中砂，连续级配碎石，水和功能型复合外加剂。上述技术方案涉及的混凝土的原料中均以偏高岭土、钢渣、矿渣等活性掺合料大比例取代水泥。其抗蚀性较差，难以在地下、海洋、干湿循环、高温/冻融等高腐蚀严酷环境地区的大体积混凝土结构中长久服役。虽然普通硅酸盐水泥历史悠久，运用广泛，但由于其矿物组成和水化产物特点，在大体积混凝土工程抗蚀抗裂提升应用依然受限。
目前，地下拱形结构多采用暗挖法进行施工，如隧洞涵等工程，而地上覆土种植广场并有载重车道的地下建筑结构，其结构较为复杂，是一种结构顶板的长、宽、厚尺寸及单拱跨度均较大的异型多跨拱形大体积混凝土结构，通常采用明挖整体连续浇筑施工，为避免施工冷缝的出现，混凝土需不间断浇筑，对混凝土的供量要求非常高。而跳仓法解决了混凝土供量的问题的应用较为广泛，其成功案例较多，如公共建筑、住宅工程、厂房等项目；但只限于在平面顶板、地下基础底板和地坪施工应用。原因主要分为三点：其一，拱板具有结构复杂，弧面跨度大且不等跨，厚度差异悬殊，结构应力分布不均等难题，所需技术含量高，实施难度大；其二，大体积混凝土放热量较大，普通硅酸盐水泥混凝土无法有效降低放热量及提升结构的耐久性；其三，跳仓法搭配的普通硅酸盐水泥混凝土施工难以满足地下多跨拱形混凝土结构上部覆土荷载大、自防水、抗裂和抗蚀等严苛要求。目前还未有消除混凝土温度应力和裂纹的有效方法，理论数据和实践经验相对比较匮乏。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供抗裂抗蚀混凝土和地下多跨拱形混凝土结构及施工方法。从关键原材料上，突破传统普通硅酸盐水泥矿物范围，使用高铁低钙硅酸盐水泥替代普通硅酸盐水泥，通过提升熟料中C4AF含量，降低C3S含量，充分发挥C4AF优异的早强、抗侵蚀性能，并通过搭配优质矿物掺合料制备大体积混凝土；从施工方案上，采用“跳仓法”施工工艺替代传统“后浇带”施工方案。将关键材料与施工工艺二者有机协同，彻底弥补了地下异型超长、超宽、超厚大体积混凝土结构跳仓法施工的空白，不仅解决了传统后浇带法造成的施工质量难以保证、延长工期、增加成本的难题，而且减少了结构的温度裂缝，结构的整体质量和稳定性得到提升，抗裂抗渗效果优异。本发明可以解决地下超长、超宽、超厚多跨拱形结构的施工中难以控制裂缝的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种地下多跨拱形混凝土结构，所述的多跨拱形包括二连拱、三连拱和四连拱中的一种或多种，且不等跨，单拱跨度介于10~30 m；所述多跨拱形的顶板由连跨弧面的混凝土形成，其长、宽、厚分别超过60 m、30 m、1 m；顶板拱顶处最小的厚度为1.0m，顶板拱脚处最大的厚度为2.5m；所述的地下多跨拱形的横截面为变截面。
本发明中提出了用于地下多跨拱形混凝土结构施工的抗裂抗蚀混凝土，每立方米所述的混凝土的原料配合比为：高铁低钙硅酸盐水泥220~340 kg/m3、粉煤灰90~150 kg/m3、矿粉40~80 kg/m3、高温煅烧贝壳粉0~10 kg/m3、CSA抗硫酸盐阻锈膨胀抗裂防水剂20~40kg/m3、纳米晶核5~30 kg/m3、减水剂7~10.5 kg/m3、砂700~760 kg/m3、石1050~1080 kg/m3、水140~155 kg/m3；所述混凝土的制备是按照上述原料配合比，先将原料中的干料混合均匀后加液状原料，搅拌均匀，所述混凝土入泵坍落度为200±20 mm。
进一步讲，本发明所述的抗裂抗蚀混凝土，其中：
