大体积承台的施工温控方案

本文用于大体积承台的施工及浇筑温度控制。

在承台内部温度上升的过程中,内外温差迅速增大,承台表面受拉,内部受压,达到峰值后,进入降温的过程,承台表面的拉应力和内部压应力也逐渐减小,停止通水后,承台内部温度再次上升,拉压应力再次增大,经过两次升温后逐渐降温,内部压应力和外部拉应力逐渐减小,且内部压应力会转为拉应力,并持续增大至1.3MPa左右。若温控措施不合理,后期承台下部的拉应力会很大,严重威胁承台的浇筑质量,及时停止下部通水与承台保温可减缓其拉应力的增长。

温控计算模型在升温时应加强承台内部散热(增大通水流量)和表面/侧面的保温保湿养护;降温期间为防止出现危害性大的深层裂缝,应减缓内部降温速率(停止通水)并加强表面/侧面的保温保湿养护,减小内外温差。

1温控标准

混凝土温度控制的原则是:

(1)混凝土的入模温度不宜高于28℃,混凝土入仓并经过平仓振捣后,在上层混凝土覆盖前距混凝土表面50mm处的温度为入模温度;

(2)尽量降低混凝土的温升、延缓最高温度出现时间;

(3)控制温峰过后混凝土的降温速率,控制降温速率可使混凝土内部温度应力得到及时释放,对减少温度裂缝具有重要意义;

(4)降低混凝土内部和表面之间的温差以及控制混凝土表面温度和气温之间的差值。

温度控制的方法和制度需根据气温、混凝土配合比、结构尺寸、约束情况等具体条件确定。

承台温控标准

2混凝土配合比优化

为使大体积混凝土具有良好的抗裂性能、体积稳定性和抗渗性,混凝土配制按如下原则配制:

(1)采用低水化热的胶凝材料体系

大体积混凝土配制应采用适中水胶比,大掺量矿物掺合料的技术路线,尽量降低水泥用量。应优选组分均匀、各项性能指标稳定的粉煤灰,注重控制需水量比、细度和烧失量等关键指标。通过混凝土配合比试验选择最优石子级配、最佳砂率和相容性最好的外加剂,以降低胶凝材料用量。

(2)选用优质聚羧酸类缓凝高性能减水剂

缓凝高性能聚羧酸减水剂,兼顾减水、引气和缓凝效果,可以延缓水化热的峰值并改善混凝土的和易性,降低水灰比以达到减少水化热的目的。

(3)选用级配良好、低热膨胀系数、低吸水率的粗集料

(4)使用低流动性混凝土

在满足施工的前提下,尽可能使用坍落度相对较低的混凝土,有利于减少混凝土用水量,降低温升、减少干缩,提高抗开裂性能。

3混凝土浇筑温度的控制

控制混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。相同混凝土,入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。本项目所有承台对大体积混凝土浇筑温度的要求为不大于28℃。

浇筑温度主要受原材料温度、气温等影响。在混凝土浇筑之前,可通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度,考虑环境温度来估算浇筑温度。因砂、石、水的温度均受气温影响,在胶材温度一定的情况下混凝土浇筑温度主要取决于环境温度,因此选择合适的时间进行混凝土浇筑比较重要。

承台考虑在夏季施工,气温较高。若浇筑温度超出温控标准控制范围(≤28℃),则应通过热工计算采取相应措施降低各原材料温度来降低浇筑温度,使其不超过28℃。混凝土的热工计算方法可参考《铁路混凝土工程施工技术规程》(Q/CR-)附录J.1混凝土搅拌、运输、浇筑温度计算中的相关内容。

在施工中控制混凝土浇筑温度的具体措施建议如下:

(1)拌合水加冰块制冷水。当混凝土需要降温时,在混凝土搅拌站的蓄水池内提前一个小时添加足够多的冰块,待水池内的水温降低到一定值时即可抽取拌和混凝土,抽水时应将未融化的冰块隔离,避免混凝土中有未融化的冰块。为增加降温效果,可使用碎冰机将较大的冰块制成冰片。1kg冰融化为水,大约需要吸收kJ热量。加冰量依据环境温度和浇筑温度要求变化,通常高温季节可考虑加冰量30~60kg/m3。

(2)搭设遮阳棚进行骨料遮阳,堆高并从底层取料。粗骨料可在保证工作性的前提下喷淋水雾降温,控制骨料温度≤30℃。

(3)水泥温度控制为≤60℃。大体积构件施工前做好施工协调工作以提前备料,充分冷却后使用,避免使用刚出厂的新鲜水泥。储罐外可采用喷淋降温,也可采用多次倒库进行胶材降温。

(4)为防止混凝土和制冷水温度的回升,搅拌车、输送管道、制冷水管路等进行防晒包裹保温。

(5)避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射,入模前的模板与钢筋温度以及附近局部气温不超过40℃,仓面降温采取喷雾或洒水等措施。

4冷却水管的埋设及控制

冷却水管主要降低混凝土内部最高温度,减小内外温差。冷却水管采用φ38×2mm的钢管制作,管间连接及进出水口采用黑橡胶管,钢筋绑扎的同时安装冷却管。考虑降温效果,采用直取海水冷却。用分水器将各层各套水管集中分出并编号,分水器设置4个分水阀,通过分水阀门的控制可以实现冷却水的换向,每段冷却水管内的通水方向应每12小时改变一次。

混凝土浇筑前确保进行不短于半个小时的加压通水试验,查看水流量大小是否合适,发现管道漏水、阻水现象要及时修补至可正常工作。对水管的焊接位置采取一定的保护措施,施工过程中应避免混凝土直接落到冷却水管上,严禁施工人员踩踏水管。

冷却水管的通水应定期改变通水方向,根据养护过程中的实测数据控制通水的流量,承台混凝土通水要求见下表。

待冷却水管停止通水并养护完成后,先用空压机将水管内残余水压出并吹干冷却水管,然后用压浆机向水管压注水泥浆,以封闭管路,压浆材料采用M35水泥浆,最后对承台表面外漏的水管进行割除并对局部位置进行清理修饰,保证承台的外观质量。

5内表温差控制

对于大体积混凝土,由于水化放热会使温度持续升高,在升温的一段时间内应加强内部散热,如加大通水流量、降低通水温度等。当混凝土处于降温阶段则要表面保温覆盖、控制通水流量以减小降温速率。混凝土保温充分、时间足够长,让混凝土慢慢冷却,直到温差达到允许范围,温度应力会在混凝土内部分松驰掉,可有效控制有害裂缝的产生。

6施工控制

影响混凝土开裂的原因很复杂,往往不是单一因素造成的。混凝土施工的各个环节对于控制早期裂缝、减小后期开裂倾向、实现设计的混凝土结构耐久性是至关重要的。

(1)浇筑和振捣

承台混凝土浇注采用分层浇注法施工,混凝土浇筑期间,由专人检查预埋钢筋和其它预埋件的稳固情况,对松动、变形、移位等情况,及时将其复位并固定好。混凝土浇筑按照从一个方向(中间)向另外一个方向(两端)推进,并严格控制分层厚度,加强斜角部位混凝土振捣,保证振捣充分。

为减少收缩裂缝,顶层混凝土浇筑完毕后,在顶部混凝土初凝前,对其顶面30cm高度范围内的混凝土进行进行二次振捣,完成后进行多次收面、抹平,防止混凝土表面出现收缩裂缝。

(2)养护

混凝土养护包括湿度和温度两个方面,气温较低时施工以保温养护为主,气温较高时施工以保湿养护为主。

混凝土初凝后,及时对承台混凝土进行覆盖洒水保湿养护;低温天气时,应进行覆盖保温养护,气温较高时,承台混凝土应及时进行覆盖洒水养护,混凝土内外温差控制在20度内。

承台施工期间,为有效控制承台混凝土内外温差,必须加强混凝土外表面的养护。即在混凝土的初凝后,立即用土工布、油布对承台侧面和顶面进行全面覆盖,墩身区域进行人工表面凿毛,也可在承台顶面进行蓄水养护,养护水应保证一定的温度,蓄水高度在20cm以上。

