橋梁承臺(tái)大體積混凝土超時(shí)緩凝事故的分析與處理

常玉斌，楊翔

(重慶建工市政交通有限責(zé)任公司，重慶 400021)

1 工程概況

重慶某跨江大橋?yàn)橐蛔骺?88m 的單跨懸索橋，其北側(cè)主塔基礎(chǔ)設(shè)置有兩個(gè)分離式承臺(tái)，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，空間尺寸達(dá)到20.5m×20.5m×6.0m，為大體積混凝土。由于大體積混凝土澆筑過程水泥水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)法散失，會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫，從而影響施工質(zhì)量及工程結(jié)構(gòu)安全。于是，該承臺(tái)在施工過程中采取了多項(xiàng)控溫施工措施，包括優(yōu)化混凝土配合降低水泥用量、使用超緩凝劑延緩水泥的水化放熱速度、預(yù)埋冷卻管道降低內(nèi)部溫度、進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)控制內(nèi)外溫差等。但是，在養(yǎng)護(hù)過程中，卻出現(xiàn)了令人意想不到的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)承臺(tái)內(nèi)部溫度偏低，承臺(tái)頂面混凝土14 天未硬化，出現(xiàn)超時(shí)緩凝現(xiàn)象。

2 超時(shí)緩凝現(xiàn)象調(diào)查

通過對(duì)承臺(tái)頂面混凝土的查看，發(fā)現(xiàn)松軟、無(wú)強(qiáng)度的混凝土全部位于承臺(tái)下游半?yún)^(qū)（見圖1），通過對(duì)承臺(tái)下游三個(gè)側(cè)面混凝土的查看，確定發(fā)生超時(shí)緩凝的混凝土厚度約2m（4個(gè)澆筑層）。由此，劃定超時(shí)緩凝混凝土的分布范圍為承臺(tái)的下游半?yún)^(qū)，厚度2m，位于該范圍內(nèi)的混凝土在澆筑完成14d后仍未凝結(jié)硬化，越靠近承臺(tái)下游側(cè)及頂面，超時(shí)緩凝程度就越嚴(yán)重。

而對(duì)于超時(shí)緩凝區(qū)域以外的混凝土，雖然已凝結(jié)硬化，但強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著低于預(yù)期（采用回彈法對(duì)上游側(cè)混凝土進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，結(jié)果小于10MPa）。

圖1 超時(shí)緩凝混凝土的分布范圍

表1 承臺(tái)大體積混凝土生產(chǎn)配合比 kg/m3

3 超時(shí)緩凝的原因分析

3.1 混凝土生產(chǎn)記錄查閱

承臺(tái)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土預(yù)期凝結(jié)時(shí)間為20～30 小時(shí)，混凝土配合比見表1，混凝土由該橋梁工程配套的現(xiàn)場(chǎng)攪拌站兩條生產(chǎn)線（A 線和B 線）集中生產(chǎn)。

調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)攪拌站的原材料儲(chǔ)存與計(jì)量設(shè)備可知，混凝土生產(chǎn)采用全自動(dòng)設(shè)備，各種原材料尤其是水泥、粉煤灰和礦粉有獨(dú)立的儲(chǔ)存粉料倉(cāng)，而且粉料倉(cāng)入口管有防錯(cuò)裝置，即不同材料輸送管接口不同，不可能發(fā)生水泥、粉煤灰和礦粉裝錯(cuò)料倉(cāng)的情況。

查閱混凝土生產(chǎn)記錄可知，混凝土生產(chǎn)過程中水泥、粉煤灰、礦粉使用數(shù)量與生產(chǎn)配合比基本一致，實(shí)際計(jì)量與理論數(shù)量的最大偏差（見表2），符合標(biāo)準(zhǔn)GB14902-2003《預(yù)拌混凝土》關(guān)于原材料的計(jì)量允許偏差的要求。