所述的高铁低钙硅酸盐水泥，其C4AF质量分数大于15%，C3A质量分数介于0~5%，28d抗压强度大于60MPa，7 d水化热低于290 kJ/kg，干燥收缩率低于700×10-6。
所述高温煅烧贝壳粉按照下述步骤制备，贝壳经磨机粉磨形成粉体，时长10~300min，转速10~500 rpm，所述高温煅烧贝壳粉在900~1100 ℃煅烧，煅烧时间2~4 h，高温煅烧后的贝壳粉中CaO质量分数超过80%。
所述纳米晶核为铝硅酸钙纳米晶核，其中，钙与硅的摩尔比介于0.2~1.8，铝与硅的摩尔比介于0.01~0.1；所述纳米晶核固含量介于15%~35%；所述纳米晶核的制备方法是火山灰反应法、溶胶凝胶法、沉淀法和化学共沉淀法中的任何一种。
所述石选用5~10 mm和10~16.5 mm及16.5~31.5 mm中的一种或两种碎石或卵石复配。
同时，本发明中还提出了地下多跨拱形混凝土结构施工方法，施工所用混凝土材料采用上述混凝土，采用明挖、整体现浇方式，针对其顶板采用跳仓方式，该施工方法包括以下步骤：
步骤1）在混凝土原材料进场后进行理化性质的检验分析，并制备混凝土；
步骤2）根据地下多跨拱形顶板混凝土的厚度、单拱跨度及相邻两个浇筑仓施工缝的设置位置，对所述的地下多跨拱形顶板混凝土进行仓位的初步划分；其中，相邻两个浇筑仓的施工缝是设置在拱板跨度的三分之一处或拱板中部位置；基于MIDAS/FEA有限元仿真软件对所述的地下多跨拱形混凝土结构进行跳仓法浇筑的温度应力分析，根据仿真得到的温度云图和GB 50496—2018《大体积混凝土施工标准》，确定混凝土浇筑和养护过程中的温度控制措施；根据所用混凝土的收缩量、每个仓位及单次所有仓位的浇筑施工时间、搅拌站供应能力确定仓位划分图纸、跳仓间隔天数和施工顺序；
步骤3）大体积混凝土结构模板支设及钢筋布设；
步骤4）按照设置的测温点布置测温元件；所述的测温元件用于测量混凝土底部、中部、表面三处的温度变化数值，底部和表面的测温元件分别距离底部和表面50 mm；对于二连拱形，将测温元件布置在拱板外部两侧及两拱间凹处位置的下方，对于三连及以上拱形，将测温元件布置在拱板外部两侧及中间拱顶的拱肩两侧；
步骤5）在施工缝处绑扎/焊接钢筋骨架、20目钢丝网形成堵头网，并安装3 mm止水钢板，所述止水钢板在沿长度方向上，其宽度截面的两个边缘上翘；
步骤6）验收钢筋、模板及预埋件；
步骤7）对所有仓位实施间隔跳仓浇筑混凝土，包括：完成一部分仓位的混凝土浇筑，间隔一定时间后，对剩余部分的仓位实施浇筑混凝土；在每次混凝土浇筑后均对混凝土覆盖保温棉布进行蓄湿养护，并在混凝土初凝至保温养护结束过程中通过测温元件持续测温；
步骤8）依次进行施工缝处理和混凝土表面处理；
步骤9）拆除模板、撤除保温棉布；
步骤10）按照GB 50300-2013《建筑工程施工质量验收统一标准》对大体积混凝土结构进行验收检测。
进一步讲，本发明所述施工方法中，
间隔跳仓浇筑混凝土是按品字状间隔跳仓实现第一次混凝土浇筑，间隔7天，再对剩余仓位进行混凝土浇筑。
所述仓位的初步划分是：按照横截面方向分为若干个仓，且每个仓的横向尺寸为15 m ~25 m，每个仓沿长度方向尺寸为33m~38m。
步骤5）的处理过程是，通过在施工缝处采用双向方格钢筋骨架搭配20目钢丝网形成堵头网封堵混凝土，无需凿毛处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明提出的混凝土，属于高铁低钙水泥混凝土，从关键材料上直接减少水泥和掺合料的使用，提升混凝土的工作性能，降低混凝土的入模温度，降低混凝土的绝热温升，降低温度裂缝发生几率，同时，解决了由于掺合料来源不同、品质不同以及与外加剂兼容性的问题。
