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      懸索橋錨碇大體積混凝土溫度控制與施工

      2013-12-23 05:17:26劉沐宇
      關(guān)鍵詞:礦粉溫升粉煤灰

      汪 峰 劉沐宇

      (1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院,湖北宜昌 443002;2.武漢理工大學(xué)道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程湖北省重點實驗室,武漢 430070)

      黃埔大橋位于廣州番禺區(qū),主航道橋由南汊主跨1 108m 鋼箱梁懸索橋和北汊主跨383m 獨塔斜拉橋組成,橋?qū)?4.5m(不含布索區(qū)).懸索橋主塔柱基礎(chǔ)采用16根直徑2.2m 的鉆孔灌注樁,樁端嵌入微風(fēng)化基巖4.4m;索塔承臺及系梁呈啞鈴狀,承臺采用鋼板樁圍堰施工.索塔為鋼筋混凝土門式結(jié)構(gòu),塔高1 90.476m,設(shè)兩道預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁,橫梁為箱形斷面,仿古木榫結(jié)構(gòu).

      懸索橋錨錠底板直徑65.5m,高5m.混凝土為C30微膨脹混凝土,總澆筑方量16 847m3,屬典型的大體積混凝土.大體積混凝土體積大且導(dǎo)熱性能較差,由于混凝土中水泥水化溫升作用,混凝土澆筑后將經(jīng)歷3個階段:升溫、降溫和穩(wěn)定.在施工前期水泥水化產(chǎn)生的熱量不能較快散失,混凝土內(nèi)部溫度變化劇烈,若各塊混凝土的體積變化受到約束就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力,很容易形成早期裂縫[1-3].為了避免大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫,提高混凝土的使用性和耐久性,保證混凝土澆筑質(zhì)量,有必要對錨錠底板大體積混凝土進行配合比優(yōu)化設(shè)計和溫度控制.

      因此,黃埔大橋錨錠大體積混凝土在取消設(shè)置冷卻水管通水冷卻的情況下,通過選擇級配優(yōu)良的碎石、砂、外加劑以及摻入礦粉和粉煤灰優(yōu)化混凝土配合比,控制混凝土的澆筑過程,采取保溫養(yǎng)護措施,減小了水泥用量,降低了混凝土的水化溫升峰值,提高了混凝土使用性和耐久性.

      1 大橋錨碇底板配合比設(shè)計與施工

      1.1 工程概況

      黃埔大橋錨錠底板是圓柱體大體積混凝土結(jié)構(gòu)物,直徑65.5m,高5m,分兩層澆筑,每層厚2.5m.由于現(xiàn)場施工情況復(fù)雜,底板取消了設(shè)置冷卻水管,而且底板選擇通倉澆筑,所以有必要實時監(jiān)測錨碇底板溫度變化并控制好底板早期混凝土的溫度裂縫,錨碇總體結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示.

      圖1 錨碇總體結(jié)構(gòu)示意圖(單位:cm)

      1.2 混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計

      錨錠底板選用強度等級為C30的混凝土.由于底板是空間大尺寸的圓柱體混凝土,若混凝土配合比中水泥用量較大,則水泥水化熱也高,若內(nèi)外溫差超過25℃時易產(chǎn)生溫度裂縫[4-8].因此,在配合比設(shè)計時遵循如下原則:

      1)選用發(fā)熱量低的水泥,水泥品種對于大體積混凝土的溫升影響較大.低熱水泥可以減小混凝土內(nèi)部溫度峰值,降低水泥水化速率.

      2)選用級配好、空隙率小的骨料.選用間斷型密級配,粗顆粒碎石相互嵌擠可形成空間骨架,而細顆粒的砂填充到骨架的空隙處,將使混凝土更加致密,強度更高.

      3)選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉作為摻合料.摻入粉煤灰減少了水泥用量,降低混凝土水化溫升,同時礦粉可減緩水泥水化速率.粉煤灰和礦粉使得混凝土熱量降低,密實性進一步增強.