表2 每盤混凝土原材料的計(jì)量偏差

3.2 混凝土施工日志查閱

查閱施工日志可知承臺(tái)混凝土的施工工藝為：混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸（運(yùn)距0.8km），兩臺(tái)柴油泵同時(shí)泵送澆筑（泵送距離120m）。其中，1＃輸送泵由攪拌站A 線單獨(dú)供料，按照1～6＃布料點(diǎn)的順序依次澆注；2＃輸送泵由攪拌站B 線單獨(dú)供料，按照7～12＃布料點(diǎn)的順序依次澆注。每層澆注500mm，采用插入式振搗器振搗30s，然后澆注下一層。

結(jié)合前面劃定的超時(shí)緩凝混凝土分布范圍及承臺(tái)混凝土施工工藝，發(fā)現(xiàn)超時(shí)緩凝混凝土由攪拌站B 線生產(chǎn)，體量約420m3，生產(chǎn)日期為9 月26 日。

圖2 承臺(tái)混凝土的施工工藝

此外，施工日志還顯示：混凝土澆筑從9 月24 日上午10∶30 開盤，至27 日1∶40 完成，共用時(shí)約63 小時(shí)，澆注過程較為順利，澆筑期間有降雨及氣溫驟降現(xiàn)象（期間最高氣溫為38℃，最低為17℃）。

3.3 原材料資料查閱及抽檢

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[1,2]，在核對(duì)原材料用量與生產(chǎn)配合比一致的情況下，造成混凝土超時(shí)凝結(jié)的主要因素是水泥和外加劑。調(diào)查原材料的進(jìn)場(chǎng)記錄得知，因承臺(tái)混凝土施工過程混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失大，外加劑生產(chǎn)商對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了調(diào)整，新產(chǎn)品于9 月26 日進(jìn)場(chǎng)，絕大部分被輸送到B 生產(chǎn)線的對(duì)應(yīng)的外加劑儲(chǔ)罐儲(chǔ)存（這與前面超時(shí)緩凝混凝土由B 線生產(chǎn)相對(duì)應(yīng)）。

于是，對(duì)9 月26 日進(jìn)場(chǎng)的外加劑留樣樣品按照生產(chǎn)配合比進(jìn)行檢驗(yàn)，混凝土初凝時(shí)間約為5d，遲遲未終凝（大于7d）；而26 日之前的留樣樣品的凝結(jié)時(shí)間符合預(yù)期（終凝時(shí)間小于30h），7d 強(qiáng)度為32.4MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3.4 超時(shí)緩凝的原因分析

通過對(duì)混凝土生產(chǎn)與施工情況的調(diào)查，分析超時(shí)緩凝現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?yàn)椋河捎诔信_(tái)混凝土為大體積混凝土，為了保證承臺(tái)混凝土滿足施工要求，混凝土生產(chǎn)過程中使用了緩凝作用極強(qiáng)的超緩凝型減水劑。在施工期間，由于出現(xiàn)高溫伏旱天氣（40 度），超緩凝型減水劑的作用效果不佳，混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)損失很大。于是，外加劑供應(yīng)商通過增加緩凝組分的方式對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了調(diào)整。但當(dāng)新外加劑產(chǎn)品在生產(chǎn)中使用時(shí)，氣溫卻出現(xiàn)驟降，使得外加劑分子對(duì)水泥水化過程的抑制作用顯著增強(qiáng)，最終導(dǎo)致了承臺(tái)部分混凝土產(chǎn)生了超時(shí)緩凝。

4 超時(shí)緩凝的處理

4.1 處理措施

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道[3]，混凝土超時(shí)緩凝時(shí)間超過4d，就應(yīng)直接打掉重新澆注。但是由于該橋梁工程的工期十分緊張，而且承臺(tái)位置緊鄰長(zhǎng)江，隨著三峽庫(kù)區(qū)開始蓄水，承臺(tái)底部及周圍地面都將被江水淹沒，如果將承臺(tái)混凝土打掉重新澆注，會(huì)使工期損失巨大，且施工難度十分大。

因此，經(jīng)過相關(guān)專家的多次會(huì)診，決定對(duì)承臺(tái)混凝土加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，利用承臺(tái)內(nèi)部水泥水化熱產(chǎn)生較高溫度造成外加劑緩凝效果失效，具體措施如下：

