地震模擬臺(tái)大體積混凝土施工質(zhì)量控制

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摘要：模擬地震振動(dòng)臺(tái)大體積混凝土基礎(chǔ)承受動(dòng)荷載，混凝土裂縫控制尤為重要。文章所采取的一系列防止大體積混凝土裂縫的應(yīng)對(duì)措施，經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用，這些防開(kāi)裂措施能有效地控制混凝土施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)；大體積混凝土；溫度監(jiān)測(cè)；裂縫控制

1概述

安徽建科院抗震檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，位于合肥市蜀山經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)。地震模擬系統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)是實(shí)驗(yàn)室的主要設(shè)備之一，該設(shè)備為一套臺(tái)面尺寸3m×3m的三向六自由度振動(dòng)臺(tái)。振動(dòng)臺(tái)通過(guò)8個(gè)激振作動(dòng)器與預(yù)埋在混凝土基礎(chǔ)里的作動(dòng)器連接件相連接。振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)采用開(kāi)口箱形固定基礎(chǔ)，外形幾何尺寸為11m×4.8m×7.5m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，混凝土總用量約1300m3。根據(jù)《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》（GB50496-2018）相關(guān)條款，本工程屬于大體積混凝土基礎(chǔ)范疇。基礎(chǔ)見(jiàn)圖1、圖2所示。大體積混凝土由于厚度尺寸較大，混凝土內(nèi)部水泥水化產(chǎn)生的熱量較難散發(fā)，內(nèi)部和外部溫差導(dǎo)致的溫度變形不一致，從而在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。溫差大到一定程度，混凝土表面拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，在混凝土表面會(huì)產(chǎn)生有害裂縫，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生貫穿裂縫。而振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)屬于動(dòng)載基礎(chǔ)，基礎(chǔ)承受振動(dòng)臺(tái)工作時(shí)傳遞的動(dòng)荷載，如果振動(dòng)臺(tái)作動(dòng)器連接預(yù)埋件與混凝土基礎(chǔ)之間出現(xiàn)裂縫，將極大地破壞振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)的整體剛性，作動(dòng)器無(wú)法傳遞激振力。因此采取有效措施控制混凝土的溫度應(yīng)力和收縮力，從而防止混凝土裂縫，成為該振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)施工質(zhì)量的一個(gè)重要控制點(diǎn)。

2原材料選擇及配合比設(shè)計(jì)

2.1原材料

①為降低混凝土中水泥的水化熱，采用外摻法配置混凝土。使用海螺P042.5低熱普通硅酸鹽水泥，混凝土中摻加適量粉煤灰，在保證膠凝材料總量前提下，降低了水泥用量，從而能降低混凝土水化熱，并且改善混凝土的和易性、可泵性、粘聚性等性能。使用前必須對(duì)水泥的強(qiáng)度、安定性、凝結(jié)時(shí)間、水化熱等性能指標(biāo)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。②細(xì)骨料采用中砂，細(xì)度模數(shù)為2.5，含泥量為1.1%，級(jí)配區(qū)間Ⅱ區(qū)中砂。③粗骨料粒徑級(jí)配為5㎜～16㎜：16㎜～31.5㎜=1:3，試驗(yàn)含泥量0.1%，且為非堿活性粗骨料。④粉煤灰選用F類二級(jí)。外加劑采用高效緩凝、減水型，為江蘇蘇博特PCA-I型；膨脹劑為江蘇蘇博特HME-Ⅲ型。

2.2配合比設(shè)計(jì)

經(jīng)試驗(yàn)室技術(shù)人員多次試配，根據(jù)各種混凝土配合比的性能及強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告，最終確定采用的配合比如下表。