      基于上述原則,黃埔大橋錨錠底板大體積混凝土配比原材料如下:碎石選用5~25mm 間斷型密級配石灰?guī)r碎石,表觀密度為2 740kg/m3,堆積密度為1 470kg/m3,含泥量<0.4%,針片狀含量為8%,壓碎指標(biāo)為9;砂:中砂,細度模數(shù)為2.6~2.8,表觀密度為2 630kg/m3,堆積密度為1 600kg/m3.Cl-量為0.01%,含泥量<2.0%;水泥:P.O32.5(R)水泥;粉煤灰:II級灰,礦粉:比表面積為500m2/kg;減水劑:江門WH 緩凝型高效減水劑,減水率為23%;拌和水:采用潔凈的自來水.采用密實骨架堆積法配制C30微膨脹大體積混凝土,配合比設(shè)計結(jié)果見表1.水泥、粉煤灰及礦粉的化學(xué)成分見表2,力學(xué)性能測試結(jié)果見表3.

      表1 C30微膨脹大體積混凝土配合比

      表2 水泥、粉煤灰及礦粉的化學(xué)成分表

      表3 錨錠底板C30微膨脹混凝土力學(xué)性能

      1.3 錨錠混凝土施工工藝

      為防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生,同時有利于錨錠底板的施工澆筑,5m 厚的錨錠底板大體積混凝土分兩層澆筑,每次澆筑高度為2.5m,2次澆筑間隔時間至少7d.在底板澆筑過程中,從原材料進場、混凝土拌合、泵送澆筑到后期保溫養(yǎng)護,每一施工環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)進行控制,具體施工時重點注意以下方面:

      1)為了保證混凝土拌合質(zhì)量,在配料前計量和標(biāo)定各種衡器,減小稱料誤差.拌合時嚴(yán)格控制混凝土的和易性,使其滿足施工要求,保證新拌混凝土質(zhì)量.施工中坍落度不符合規(guī)范要求的混凝土杜絕使用,需在混凝土出機口進行塌落度檢驗,頻次為每班2~3次,確保錨錠底板混凝土坍落度滿足規(guī)范要求.隨時檢測粗骨料碎石、細骨料砂的含水量,及時有效地調(diào)整底板混凝土的用水量,若遇陰雨天氣時,應(yīng)該增加檢測頻率.

      2)混凝土澆筑前,應(yīng)對錨錠模板、預(yù)埋件和鋼筋進行檢查確認.對于現(xiàn)場埋設(shè)的溫度監(jiān)控元件和線路應(yīng)采取有效保護措施,防止混凝土澆筑時損壞.檢查待澆筑的倉面是否沖毛和清理等,檢驗合格后方可開盤.

      3)底板混凝土按照從倉面一側(cè)向另一側(cè)的順序澆筑,分層澆筑的厚度不超過0.3m.在下層混凝土初凝之前需完成上層混凝土的澆筑.如果2次澆筑之間的停歇時間超過混凝土的初凝時間,底板倉面混凝土需要按照工作縫處理.

      4)混凝土應(yīng)該振搗密實,但應(yīng)避開溫度監(jiān)控元件或者預(yù)埋件10~15cm.為了避免混凝土塑性收縮裂縫的出現(xiàn),同時減小內(nèi)表溫差,底板混凝土澆筑完畢立即用濕麻袋覆蓋混凝土表面進行保溫養(yǎng)護.澆筑完畢后,通過在上層混凝土頂面蓄水,對終凝后的混凝土進行蓄水保溫養(yǎng)護,蓄水深度10~20cm.

      2 溫度監(jiān)測與效果評價

      2.1 監(jiān)測方案設(shè)計

      為準(zhǔn)確反映混凝土的內(nèi)部溫度分布情況,掌握底板大體積混凝土溫控效果,防止底板出現(xiàn)溫度裂縫,以便出現(xiàn)異常情況時及時采取措施.根據(jù)底板混凝土施工方案和結(jié)構(gòu)的具體情況,在錨錠底板內(nèi)埋設(shè)測點進行溫度實時監(jiān)測.由于底板結(jié)構(gòu)的對稱性和溫度場分布具有對稱性,只考慮在錨碇1/4 沿平面方向取“外密內(nèi)疏”的布點原則,每層15個測點位,豎向分4層,共布置了15×4=60個測溫點外加1個大氣溫度測點,實時監(jiān)測整個錨碇底板的溫度分布情況,測點布置如圖2~3所示.將各測點的溫度傳感器固定在∠30×30mm 的角鋼固定架上,傳感器與角鋼之間墊上隔熱材料,澆筑混凝土前安裝完畢.在澆筑過程中,混凝土及振搗器均未直接沖擊或觸及傳感器,傳感器由電纜引出.

