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BM補(bǔ)償收縮混凝土在超長地下工程中的應(yīng)用的論文
[摘 要] 沈陽地鐵一號線保工街車站主體頂板、底板、側(cè)墻(711.1m); 車站附屬頂板、底板、側(cè)墻(891.89m) 設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為 C30S10, 共計(jì) 13471.8m3 混凝土, 通過技術(shù)論證和采用了一系列控制裂縫技術(shù)措施, 并摻加 BM 型抗裂防水劑制作的補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行施工, 在取得了良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí), 保證了工程質(zhì)量。
[關(guān)鍵詞] 抗裂防水劑 補(bǔ)償收縮混凝土 溫度 裂紋控制
1 工程概況
沈陽地鐵一號線保工街車站位于保工街與建設(shè)中路十字路口處, 沿建設(shè)中路呈東西向布置。車站主體結(jié)構(gòu)總長 189.5m, 標(biāo)準(zhǔn)段寬 18.5m。車站兩端為兩層雙跨箱型框架結(jié)構(gòu), 采用蓋挖順作法施工, 該段長150.3m; 中間為單層雙跨的雙連拱結(jié)構(gòu), 采用暗挖法施工, 該段長 39.2m, 寬 20.84m。車站設(shè) 4 個(gè)出入口兩個(gè)風(fēng)道, 其中 4 號出入口為預(yù)留, 1、2、3 號出入口采用明挖法施工, 結(jié)構(gòu)型式為單層混凝土矩形結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)斷面凈寬 5m, 凈高 3.15m。車站位于地震基本烈度 7 度區(qū)。該場地見兩層地下水, 粉質(zhì)粘土隔水層,層厚 0.30m～3.40m, 上層地下水 穩(wěn) 定 水 位 埋 深7.20m～10.75m, 下層地下水屬空隙承壓水, 承壓水頭埋深 10.50m, 含水層滲透性強(qiáng)。車站主體暗挖段二襯(39.2m); 車站主體頂板、底板、側(cè)墻(711.1m); 車站附屬頂板、底板、側(cè)墻 (891.89m) 設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為C30S10, 共計(jì) 13471.8m3 混凝土。
2 技術(shù)控制重點(diǎn)及施工控制目標(biāo)
保工街車站結(jié)構(gòu), 設(shè)計(jì)要求使用年限為 100年, 使用期間要有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性, 還要做到不滲不漏, 主體結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)自防水的質(zhì)量是關(guān)鍵所在。因此把控制混凝土裂紋作為本工程的技術(shù)控制重點(diǎn), 施工時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的坍落度、混凝土的入模溫度、混凝土產(chǎn)生水化熱后的內(nèi)外溫差以及混凝土的澆注后的養(yǎng)護(hù)作為施工的控制目標(biāo)。
3 配合比的設(shè)計(jì)
3.1 配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)
鑒于該混凝土屬于補(bǔ)償收縮混凝土 ( 是指按規(guī)定測定的 14d 限制膨脹值大于 1.5×10-4, 而 180d的限制收縮值小于 4.0×10-4 的混凝土), 所以我們在設(shè)計(jì)該配合比時(shí)做了如下考慮:
(1) 該混凝土屬于大體積混凝土, 配合比設(shè)計(jì)時(shí)考慮摻加粉煤灰和礦渣粉, 由于粉煤灰會(huì)降低膨脹率, 所以粉煤灰摻量不高于膠凝材料總量20%。夏季混凝土的凝結(jié)時(shí)間做了適當(dāng)延緩 ( 但當(dāng)緩凝時(shí)間超過 15h 時(shí)混凝土的限制膨脹率要降低) 。
(2) 根據(jù)混凝土 14d 水中的限制膨脹率來確定抗裂防水劑的摻量。
(3) 根據(jù)施工現(xiàn)場條件、施工季節(jié)、施工工藝等對混凝土的坍落度進(jìn)行確定及損失的控制。