3澆筑工藝

①根據(jù)振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)尺寸及振動(dòng)臺(tái)作動(dòng)器預(yù)埋件安裝工藝要求，混凝土擬分四次澆筑完成。第一次：-7.5m至-6.2m，高度1.3m，混凝土約211m3；第二次：-6.2m至-3.38m，高度2.82m，混凝土約469m3；第三次：-3.38m至-1.6m，厚度1.78m，混凝土約229.8m3；第四次：-1.6m至0m，厚度1.6m，混凝土約207m3?；炷练执螡仓蟠鬁p低混凝土收縮產(chǎn)生裂縫，每次混凝土澆筑間隔20d左右。見(jiàn)圖2所示。②每次混凝土澆筑前重點(diǎn)處理施工縫界面，使混凝土結(jié)合密實(shí)牢固。根據(jù)混凝土每次澆筑體量、運(yùn)輸混凝土?xí)r間及混凝土初凝時(shí)間，采用整體分層連續(xù)式澆灌混凝土澆筑方式，每層混凝土厚度為400mm。振搗從澆筑層的下端開(kāi)始，逐漸上移，以保證混凝土施工質(zhì)量。見(jiàn)圖3所示。③現(xiàn)場(chǎng)采用的是電動(dòng)插入式振搗器，振搗時(shí)，振搗棒應(yīng)呈45°斜插，快插慢拔，插點(diǎn)間距一般在300mm～450mm，插點(diǎn)應(yīng)均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)，循序漸進(jìn)；振搗時(shí)間宜為10s～30s，以混凝土表面泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)。在混凝土初凝前，進(jìn)行復(fù)振，將振動(dòng)棒插入混凝土中，排出混凝土中多余的水分。待混凝土表面收水后，用磨光機(jī)或木抹搓平，防止混凝土干縮裂縫出現(xiàn)。

4混凝土內(nèi)外溫差控制措施

4.1降低混凝土的攪拌出機(jī)溫度及入模溫度

①除水泥水化熱外，考慮到本工程基礎(chǔ)混凝土澆筑時(shí)間恰逢合肥市5月份，攪拌站對(duì)骨料可進(jìn)行噴淋冷水預(yù)冷（但注意做好骨料含水率的測(cè)定及施工配合比用水量的調(diào)整），亦可進(jìn)行覆蓋或設(shè)置遮陽(yáng)裝置避免日光直曬。②水泥生產(chǎn)出廠后，應(yīng)停置冷卻一周時(shí)間后方可使用。③盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，運(yùn)輸罐車如具備條件，也應(yīng)設(shè)置避陽(yáng)設(shè)施。④使用冷水?dāng)嚢?，摻加相?yīng)的緩凝型減水劑。

4.2加強(qiáng)施工中溫度控制

①在混凝土澆筑完，表面處理好之后，立即用塑料薄膜及土工布覆蓋。塑料薄膜及土工布具有很好的保溫作用，同時(shí)對(duì)混凝土還具有明顯的保濕效果。這樣混凝土表面可以持續(xù)保持濕潤(rùn)狀態(tài)，緩慢降溫，混凝土徐變特性得到充分發(fā)揮，從而降低溫度應(yīng)力。采用表面覆蓋隔熱保護(hù)的方法，避免表面降溫過(guò)大，起到了降低內(nèi)外溫差防止裂縫的作用。②鑒于混凝土表面有豎向鋼筋，無(wú)法放置板材保溫材料，混凝土澆筑后采用蓄水保溫。根據(jù)《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》（GB50496-2018）計(jì)算蓄水保溫的厚度，安排專人進(jìn)行管理?；炷琉B(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d，并延遲側(cè)模拆除時(shí)間，側(cè)模拆除時(shí)間不早于7d，采用帶模養(yǎng)護(hù)，降低混凝土降溫時(shí)間和速度，充分利用混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。③進(jìn)行混凝土溫度測(cè)量，根據(jù)混凝土測(cè)溫?cái)?shù)值變化情況，適時(shí)調(diào)整蓄水保溫層厚度，控制混凝土表面溫度，從而降低混凝土里表溫差，減小溫度梯度。確?；炷晾锉頊夭羁刂圃?5℃以內(nèi)，表面溫度與環(huán)境溫差均控制在20℃以內(nèi)，保持降溫速率2℃/d，控制混凝土溫度陡降不超過(guò)10℃。通過(guò)加強(qiáng)測(cè)溫和溫度監(jiān)測(cè)管理，以有效遏制有害裂縫出現(xiàn)。④嚴(yán)格按照混凝土澆筑施工工藝，安排各施工工序，確?；炷猎跐仓^(guò)程中能分層分段進(jìn)行，便于散發(fā)混凝土水化熱，降低溫升峰值。