（2）本发明提出的在高铁低钙水泥混凝土中加入贝壳粉能够持续溶出较多的Ca2+，有效保证碱性水化环境，纳米晶核的存在促进混凝土中更多C-A-S-H凝胶、C3(A,F)H6等水化产物生成，有利于混凝土强度和耐久性发展。
（3）本发明提出的在高铁低钙水泥混凝土中C-A-S-H凝胶、C3(A,F)H6等水化产物交错搭接，簇状生成，相比普通水泥混凝土，能够在短时间内保证硬化区与未硬化区之间的界面生长更完全，结构更加紧密。在跳仓施工方法作用下，致密的混凝土结构提升了接缝质量，有效抵抗地下环境中水分子渗透、离子复合侵蚀等严酷环境挑战。
（4）本发明提出的地下多跨拱形混凝土结构属于地上覆土种植广场并有载重车道的地下结构，具体的，属于地下长、宽、厚分别超过为60 m、30 m、1 m，单拱跨度介于10~30 m的异型多跨拱形大体积混凝土结构，该结构具有体积大、连跨弧面、不等跨、厚度差异大的复杂结构特点。其结构满足空间及功能使用要求且足以抵抗地上覆土荷载，集自防水、抗裂和抗蚀优势于一体。
（5）本发明提出的地下多跨拱形混凝土结构施工方法采用明挖、整体现浇方式，避免施工冷缝，采用跳仓施工法，突破传统整体连续浇筑方式，减轻混凝土一次性供量要求。将施工缝设置于拱板跨度的三分之一处或拱板中部位置，有效抵抗温度应力。施工缝采用钢筋骨架、20目钢丝网形成堵头网，有效封堵混凝土溢出，无需凿毛，且表面粗糙，接触面积增大，有效保证硬化区与未硬化区之间的界面结合更紧密。采用水平设置止水钢板，且止水钢板上翘，依靠底部水膜将外部压力水的渗透路径改变，提升抗渗性能。
（6）本发明提出的抗裂抗蚀混凝土和地下多跨拱形混凝土结构及施工方法，结构特殊，相较于普通水泥混凝土及传统施工方法，采用高铁低钙水泥混凝土搭配跳仓施工方法，保证了结构质量，有效缩短工期，节约成本，具有明显的经济和社会效益。同时，弥补了地下异型超长、超宽、超厚大体积混凝土多跨拱形结构跳仓法施工的空白。
附图说明
图1为本发明地下多跨拱形大体积混凝土结构跳仓施工方法的流程图；
图2为研究材料中拱板分仓及测温点布置平面示意图；
图3为研究材料中拱板分仓、施工缝及测温点透视示意图；
图4为研究材料中施工缝中堵头网大样示意图；
图5为研究材料中三连拱大体积混凝土结构的尺寸示意图；
图6是施工方法中，针对三连拱大体积混凝土结构拱间测温点布置示意图；
图7为研究材料中拱板表层某处测点工程实测结果；
图8为研究材料中拱板表层某处测点数值仿真结果。
图中：A指代先浇仓，B指代后浇仓，A1~A4和B1~B4指代分别同时浇筑的仓格编号，C指代钢筋骨架，D指代3 mm止水钢板，E指代C-A-S-H凝胶、C3(A,F)H6等水化产物，F指代先浇侧绑扎的20目钢丝网，G指代堵头网，H指代测温点。
具体实施方式
在混凝土原材料设计应使混凝土在满足强度要求下，尽量减小绝热温升，减小混凝土收缩的前提下具有优异的施工性能。主要从坍落度、水灰比、砂率、坍落度损失和强度等方面进行反复的试验调整，以此来确定混凝土的配合比，确定混凝土满足和易性优异、抗压强度富余10%，抗氯离子电通量低于700 C等性能指标。