(4) 抗裂防水劑在混凝土中的同步補(bǔ)償?shù)膯栴}(即水泥和抗裂防水劑水化速度應(yīng)相適應(yīng), 解決混凝土在前 3d 塑性收縮的問題), 將防水劑的凝結(jié)時(shí)間和水泥的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行了對比并作了相應(yīng)性調(diào)整。
(5) 日本學(xué)者六車熙認(rèn)為, 混凝土膨脹值大并不一定好, 最為重要的是, 膨脹后的收縮落差( 收縮落差=180d 內(nèi)的最大收縮值- 180d 內(nèi)的最大膨脹值)小, 這樣的話, 抗裂性能才好。蒲心誠教授通過對“收縮落差”的研究表明, 混凝土的水膠比增大, 收縮落差增大, 因此我們在配合比設(shè)計(jì)時(shí)作為應(yīng)該控制的一點(diǎn)(設(shè)計(jì)要求不大于 0.5)。
3.2 抗裂混凝土和原材料技術(shù)指標(biāo)
抗裂混凝土技術(shù)指標(biāo)見表 1。
抗裂防水劑在滿足《砂漿、混凝土防水劑》(JC474- 1999) 和《混凝土膨脹劑》(JC476- 2001) 的前提下還應(yīng)滿足表 2 中指標(biāo)。
采用:P O42.5 級水泥; 渾河Ⅱ區(qū)河砂, 細(xì)度模數(shù)2.6, 含泥量 1.4%; 本溪歪嘴山碎石, (5～25)mm 連續(xù)級配, 空隙率 44%; 粉煤灰細(xì)度 5.8%, 需水量比 91%;礦渣粉 28d 活性指數(shù) 76%;HMS- Ⅱ緩凝型泵送劑;BM抗裂防水劑(天津豹鳴股份有限公司), 水中 7d限制膨脹率 0.032%, 干空 21d0.008%。
C30S10 混凝土配合比和性能指標(biāo)見表 3。坍落度經(jīng)時(shí)損失 1h<20mm, 氯離子含量 0.004%, 堿含量 2.1kg/m3。
4 混凝土澆注施工
4.1 商品混凝土的攪拌與運(yùn)輸
由于抗裂防水劑在混凝土中的摻加量比較少, 因此必須要攪拌均勻, 且比普通混凝土延時(shí)30S。混凝土拌制完成后裝入運(yùn)輸車時(shí), 要求每車測定坍落度, 同時(shí)觀察混凝土的和易性, 不得存在離析、分層等現(xiàn)象。制定生產(chǎn)、運(yùn)輸方案, 保證混凝土攪拌車的調(diào)配使用, 同時(shí)編制交通運(yùn)輸緊急預(yù)案, 確保混凝土連續(xù)供應(yīng)。
4.2 混凝土的澆注
(1)混凝土坍落度
對到場的每車混凝土均要求測定坍落度、溫度 ( 一般夏季混凝土入模溫度 控 制 在 不 超 過25℃)、觀測其和易性, 不得存在離析、泌水、黏結(jié)、分層等現(xiàn)象, 混凝土檢查不合格要堅(jiān)決退場。當(dāng)混凝土坍落度減小時(shí)可加減水劑進(jìn)行二次流化, 嚴(yán)禁加水及多次流化。
(2)混凝土澆注方法
底板混凝土施工應(yīng)采用沿縱向“一個(gè)坡度、薄層澆注、循序推進(jìn)、一次到頂?shù)倪B續(xù)澆注方法, 混凝土自然流淌形成一個(gè)斜坡�！�
(3)混凝土搗固
混凝土搗固必須密實(shí), 不能漏震、欠振、也不可過振。振搗時(shí)間宜為(10￣30)s, 以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)。振搗時(shí), 快插慢拔, 振點(diǎn)布置要均勻。在施工縫、預(yù)埋件處, 加強(qiáng)振搗, 以免振搗不實(shí), 造成滲水通道。振搗時(shí)應(yīng)盡量不觸及模板、鋼筋、止水帶, 以防止其位移、變形。
5 混凝土的測溫與養(yǎng)護(hù)
5.1 布孔及測溫
(1) 現(xiàn)澆混凝土梁板的測溫孔垂直插入留置。梁測溫孔每 3m 長設(shè)置 1 個(gè), 每跨宜至少設(shè)置 2個(gè), 孔深 1/3 混凝土梁的高度。樓板每 15m2 設(shè)置一個(gè), 孔深 1/2 板厚。施工時(shí)要求畫出測溫孔平面布置圖, 測溫孔應(yīng)全部編號, 測溫孔應(yīng)設(shè)在有代表性的結(jié)構(gòu)部位和溫度變化大易冷卻的部位, 孔深(10- 15)cm, 也可為板厚的 1/2 或墻厚的 1/2。
(2) 剪力墻橫墻每條軸線測一塊模板, 縱墻測溫的模板在橫墻軸線之間梅花型布置, 每塊板單面設(shè)測孔 3 個(gè), 沿對角線布置, 上、下測孔距大模板邊上、下邊緣 30cm。
