干热河谷地区大体积桥梁承台混凝土温控技术应用论文_赵晓平

干热河谷地区大体积桥梁承台混凝土温控技术应用论文_赵晓平

西部中大建设集团股份有限公司 甘肃兰州 730030

摘要:大体积混凝土结构在施工过程中由于温度应力等原因容易出现裂缝。为有效避免混凝土裂缝的产生,本文结合工程实例,通过对混凝土原材料、配合比、浇筑方式、气候环境因素等进行温度场和仿真应力场计算分析,以此制定出不出现有害裂缝的温控标准,并提出合理有效的温度控制措施。

关键词:干热河谷;大体积桥梁承台混凝土;温控技术应用

随着我国道路桥梁建设的飞速发展,桥梁施工技术也得到快速发展,大体积混凝土大量应用于于桥梁结构中。大体积混凝土结构在水泥水化过程中,受到内部和外部的约束而产生较大的温度应力,容易引起混凝土开裂。裂缝对结构承载力、防水性能和耐久性等都会产生极大的影响。需要计算分析并制定有效的温度控制措施,避免混凝土有害裂缝的产生,才能够确保大桥的整体质量。

1大体积混凝土裂缝产生机理

由于水泥水化过程中产生水化热,使浇筑后初期混凝土内部温度急剧上升,引起混凝土膨胀变形,而此时混凝土的弹性模量很小,因此,升温引起受基础约束的膨胀变形产生的压应力很小。随着温度逐渐降低混凝土产生收缩变形,但此时混凝土弹性模量较大,降温引起的变形受基础约束会产生相当大的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生温度裂缝,对混凝土结构产生不同程度的危害。此外,在混凝土内部温度较高时,外部环境温度较低或气温骤降期间,内表温差过大在混凝土表面也会产生较大的拉应力而出现表面裂缝。

根据裂缝产生的机理,因水化热释放、内外温差、收缩徐变、养生条件等因素,温度应力和收缩应力是产生裂缝的主要原因。因此要尽量降低混凝土最大温升、延缓最大温度出现的时间,控制混凝土内部水化热总量和其释放速度,控制混凝土中心和表面,混凝土表面和气温之间的温差就十分重要。

2温控计算分析和温控标准

2.1工程概况

元(江)蔓(耗)高速公路罕龙1号特大桥位于云南省红河县,左右两幅主桥均采100+180+100米预应力混凝土连续刚构,主墩承台为 23.2×18.2×5m 矩形承台,承台C30混凝土方量 2111m3。项目所在地为典型的干热河谷地区,夏季气候炎热,日照持续时间长,空气较干燥。年平均气温 11.2~23.4℃,最高气温可达 42.3℃。

为制定合理有效的温控标准,事先进行了温度场及应力场仿真计算。计算模拟混凝土实际施工过程进行,不仅考虑了混凝土的浇筑分层、浇筑温度、养护、保温和混凝土的边界条件,而且考虑了混凝土的弹性模量、徐变、自生体积变形、水化热的散发规律等物理热学性能,并根据计算结果制定了温控方案。

2.2温控计算分析

温控计算采用大型有限元程序 s midas l civil 进行。根据计算分析结果,混凝土温度在浇筑后一般在2~3天左右达到峰值,约1天后温度开始下降,初期降温速度较快,以后降温速率逐渐减慢,至15~20天后降温平缓。由于混凝土分次浇筑,下层混凝土的温度随着上层混凝土的浇筑会出现一定程度的反弹。混凝土中部温度最高,四周温度较低,靠近边缘部分混凝土温度梯度最大。承台底部处于约束区,最大拉应力位于承台顶面,且拉应力随龄期增长而增大,约 60 天左右达到最大值(2.52MPa)。混凝土主拉应力均小于同强度等级混凝土容许劈裂抗拉强度,混凝土抗裂安全系数 K≥1.1。

根据本工程的实际情况,制定如下温控标准:承台混凝土最大水化热温升≤63.5℃;最大内表温差≤20℃;混凝土表面温度与气温之差≤20℃,混凝土表面养护水温度与混凝土表面温度之差≤15℃;允许混凝土最大降温速率≤2.0℃/d。