水泥是混凝土的关键材料，特别其对大体积混凝土的绝热温升控制、自收缩变形发挥至关重要的作用。水泥的品种和用量直接影响到混凝土的力学性能、温度变形、收缩变形。故本发明的混凝土配方中，水泥选用具有低水化热特性的高铁低钙硅酸盐水泥，其突破传统普通硅酸盐水泥矿物组成范围，利用高铁低钙硅酸盐水泥配制混凝土，提高工作性能，降低入模温度，从关键材料上控制裂缝。所选用的水泥质量符合国家标准要求，且质量稳定，与掺合料、外加剂的适应性优异。本发明研究开发过程中，遵照现行技术规范JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》和施工总要求，本发明中的混凝土采用高抗蚀抗裂高铁低钙硅酸盐水泥辅以优质矿物掺合料配制，通过试验室试拌、掺量调整，最终确定了混凝土配合比的数值范围如下：
每立方米所述的混凝土的原料配合比为：高铁低钙硅酸盐水泥220~340 kg/m3、粉煤灰90~150 kg/m3、矿粉40~80 kg/m3、高温煅烧贝壳粉0~10 kg/m3、CSA抗硫酸盐阻锈膨胀抗裂防水剂20~40 kg/m3、纳米晶核5~30 kg/m3、减水剂7~10.5 kg/m3、砂700~760 kg/m3、石1050~1080 kg/m3、水140~155 kg/m3；所述混凝土的制备是按照上述原料配合比，先将原料中的干料混合均匀后加液状原料，搅拌均匀。
所述的高铁低钙硅酸盐水泥，其C4AF质量分数大于15%，C3A质量分数介于0~5%，28d抗压强度大于60 MPa，7 d水化热低于290 kJ/kg，干燥收缩率低于700×10-6。
所述纳米晶核为铝硅酸钙纳米晶核，其中，钙与硅的摩尔比介于0.2~1.8，铝与硅的摩尔比介于0.01~0.1；所述纳米晶核固含量介于15%~35%；所述纳米晶核的制备方法是火山灰反应法、溶胶凝胶法、沉淀法和化学共沉淀法中的任何一种。
所述石选用5~10 mm和10~16.5 mm及16.5~31.5 mm一种或两种碎石或卵石复配，要求级配合理，空隙率低于40%，压碎值小，硬度高，含泥量低。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
研究材料：
本研究材料中按照表1提供原料，然后将原料中的干料混合均匀后再添加减水剂、纳米晶核、水等液状原料，搅拌均匀。
本实施例中，所述高铁低钙硅酸盐水泥的C4AF质量分数18%，C3A质量分数1.3%。所述砂选用中粗等机制砂复合使用，石粉含量应控制在2.5%以内。所述石选用5~10 mm和10~16.5 mm中的两种碎石的复配。所述纳米晶核为铝硅酸钙纳米晶核，其中，钙与硅的摩尔比1.0，铝与硅的摩尔比0.06；所述纳米晶核固含量25%。所述高温煅烧贝壳粉的制备是贝壳经磨机粉磨形成粉体，时长150 min，转速300 rpm，所述高温煅烧贝壳粉在1000 ℃煅烧，煅烧时间3 h，采用荧光分析法检测，制备所得高温煅烧后的贝壳粉中CaO质量分数为83%。
根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对混凝土的入泵坍落度进行测试，入泵坍落度为200±20 mm，具有优良的和易性。为了保证混凝土在浇筑过程中不离析，要求混凝土具有足够的粘聚性，在泵送过程中不泌水、不离析，根据JGJ/T 10-2011《混凝土泵送技术规范》规定泵送混凝土10秒的相对压力泌水率不得超过40%。
经过试配，混凝土的28 d和56 d的抗压强度、56 d电通量均达到要求，如表2所示。
通过上述关键原料优选和配合比优化，最终确定的混凝土配合比具有低热、高抗蚀抗裂性能，可适用于地下大体积混凝土结构。