(3) 測溫孔留置方法: 基礎(chǔ)底板測溫孔用 15硬制鋼管留孔, 梁板測溫孔用 10 鋼筋在混凝土剛澆筑完畢未凝固前插入混凝土內(nèi)留置。在混凝土未終凝前拔出, 并按測溫孔編號做好標(biāo)志; 墻模板的測溫孔用電鉆在模板上打 12 孔, 并焊接DN15 鋼管突出保溫層。在澆筑混凝土前插入 10鋼筋, 澆筑混凝土后設(shè)專人間隔一定的時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)10 鋼筋, 在混凝土終凝后(約 3h- 4h)拔出鋼筋并按編號做好標(biāo)志, 該孔洞用保溫材料( 棉紗) 進(jìn)行堵塞, 測溫孔留置由混凝土工班負(fù)責(zé)。
(4)測溫方法: 測溫時(shí)按測溫孔編號順序進(jìn)行,使用測溫儀(溫度計(jì))插入測溫孔進(jìn)行測溫, 仔細(xì)讀數(shù), 并匯入測溫記錄表, 同時(shí)將測溫孔用保溫材料堵塞( 覆蓋) 好, 每次混凝土測溫完畢后, 保溫材料要恢復(fù)原位并用塑料膠帶纏好防止養(yǎng)護(hù)水侵入。
(5) 測溫時(shí)間: 一般在混凝土終凝后開始, 升溫過程每隔 4h￣6h 測量一次, 降溫過程每隔 8h 直至混凝土的內(nèi)、表溫差和外溫差趨于(0～5)℃后結(jié)束。嚴(yán)格控制混凝土的內(nèi)、表溫差和外溫差不超過 25℃。
5.2 混凝土的養(yǎng)護(hù)
眾所周知, 抗裂防水劑(硫鋁酸鹽膨脹組分)摻入混凝土中, 經(jīng)水化反應(yīng)后, 生成含結(jié)晶水的鈣礬石晶體, (3CaO?AL2O?33CaSO?432H2O), 使混凝土產(chǎn)生較大的膨脹。但對混凝土而言, 本身的含水量就較少, 因此, 為形成這一化合物在養(yǎng)護(hù)過程中充足供水就尤為重要。保工街車站采取了兩種養(yǎng)護(hù)方法:①底板澆注完成后在混凝土終凝前進(jìn)行四次壓抹收面, 以防止混凝土的塑性收縮產(chǎn)生的細(xì)小裂紋。并于 16h 后開始灑水, 20h 后蓄水養(yǎng)護(hù)至14d。②墻體采取濕養(yǎng)和水淋相結(jié)合的方法。濕養(yǎng)護(hù)——在 1d 后松模, 從上部淋水, 5d 后拆模, 拆模后養(yǎng)護(hù) 14d; 水淋養(yǎng)護(hù)——在混凝土澆注后 48h 拆除模板, 在墻體頂端設(shè)置 PVC 管進(jìn)行間斷性的噴淋, 淋水養(yǎng)護(hù)至 14d。墻體淋水養(yǎng)護(hù)時(shí)都應(yīng)覆蓋吸水性好的材料(土工布)防止混凝土污染。
6 混凝土工程的質(zhì)量
6.1 混凝土的強(qiáng)度
從現(xiàn)場取樣的混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)后的試驗(yàn)結(jié)果都符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度, 見表 4。
6.2 混凝土的抗?jié)B性能
抗?jié)B混凝土經(jīng)取樣標(biāo)養(yǎng) 28d 后其抗?jié)B等級均超過 S10, 符合設(shè)計(jì)要求。
構(gòu)造物實(shí)體的抗?jié)B性能——車站底板、側(cè)墻等在摻加 BM抗裂防水劑的抗?jié)B性混凝土工程, 均未出現(xiàn)有害裂縫, 混凝土抗裂防滲效果良好。
6.3 混凝土限制膨脹率、限制干縮率
根據(jù)現(xiàn)場取樣測試混凝土 14d 水中限制膨脹率為: 2.0×10-4 達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 限制干縮率 ( 水中14d 轉(zhuǎn)空氣中 28d)為 0.8×10-4 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
7 結(jié)束語
7.1 本工程已經(jīng)施工完的部位沒有發(fā)現(xiàn)裂縫和滲水。
7.2 保證大體積混凝土基礎(chǔ)地板和墻板不出現(xiàn)有害裂縫的關(guān)鍵是優(yōu)化混凝土的配合比, 控制混凝土的入模溫度和保溫養(yǎng)護(hù); 摻入天津豹鳴股份有限公司生產(chǎn)的 BM 抗裂防水劑拌成補(bǔ)償收縮混凝土, 可削減收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力, 使基礎(chǔ)地板和墻板不滲不漏, 達(dá)到結(jié)構(gòu)的自防水; 摻入適量的粉煤灰和礦渣粉以取代等量的水泥可以降低水化熱。這也是本工程獲得的重要經(jīng)驗(yàn)。
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