3混凝土温度控制措施

3.1 严格控制原材料质量,优化混凝土配合比设计

配合比设计在规范允许范围内尽量掺加粉煤灰等矿物掺合料,以减少水泥用量,矿物掺合料与高性能外加剂双掺,能有效降低混凝土的水化热,放缓放热速率。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过试验配合比优化,选择普通硅酸盐水泥加粉煤灰进行掺配,以降低混凝土在凝结过程中产生的水化热,混凝土坍落度控制在140~160mm之间。承台混凝土内添加高性能减水剂,在配合比试验时首先对所选用外加剂与水泥进行适用性试验,根据现场施工组织情况确定缓凝时间。

3.2 冷却管安装及通水

根据混凝土内部温度分布特征,主墩承台混凝土内布设4层冷却水管,冷却水管为φ40mm的薄壁钢管,其水平间距为1m,最外层水管距离混凝土最近1.1m。冷却水管进水口集中布置,以利于统一管理。

由于承台钢筋密集,在布管时,水管要与承台主筋错开,当局部管段错开有困难时,适当移动水管的位置。冷却水管设置架立钢筋进行绑扎固定,防止混凝土浇筑过程中,水管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。冷却水管安装完成后,先进行通水试验,以确保水管畅通且不漏水时,方可进行混凝土浇筑。混凝土浇筑到各层冷却水管标高后即开始通水,使进、出口水的温差不大于6℃,通水流量应大于30L/min;为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升,

采取二次通水冷却,通水时间根据测温结果确定。

3.3 混凝土浇筑温度的控制

降低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。混凝土的入模温度应视气温而调整。在混凝土浇筑之前,通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度,可以估算浇筑温度。若浇筑温度不在控制要求内,则应采取相应措施。为降低混凝土出罐-入模温度,砂、石、水泥均取用棚内存料;要求混凝土出罐、入模温度和原材料温度每2小时测温一次。

3.4 合理确定混凝土浇筑方案

承台分两次浇筑,第一次浇筑高度为2米(845m³混凝土),第二次浇筑剩余3米(1266 m³混凝土)。承台浇筑混凝土采用汽车泵浇筑,由于浇筑面积较大,承台浇筑采用推移式连续浇筑施工。推移式连续浇筑施工应从低处开始,沿长边方向自一端向着另一端进行。浇筑过程中应缩短间歇时间,必须在前层混凝土初凝之前将次层混凝土浇筑完毕。层间间歇时间不大于混凝土初凝时间(混凝土初凝时间根据试验确定),当层间间歇时间超过初凝时间时,按照施工缝处理。

3.5 加强混凝土养护

本工程位于红河干热河谷地区,高温干燥,混凝土表面水份蒸发快,需高度重视养护工作。混凝土养生采用连续流出的冷却水配合人工浇水,表面终凝后覆盖麻袋,形成良好的保温层,并使土工布在养生期间内始终保持湿润始终保持土工布表面潮湿在7d以上。

4 温度测量

为检验施工质量和温控效果,掌握温控信息,以便及时调整和改进温控措施,在承台混凝土中布设4层36个测点,采用PN 温度传感器和温度检测仪进行温度测试。峰值以前每2h监测一次,峰值出现后每 4h监测一次,持续5天,然后转入每天测2次,直到温度变化基本稳定。在检测混凝土温度的同时,还应监测气温、冷却水管进出口水温、混凝土浇筑温度等。

根据温度监测,承台中心最高温度为58.7℃,满足混凝土内部温度不大于63.5℃的要求,表面温度平均41.6℃,施工环境温度平均27℃,均能满足内外温差不大于20℃的要求,确保了大体积混凝土施工质量。

5 结语

综上所述,混凝土裂缝产生的原因和机理是多样而复杂的。要避免、防止大体积混凝土产生危害性的温度裂缝,或最大程度降低其产生的几率,必须根据工程的实际情况,对大体积混凝土的温度场和温度应力进行准确地预测分析,以此制定合理的温控方案,使混凝土内部温度场变化按照预想的方向发展,确保混凝土施工质量。

参考文献:

[1]孔先辉.混凝土强度检测的问题及解决措施分析[J].四川水泥,2018(7).

[2]韩达军. 混凝土强度检测中容易出现的问题分析及针对性处理措施[J]. 建筑建材装饰,2017(17).

[3]石晓飞. 混凝土强度检测若干问题探讨[J]. 广州建筑,2018(2).

论文作者:赵晓平

论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期

论文发表时间:2019/9/12

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