本发明中所述的地下多跨拱形混凝土结构不仅长、宽、厚满足大体积混凝土尺寸要求，而且还包括二连拱、三连拱和四连拱中的一种或多种，且不等跨，单拱跨度介于10~30m；所述多跨拱形的顶板由连跨弧面的混凝土形成，其长、宽、厚分别超过60 m、30 m、1 m；顶板拱顶处最小的厚度为1.0m，顶板拱脚处最大的厚度为2.5m。
本研究材料中，是一个三连拱的大体积混凝土结构，该三连拱的大体积混凝土结构部分拱板与墙体交接，长度的两端为不平齐的，顶板的长度为66 m到73 m，宽度为75.3m，厚度为1 m，拱肩区域厚度为2.5 m。
跳仓法适用于基础底板和地下室外墙等的施工，但目前尚未在地下超长、超宽、超厚的多跨拱形顶板结构中得到应用，理论数据和实践经验相对比较匮乏，采用传统后浇带法难以保证后浇带处的施工质量，对工期造成不利的影响，且后浇带的存在会导致模板及支撑体系的费用增加，跳仓法可以有效降低大体积混凝土的裂缝产生概率。根据施工要求，采用跳仓法替代传统后浇带法。
如图1所示，本发明施工方法包括如下步骤：
步骤1）在高铁低钙水泥混凝土原材料进场后分别对其进行理化性质的检验分析，按照前述方法制备大体积混凝土材料。
步骤2）根据地下多跨拱形顶板混凝土的厚度、单拱跨度及相邻两个浇筑仓施工缝的设置位置，对所述的地下多跨拱形顶板混凝土进行仓位的初步划分；基于MIDAS/FEA有限元仿真软件对所述的地下多跨拱形混凝土结构进行跳仓法浇筑的温度应力分析，根据仿真得到的温度云图和《大体积混凝土施工标准》GB 50496-2018，确定混凝土浇筑和养护过程中的温度控制措施；根据所用混凝土的收缩量、每个仓位及单次所有仓位的浇筑施工时间、搅拌站供应能力确定仓位划分图纸、跳仓间隔天数和施工顺序。
各分仓相互独立，非相邻分仓可同时施工，封仓必须达到跳仓时间方能进行；将整体面积按照分区原则划分成若干个分仓的长度及宽度控制在40 m×40 m以内的仓格。相邻两个浇筑仓之间的缝隙为施工缝，通过分析计算结构的受力条件和应力状态，所述各仓之间的施工缝设置在受力较小的位置，即施工缝宜设置在拱板跨度的三分之一处或拱板中部位置。
研究材料中，所述的地下多跨拱形混凝土结构是C60三连拱大跨度大体积混凝土，其整体的长宽厚为长度66米到73米，宽度为75.3，厚度是拱顶处为1.0 m，逐步过渡到拱肩处的2.5m，三连拱的跨度依次为23.8m、21.5m和25.0m，如图5所示。由于拱形顶板混凝土厚度不规则，各个部位水化热及温度变化规律不尽相同。基于MIDAS/FEA有限元仿真软件，进行跳仓法浇筑的水化热分析，得出大体积混凝土浇筑后的温度应力场，以指导大体积混凝土的实际施工和温控措施。模拟过程中，将大体积混凝土进行提前分仓处理，横截面方向分为四仓，两头宽度均为16m，中间分别为25m、15m，长度方向33m~38m不等，详见图2，赋予不同仓块对应的混凝土单元不同的编号，同时也示出了测温点布置于仓格交汇处及拱板外部两侧和中间拱顶的拱肩两侧；图3是图2虚线所标的透视图，同时，图3示出了多跨拱形沿箭头所示方向截面是不同的；A-1~A-4仓块部分为第1次跳仓施工一次性浇筑，B-1~B-4仓块部分为第2次施工一次性浇筑，将首先浇筑的A-1~A-4仓块激活并进行温度场模拟，施工段间隔时间为7天，当浇筑间隔7天后再激活B-1~B-4仓块混凝土，考虑实际的龄期差进行模拟计算。两次混凝土浇筑的时间间隔比较长，因此，选取第48h、第168h(7d)作为第1次混凝土浇筑时的典型仓块进行分析。在第2次浇筑完成之后，混凝土的温度场因为有新老两种混凝土有共同作用，混凝土的温度变化显得较为剧烈，选取第216h(9d)、第264h(11d)、第336h(14d)的温度云图作为研究对象。