4.3提升混凝土的極限拉伸強(qiáng)度

①精選混凝土粗骨料，嚴(yán)格控制其含泥量，骨料級(jí)配良好。通過(guò)加強(qiáng)混凝土的振搗，提高混凝土密實(shí)度，增加抗拉強(qiáng)度，減小收縮變形。②混凝土拌制采取二次投料法、澆筑采取二次振搗法，排除混凝土因泌水形成的空隙，提高握裹力，增強(qiáng)混凝土抗裂性；澆筑后及時(shí)排除混凝土表面泌水，加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，提高混凝土早期抗拉強(qiáng)度及彈性模量。

5溫度測(cè)量與數(shù)值結(jié)果分析

5.1溫度測(cè)量

①結(jié)合振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)幾何特點(diǎn)以及混凝土分層澆筑施工情況，在待澆筑混凝土中布置測(cè)溫點(diǎn)位。以第二次澆筑基礎(chǔ)混凝土為例，混凝土澆筑厚度2.82m，測(cè)溫位布置平面圖，見(jiàn)圖4所示。每個(gè)測(cè)位沿混凝土澆筑體厚度方向布置5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，分別為混凝土上、中、下部及上中、下中部位，上、下部傳感器分別距混凝土上、下表層50mm～100mm，測(cè)點(diǎn)豎向間距不宜大于500mm，見(jiàn)圖5所示。溫度傳感器采用熱敏電阻性，與結(jié)構(gòu)鋼筋及固定架金屬體隔離，固定牢固。此外還在混凝土表面及保溫層內(nèi)，用水銀溫度計(jì)測(cè)量混凝土表面溫度及距混凝土面1.5m高的大氣溫度。②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，入模溫度測(cè)量，每臺(tái)班不少于2次。采用直接測(cè)溫法測(cè)量混凝土豎向上、上中、中、中下、下部溫度，將溫度測(cè)試儀的測(cè)溫接口與溫度傳感器導(dǎo)線連接，分別測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的溫度，并作記錄。測(cè)溫次數(shù)為：混凝土澆筑后每15min～60min測(cè)溫一次并記錄。當(dāng)降溫速率大于2℃/d或每4h降溫大于1℃，表里溫度大于25℃時(shí)應(yīng)報(bào)警，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化溫控措施。當(dāng)混凝土內(nèi)部最高溫度與外界環(huán)境溫度之間差值連續(xù)3d小于25℃時(shí)，且混凝土溫度降低速率小于2℃/d時(shí)，且表里溫差小于25℃規(guī)定，停止測(cè)溫。

5.2數(shù)值結(jié)果分析

測(cè)溫結(jié)束，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，繪制各測(cè)點(diǎn)溫度變化曲線，編制溫度監(jiān)測(cè)報(bào)告。從混凝土基礎(chǔ)表里溫度變化曲線可以看出，澆筑完2d～3d后，中部測(cè)溫點(diǎn)溫度上升速度明顯加快，達(dá)到溫度最高點(diǎn)，而后期溫度則緩慢降低。從圖6可知，3#測(cè)溫位混凝土內(nèi)部最高溫度73℃，此測(cè)溫位里表溫差達(dá)25℃，7d區(qū)間混凝土里表溫差變化范圍15℃～25℃。從圖7可以看出，5#測(cè)溫位混凝土內(nèi)部最高溫度達(dá)72℃，此測(cè)溫位里表溫差達(dá)24℃，其混凝土里表溫差7d區(qū)間變化范圍20℃～25℃。均符合《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》(GB50496-2018)的要求。通過(guò)以上混凝土測(cè)溫度里表溫差數(shù)值結(jié)果分析可以看出，采用一系列控制裂縫措施，可以有效地控制大體積混凝土的里表溫差。

6結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于大體積混凝土施工裂縫質(zhì)量控制，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)，綜合采取一系列措施，諸如混凝土原材料的選取、配合比及澆筑工藝設(shè)計(jì)、溫度控制與監(jiān)測(cè)、保濕養(yǎng)護(hù)等，完全能控制大體積混凝土的施工質(zhì)量。經(jīng)觀察，混凝土設(shè)備基礎(chǔ)未出現(xiàn)裂縫，混凝土質(zhì)量控制適宜有效，滿足設(shè)計(jì)要求，可為類似工程施工提供參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

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作者：康建軍 單位：安徽三建工程有限公司