陆上承台拆模后即可对承台周边用沙土进行回填,适当洒水,使砼既保温又保湿。海上钢吊箱施工的承台采取带模养护,顶面蓄水。混凝土养护时间根据水胶比、大气潮湿度及温度确定养护天数,养护时间不小于14天。

(3)温度监测

大体积混凝土施工过程中对混凝土浇筑温度、内部温度、环境温度、冷却水温度等参数进行监测,同时监控承台内表温差和降温速率,冷却水温度应包括水管进出水口水温。

结合项目的施工进度安排,对各类承台中第一个浇筑的进行温控元件的布设,同时定期监测其温度的变化情况,及时对数据进行分析整理。

A.测温元件

测温元件的选择应符合下列规定:

1)测温元件的测温误差不应大于0.3℃(25℃环境下);

2)测试范围应为-30℃~℃;

3)绝缘电阻应大于MΩ。

B.测温频度

在混凝土浇筑后,对内外温差、降温速率、环境温度的测量,每昼夜应不少于4次,升温期间,环境温度、冷却水温度和内部温度应每2~4h监测一次,降温期间应每天监测2~4次;入模温度的测量,每台班不少于2次。

C.测点布置

混凝土浇筑体内温度监测点的布置,应真实反映出混凝土浇筑体内最高温升、里表温差、温降速率及环境温度,布置方式如下:

1)监测点的布置范围以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区,在测试区内监测点按平面分层布置;

2)在测试区内,监测点的位置与数量可根据混凝土浇筑体内温度场的分部情况及温控的要求确定;

3)在每条测试轴线上,监测点位不宜少于4处,应根据结构的几何尺寸布置;

4)沿混凝土浇筑体厚度方向,必须布置外表、底面和中心温度测点,其余测点宜按测点间距不大于mm布置;

5)保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定;

6)混凝土浇筑体的外表温度,宜为混凝土外表以内50mm处的温度;

7)混凝土浇筑体地面的温度,宜为混凝土浇筑体底面上50mm处的温度。

D.元件埋设

温度测试元件的安装及保护,应符合下列规定:

1)测试元件安装前,必须在水下1m处经过浸泡24h不损坏;

2)测试元件接头安装位置应准确,固定应牢固,并应与结构钢筋及固定架金属体绝热;

3)测试元件的引出线宜集中布置,并应加以保护;

4)测试元件周围应进行保护,混凝土浇筑过程中,下料时不得直接冲击测试测温元件及引出线;振捣时,振捣器不得触及测温元件及引出线。

E.现场应对

如果现场监测温度超出温控标准,可采取下列应对措施:

最高温度偏高,可采取加大冷却水通水流量的措施。

降温速率过快,可减小或停止冷却水通水流量,减缓混凝土的内部散热。

内表温差偏高,可以加大通水流量以加强内部降温,增加保温层厚度以加强外部保温,做到外保内散。

F.其他

另外,对于不埋设测温元件的承台,应在混凝土浇筑时预留测温孔,测量混凝土温度时,将测温计深入到测温孔内,并在测温孔内至少留置3min,测温计不应受外界气温的影响,同时,孔内的测温点及测温频度应符合以上的要求。

承台的测温孔应与温控元件的埋设路径一致,即混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线,并分层设置,测温孔的直径为5cm,保证温度计能顺利出入测温孔。

待承台养护完成后,先用空压机将水管内残余水压出并吹干测温孔,然后用压浆机向孔内压注水泥浆,以封闭管路,压浆材料采用M35水泥浆,最后对局部位置进行清理修饰,保证承台的外观质量。




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