根据温度变化发展曲线图可知，大体积混凝土的整体温度变化过程为先上升再下降，且升温速度明显大于降温速度，表明混凝土在浇筑后温度短期内急剧上升但降温持续时间较长，同时根据《大体积混凝土施工标准》GB 50496-2018中的温度监测与控制的要求确定混凝土浇筑和养护过程中的温度控制措施以满足温度及温差的规定，依据《大体积混凝土施工标准》GB 50496-2018对仿真得到的温度云图进行分析确定具体的温度控制措施属于本技术领域的公知常识，在此不再赘述。同时通过对研究材料中所用混凝土使用配合比实验室测定收缩量0.196mm/m，小于一般混凝土0.3mm/m，跳仓间隔7～10天，收缩释放达到60%～80%，降低了收缩开裂风险，本研究材料中跳仓间隔确定为7天。结合搅拌站供应能力，按照分区原则将大体积混凝土拱形顶板区域划分成8个区域，总浇筑方量达8480m³，A-1区浇筑方量950m³，A-2区浇筑方量1225m³，A-3区域浇筑方量1320m³，A-4区域浇筑方量825m³，B-1区浇筑方量875m³，B-2区浇筑方量1140m³，B-3区浇筑方量1320m³，B-4区浇筑方量825m³.单次浇筑量控制在1000m³左右，施工拱形顶板浇筑纵向长度按33～38m划分，按照A-1至A-4、B-1至B-4的顺序逐一浇筑，使混凝土收缩得以有效释放。
步骤3）大体积混凝土结构模板支设及钢筋布设。
步骤4）布置测温元件或测温孔，由于拱板与墙体交接处钢筋混凝土厚度较大，须测量混凝土底部、中部、表面三处的温度变化数值，底部和表面分别距离底部和表面50 mm。在二连拱中，将测温元件或测温孔布置在拱板外部两侧及两拱间凹处位置以下，在三连拱中，将测温元件或测温孔布置在拱板外部两侧及中间拱顶的拱肩两侧。如图6所示，在三连拱大体积混凝土结构底部、中部、表面三处现场预埋50 mm PVC管，混凝土初凝后到保温养护结束，测量记录三处混凝土的温度变化数值并及时描绘出各点温度变化曲线，温度过低时，做好保温养护，后续暂不允许施工，温度过高时，应采取降温措施，现场泵送应采取添加冰块，用草帘或麻袋覆盖并浇水降温。
步骤5）绑扎/焊接钢筋骨架、20目钢丝网，形成堵头网，安装3 mm止水钢板。图4为施工缝中堵头网大样示意图。具体过程是：采用双向方格骨架，如图4所示。用20目钢丝网封堵混凝土，保证跳仓接缝质量，同时可以避免混凝土的凿毛处理。堵头网处混凝土表面粗糙，接触面积增大，有效保证硬化区与未硬化区之间的界面结合更紧密。采用水平设置止水钢板，且止水钢板上翘，依靠底部水膜将外部压力水的渗透路径改变，提升抗渗性能。
步骤6）验收钢筋、模板及预埋件。
步骤7）对所有仓位实施间隔跳仓浇筑混凝土，包括：完成一部分仓位(（图2和图3中所示的A-1~A-4）的混凝土浇筑，间隔7天后，经过7天时间的应力释放后，在温度收缩应力较小的时候，再浇筑剩余的若干个小块体（B1~B4），将各个仓块连成一体，依靠此时混凝土相对较大的抗拉强度抵抗后期的温度收缩应力，且两侧混凝土水化产物交错搭接，使相邻两仓结合更紧密。
通过跳仓施工法，将后浇带改为施工缝，施工工艺简单，缩短施工工期。先完成部分浇筑仓的第一次混凝土的浇筑，安排专职技术管理人员开始对混凝土进行养护，并从混凝土初凝到保温养护结束持续测温；实现第一次混凝土浇筑后，间隔7天后，使用混凝土浇筑剩余部分的浇筑仓，继续养护和测温，本研究材料中，在进行每个仓位浇筑时，按“品”字状跳仓浇筑混凝土，间隔7 d后，再进行倒“品”字状填仓浇筑混凝土，混凝土浇筑采用分层布料、分层振捣、斜坡推进法，以保证充分收缩，避免有害裂缝产生。