（1）覆蓋處理，使用塑料薄膜覆蓋以減少混凝土中水分的散失，見圖3；

（2）加溫養(yǎng)護(hù)，一方面設(shè)置了30 多盞碘鎢燈對(duì)超時(shí)緩凝區(qū)域的混凝土進(jìn)行照射（見圖4），從外部提高混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度，另一方面利用預(yù)留的冷卻水管通入熱水，從內(nèi)部提高混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度；

（3）加強(qiáng)溫度監(jiān)控，測(cè)試承臺(tái)各部位尤其是超時(shí)緩凝區(qū)域的混凝土水化溫升。

圖3 覆蓋處理

4.2 效果監(jiān)控

加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)30 天后，從外觀上檢查，承臺(tái)超時(shí)緩凝區(qū)域的頂面和側(cè)面混凝土都完全凝結(jié)硬化。

圖4 加溫養(yǎng)護(hù)

同時(shí)，為了檢查承臺(tái)內(nèi)部混凝土的凝結(jié)硬化情況，采用鉆心法對(duì)承臺(tái)混凝土進(jìn)行檢測(cè)，鉆芯深度為1m（部分測(cè)點(diǎn)深度為4.5m），鉆芯點(diǎn)分布見圖5，測(cè)試結(jié)果表明：⑴位于承臺(tái)下游頂角的23＃、37＃、39＃和40＃測(cè)點(diǎn)的芯樣存在局部不完整情況（位置位于頂面以下0.1m，厚度約0.1m，見圖6），其他部位及其他測(cè)點(diǎn)的芯樣均呈完整狀態(tài)，以上說明承臺(tái)大體積混凝土的超時(shí)緩凝現(xiàn)象基本消除，僅有下游側(cè)兩個(gè)頂角的極小區(qū)域混凝土尚未完全硬化，這主要是因?yàn)樵搮^(qū)域位于承臺(tái)的頂角，溫度及水分散失較大，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)對(duì)頂角區(qū)域超時(shí)緩凝現(xiàn)象的消除作用有限。⑵經(jīng)檢測(cè)，所有完整芯樣的抗壓強(qiáng)度全面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度（核心區(qū)域芯樣強(qiáng)度都在50MPa 以上）。

圖5 鉆芯點(diǎn)的分布情況

圖6 37＃測(cè)點(diǎn)芯樣情況

4.3 處理結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)承臺(tái)進(jìn)行受力分析，承臺(tái)下游頂角未完全硬化區(qū)域?qū)贌o(wú)應(yīng)力區(qū)，且承臺(tái)核心區(qū)域強(qiáng)度比原設(shè)計(jì)大大提高(達(dá)50MPa 以上)，故承臺(tái)當(dāng)前情況能滿足設(shè)計(jì)承載能力的要求，可進(jìn)行下一步施工工序。同時(shí)，對(duì)于承臺(tái)下游頂角的未完全硬化區(qū)域，則實(shí)施鑿除后恢復(fù)鋼筋并重新澆注高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于大體積混凝土的施工通常是考慮如何降低水泥的水化放熱，最常用最有效的方法通過添加混凝土緩凝劑來延緩水泥的水化放熱速率。但是，對(duì)于緩凝劑的使用一定要慎重。而本文所介紹的大體積混凝土的超時(shí)緩凝現(xiàn)象及其分析處理過程，可為今后類似工程施工提供教訓(xùn)和參考經(jīng)驗(yàn)。

[1]鄭畢海.水泥混凝上異常凝結(jié)初探[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2004,(3):65-66

[2]陳志聰.混凝土外加劑超量質(zhì)量事故分析與處理[J].皖西學(xué)院學(xué)報(bào)，2004,20(2):83-86.

[3]石從黎，段瑞斌，宋開偉等.預(yù)拌混凝土的超時(shí)緩凝現(xiàn)象及處理方法[J].混凝土,2011(1): 106-107.