      在底板大體積混凝土整個施工澆筑過程中,全天候?qū)崟r動態(tài)地進行溫度監(jiān)測和控制.在混凝土升溫階段,溫度監(jiān)測為每2h 監(jiān)測各測點一次.在混凝土達到峰值后的降溫階段,溫度監(jiān)測為每4h記錄各測點一次,持續(xù)5d.隨著混凝土溫度的持續(xù)降低,內(nèi)表溫差逐漸減小,此時延長監(jiān)測間隔時間,直到混凝土溫度變化趨于穩(wěn)定.在混凝土溫控過程中,還實時監(jiān)測和記錄了混凝土的出機溫度、入倉溫度、澆筑溫度以及現(xiàn)場大氣溫度等.

      2.2 溫控效果分析

      通過對錨錠底板大體積混凝土的實時溫度監(jiān)測,其各層內(nèi)部最高點溫度、溫峰持續(xù)時間、最高溫度出現(xiàn)時間、斷面最大內(nèi)表溫差見表4,底板斷面典型溫度歷時過程曲線見圖4、圖5所示.

      表4 錨碇底板溫度監(jiān)測成果表

      由表4可知:(1)在取消設(shè)置冷卻水管通水冷卻降溫情況下,錨錠底板混凝土中心最高溫度達58.0℃,底板混凝土內(nèi)部升溫階段歷時64~98h,底板中心溫峰持續(xù)時間為6~8h.(2)由于錨錠底板澆筑面積大,A1、A2 層被混凝土覆蓋的時間不同,A1層的混凝土首先水化放熱,產(chǎn)生的熱量加快了A2斷面混凝土的溫升速率,使得A2層測溫斷面達到峰值的時間比A1層斷面快,A3和A4層情況相似.(3)錨錠底板混凝土內(nèi)表溫差最大為24.3℃,小于規(guī)范值25℃.

      由圖4可知,在澆筑完成后,錨錠底板大體積混凝土有明顯的溫升、降溫兩個過程,但在200h后混凝土內(nèi)部溫度逐漸趨于穩(wěn)定;由于溫控防裂措施恰當(dāng),錨錠底板降溫速率緩慢,起到了早期削減溫峰及防止溫度回升的效果.由圖5可知,相比混凝土內(nèi)部溫度變化而言,錨錠底板外圍邊點升溫速率較快,而降溫隨環(huán)境溫度的變化會出現(xiàn)一定數(shù)值的波動.

      3 結(jié) 語

      黃埔大橋錨錠底板大體積混凝土施工中,通過選擇級配優(yōu)良的碎石、砂、外加劑以及摻入礦粉和粉煤灰優(yōu)化混凝土配合比,控制混凝土的澆筑過程和保溫養(yǎng)護,減小水泥用量,降低混凝土的水化溫升峰值和底板內(nèi)表溫差,提高了混凝土和易性和耐久性.溫度監(jiān)測和觀測表明:

      1)錨錠底板平均最高峰值達到58.0℃,最大內(nèi)表溫差24.3℃小于規(guī)范值25℃,而且降溫速率緩慢,阻止了溫度裂縫的產(chǎn)生.

      2)摻有活性粉煤灰和礦粉的混凝土各項力學(xué)性能優(yōu)越,混凝土工作性能良好.

      3)基于混凝土材料考慮,用大摻量粉煤灰和礦粉替代部分水泥,降低混凝土配合比中水泥用量,控制大體積混凝土放熱源頭,有效地削減早期混凝土內(nèi)部出現(xiàn)的最高溫度峰值.錨錠底板未出現(xiàn)溫度裂縫,滿足工程設(shè)計要求.

      [1] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京:中國電力出版社,1998.

      [2] 俞海勇.粉煤灰水泥膠凝體系水化溫升及其抗裂性能的關(guān)系[J].混凝土,2000(9):21-23.

      [3] 馬保國.微礦粉在大體積混凝土中水化熱及抗裂分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2003,25(11):18-21.

      [4] 王甲春,閻培渝.粉煤灰混凝土絕熱溫升的試驗研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2006,22(1):118-121.

      [5] 唐咸燕,肖 佳.礦渣微粉,粉煤灰水泥基材料的性能試驗研究[J].粉煤灰,2006(5):21-23.

      [6] 詹樹林.復(fù)合膨脹摻合料對水化熱和混凝土溫升的影響[J].材料科學(xué)與工程,2002,20(1):22-25.

      [7] 劉沐宇,汪 峰,丁慶軍.雙摻粉煤灰和礦粉大體積混凝土水化放熱規(guī)律研究[J].混凝土,2010(1):21-24.

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