步骤8）进行施工缝处理，通过在施工缝处采用双向方格钢筋骨架搭配20目钢丝网形成堵头网封堵混凝土，无需凿毛处理，如图4所示；并对混凝土表面进行处理。
步骤9）拆除模板、撤除保温棉布等。
步骤10）专业机构人员按照GB 50300-2013《建筑工程施工质量验收统一标准》对大体积混凝土结构进行验收检测后，工程结构完工并交付。该步骤中根据标准进行验收检测是本技术领域的公知常识。
本研究材料中，采用Midas Fea软件有限元模拟大体积混凝土的水化热及温度场的变化规律，对比分析有限元模拟结果与工程实测数据，如图7和图8所示，去除客观环境因素，所述Midas Fea软件有限元模拟的结果与工程实测的结果趋势几乎一致，温度峰值也较为接近，误差控制在工程允许范围内，有效验证了使用有限元模拟软件模拟混凝土水化放热过程的可靠性。
综上，本发明中设置的混凝土的原料及其配比，可以充分发挥高铁低钙硅酸盐水泥C4AF含量高具有低水化热、高抗蚀和抗裂性能的优势，从源头上为地下大体积混凝土结构的抗裂提供了选择；本发明中对于多跨拱形大体积混凝土顶板实现跳仓法，通过合理的仓格划分、优化混凝土配合比、控制入模温度、加强混凝土养护等技术措施确保“跳仓法”实施效果，能够彻底弥补异型超长、超宽、超厚大体积混凝土结构跳仓法施工的空白，不仅解决了传统后浇带法造成的施工质量难以保证、延长工期、增加成本的难题，同时也保证了地下结构的整体抗蚀抗裂效果，而且减少了结构的温度裂缝，最终裂缝控制效果良好，无肉眼可见裂缝，结构的整体质量和稳定性得到提升，抗裂抗渗效果优异。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，例如，将本发明施工方法用于等跨的大体积地下多跨拱形混凝土结构、或是横截面为变截面的地下多跨拱形混凝土结构的施工，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种抗裂抗蚀混凝土，其特征在于，用于地下多跨拱形混凝土结构的施工，每立方米所述的混凝土的原料配合比为：高铁低钙硅酸盐水泥220~340 kg/m3、粉煤灰90~150 kg/m3、矿粉40~80 kg/m3、高温煅烧贝壳粉0~10 kg/m3、CSA抗硫酸盐阻锈膨胀抗裂防水剂20~40kg/m3、纳米晶核5~30 kg/m3、减水剂7~10.5 kg/m3、砂700~760 kg/m3、石1050~1080 kg/m3、水140~155 kg/m3；
所述混凝土的制备是按照上述原料配合比，先将原料中的干料混合均匀后加液状原料，搅拌均匀，所述混凝土入泵坍落度为200±20 mm。
2.根据权利要求1所述的抗裂抗蚀混凝土，其特征在于，所述的高铁低钙硅酸盐水泥，其C4AF质量分数大于15%，C3A质量分数介于0~5%，28 d抗压强度大于60 MPa，7 d水化热低于290 kJ/kg，干燥收缩率低于700×10-6。
3.根据权利要求1所述的抗裂抗蚀混凝土，其特征在于，所述高温煅烧贝壳粉按照下述步骤制备，贝壳经磨机粉磨形成粉体，时长10~300 min，转速10~500 rpm，然后将贝壳粉在900~1100 ℃煅烧，煅烧时间2~4 h，高温煅烧后的贝壳粉中CaO质量分数超过80%。
4.根据权利要求1所述的抗裂抗蚀混凝土，其特征在于，所述纳米晶核为铝硅酸钙纳米晶核，其中，钙与硅的摩尔比介于0.2~1.8，铝与硅的摩尔比介于0.01~0.1；所述纳米晶核固含量介于15%~35%；所述纳米晶核的制备方法是火山灰反应法、溶胶凝胶法、沉淀法和化学共沉淀法中的任何一种。
5.根据权利要求1所述的抗裂抗蚀混凝土，其特征在于，所述石选用5~10 mm和10~16.5mm及16.5~31.5 mm中的一种或两种碎石或卵石复配。
6.一种地下多跨拱形混凝土结构的施工方法，所述的地下多跨拱形包括二连拱、三连拱和四连拱中的一种或多种，且不等跨，单拱跨度介于10~30 m；所述地下多跨拱形的顶板由连跨弧面的混凝土形成，其长、宽、厚分别超过60 m、30 m、1 m；顶板拱顶处最小的厚度为1.0m，顶板拱脚处最大的厚度为2.5m，所述的地下多跨拱形的横截面为变截面；其特征在于，施工所用混凝土材料采用如权利要求1-5中任一所述的混凝土，采用明挖、整体现浇方式，针对其顶板采用跳仓方式，该施工方法包括以下步骤：
步骤1）在混凝土原材料进场后进行理化性质的检验分析，并制备混凝土；
步骤2）根据地下多跨拱形顶板混凝土的厚度、单拱跨度及相邻两个浇筑仓施工缝的设置位置，对所述的地下多跨拱形顶板混凝土进行仓位的初步划分；其中，相邻两个浇筑仓的施工缝是设置在拱板跨度的三分之一处或拱板中部位置；基于MIDAS/FEA有限元仿真软件对所述的地下多跨拱形顶板混凝土结构进行跳仓法浇筑的温度应力分析，根据仿真得到的温度云图和GB 50496—2018《大体积混凝土施工标准》，确定混凝土浇筑和养护过程中的温度控制措施；根据所用混凝土的收缩量、每个仓位及单次所有仓位的浇筑施工时间、搅拌站供应能力确定仓位划分图纸、跳仓间隔天数和施工顺序；
步骤3）大体积混凝土结构模板支设及钢筋布设；
步骤4）按照设置的测温点布置测温元件；所述的测温元件用于测量混凝土底部、中部、表面三处的温度变化数值，底部和表面的测温元件分别距离底部和表面50 mm；对于二连拱形，将测温元件布置在拱板外部两侧及两拱间凹处位置的下方，对于三连及以上拱形，将测温元件布置在拱板外部两侧及中间拱顶的拱肩两侧；
步骤5）在施工缝处绑扎/焊接钢筋骨架、20目钢丝网形成堵头网，并安装3 mm止水钢板，所述止水钢板在沿长度方向上，其宽度截面的两个边缘上翘；
步骤6）验收钢筋、模板及预埋件；
步骤7）对所有仓位实施间隔跳仓浇筑混凝土，包括：完成一部分仓位的混凝土浇筑，间隔一定时间后，对剩余部分的仓位实施浇筑混凝土；在每次混凝土浇筑后均对混凝土覆盖保温棉布进行蓄湿养护，并在混凝土初凝至保温养护结束过程中通过测温元件持续测温；
步骤8）依次进行施工缝处理和混凝土表面处理；
步骤9）拆除模板、撤除保温棉布；
步骤10）按照GB 50300-2013《建筑工程施工质量验收统一标准》对大体积混凝土结构进行验收检测。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，间隔跳仓浇筑混凝土是按品字状间隔跳仓实现第一次混凝土浇筑，间隔7天，再对剩余仓位进行混凝土浇筑。
8.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述仓位的初步划分是：按照横截面方向分为若干个仓，且每个仓的横向尺寸为15 m ~25 m，每个仓沿长度方向尺寸为33m~38m。
9.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，步骤5）的处理过程是，通过在施工缝处采用双向方格钢筋骨架搭配20目钢丝网形成堵头网封堵混凝土，无需凿毛处理。
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