南京長江大橋大體積混凝土施工技術(shù)方案

南京長江第四大大橋大體積混混凝土施工技技術(shù)1引言南京長江江第四大橋(以下簡稱南南京四橋)是國務(wù)院批批準(zhǔn)的南京市市城市總體規(guī)規(guī)劃中“五橋一隧”過江通道之之一，是滬蓉蓉國道主干線線――南京繞城高高速公路的過過江通道和重重要組成部分分。南京長江江第四大橋位位于長江江蘇蘇南京區(qū)段內(nèi)內(nèi)，在南京長長江第二大橋橋下游約10公里處，距距長江入?？诳诩s320km。南京四橋A2標(biāo)負(fù)責(zé)北主主塔(主2#墩)和北過渡墩(主1#墩)的施工。本本文針對該標(biāo)標(biāo)結(jié)構(gòu)工程中中大體積砼的的施工關(guān)鍵技技術(shù)進(jìn)行論述述。2大體積砼砼工程概況南京長江第第四大橋A2標(biāo)結(jié)構(gòu)中屬屬于大體積混混凝土施工范范圍的有兩項項：一是北主主塔承臺，設(shè)設(shè)計標(biāo)號C35；二是北索索塔，設(shè)計標(biāo)標(biāo)號C55。北塔墩基礎(chǔ)礎(chǔ)承臺為啞鈴鈴形，平面尺尺寸72.5mm×27m，厚8.5m；塔座厚1.5m。承臺頂、底底標(biāo)高分別為為+5.5m，-3.0m。承臺四周周設(shè)防撞鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，并作為為承臺混凝土土澆筑的側(cè)模模板。承臺混混凝土方量為為117133.9m3，分為圓端端區(qū)、系梁區(qū)區(qū)和后澆帶三三部分。單幅幅圓端方量為為4866..7m3，單幅圓端端單次澆筑最最大方量為1717..7m3，分三次完完成。承臺結(jié)結(jié)構(gòu)見圖1所示，塔身身結(jié)構(gòu)見圖2所示。圖1南京京四橋北塔墩墩承臺結(jié)構(gòu)示示意圖3原因分析析通常大體積積混凝土施工工過程中容易易產(chǎn)生有害裂裂縫，這是大大體積混凝土土施工的通病病。如何控制制大體積混凝凝土有害裂縫縫的產(chǎn)生，提提高混凝土耐耐久性，是大大體積混凝土土施工的一個個難題。就目目前的施工水水平和環(huán)境，大大體積混凝土土產(chǎn)生裂縫的的主要原因分分析如下。3.1溫度度應(yīng)力引起的的裂縫混凝土是一一種由砂石骨骨料、水泥、水水及其他外摻摻料混合而成成的非均質(zhì)脆脆性材料。大大體積混凝土土澆筑后，在在水泥硬化過過程中產(chǎn)生大大量的水化熱熱，由于體積積較大，大量量的水化熱聚聚積在混凝土土內(nèi)部而不易易散發(fā)，導(dǎo)致致內(nèi)部溫度急急劇上升。此此時混凝土表表面溫度與外外界環(huán)境溫度度接近，這樣樣就形成了內(nèi)內(nèi)外較大的溫溫差。較大的的溫差使砼內(nèi)內(nèi)外熱脹冷縮縮的程度不一一致，造成混混凝土產(chǎn)生一一定的拉應(yīng)力力。而在早期期，混凝土抗抗拉強度通常常很低，當(dāng)拉拉應(yīng)力超過混混凝土的抗拉拉強度時，混混凝土表面就就容易出現(xiàn)裂裂縫。3.2干燥燥收縮混凝土硬化化后，在干燥燥的環(huán)境下，混混凝土內(nèi)部的的水分不斷向向外散發(fā)，引引起混凝土由由內(nèi)向外的干干縮變形裂縫縫。3.3塑性性變形水泥活性大大，混凝土溫溫度高，或水水灰比較小時時會加劇引起起開裂，這是是因為混凝土土泌水減少，表表面水分不能能補充，這時時混凝土處于于塑性狀態(tài)，稍稍微受到一些些拉力，表面面就會出現(xiàn)不不均勻的裂縫縫，裂縫出現(xiàn)現(xiàn)后，混凝土土內(nèi)水分蒸發(fā)發(fā)進(jìn)一步加大大，裂縫進(jìn)一一步擴大。4理論對策策通過以上分分析，大體積積混凝土裂縫縫主要是由溫溫度和收縮引引起的，所以以要采取措施施最大限度降降低內(nèi)外溫差差和減少混凝凝土收縮。而而要降低混凝凝土內(nèi)外溫差差，選擇合適適的原材料、降降低每方混凝凝土的水泥用用量及總膠凝凝材料用量以以降低水化熱熱最關(guān)鍵。提提高高性能混混凝土耐久性性，減少混凝凝土有害裂縫縫的產(chǎn)生，主主要包括幾個個方面：優(yōu)選選混凝土原材材料、優(yōu)化混混凝土配合比比、加強施工工過程的控制制及監(jiān)測及施施工后的混凝凝土養(yǎng)護(hù)工作作。4.1選擇擇合適的原材材料1.選用中中熱或低熱水水泥溫差主要是是水化熱產(chǎn)生生的，為了減減小溫差，就就要盡量降低低水化熱，使使用早期水化化熱低的水泥泥。試驗表明明，水泥水化化熱主要來自自礦物成分中中的鋁酸三鈣鈣和硅酸三鈣鈣，在大體積積混凝土施工工中，要降低低水泥水化熱熱應(yīng)優(yōu)先考慮慮采用鋁酸三三鈣和硅酸三三鈣含量低的的水泥，如礦礦渣水泥或大大壩水泥。在在水泥選擇過過程中，對湖湖北華新中熱熱硅酸鹽水泥泥、葛洲壩中中熱硅酸鹽水水泥及鎮(zhèn)江句句容臺泥普通通硅酸鹽水泥泥進(jìn)行了對比比試驗。湖北北華新中熱硅硅酸鹽水泥3天及7天水化熱分分別為210.113J/kgg、263.663J/kgg；葛洲壩中中熱硅酸鹽水水泥3天及7天水化熱分分別為211.228J/kgg、264.991J/kgg；鎮(zhèn)江句容容臺泥普通硅硅酸鹽水泥3天及7天水化熱分分別為216.772J/kgg、268.774J/kgg。通過水泥泥水化熱試驗驗可以看出，中中熱水泥水化化熱與普通硅硅酸鹽水泥相相比較低，有有利于控制混混凝土的水化化放熱。經(jīng)過過反復(fù)論證，綜綜合各種因素素，最終選擇擇了鎮(zhèn)江句容容臺泥普通硅硅酸鹽P.O422.5水泥。主要要原因有：中中熱水泥在國國內(nèi)還沒有使使用于特大型型橋梁的先例例，特別是索索塔結(jié)構(gòu)；中中熱水泥產(chǎn)地地離施工區(qū)距距離遠(yuǎn)，大大大增加運輸成成本，且?guī)韥聿淮_定因素素；中熱水泥泥早期強度低低，不利于索索塔爬模施工工，延長施工工周期等等。鎮(zhèn)鎮(zhèn)江句容臺泥泥普通硅酸鹽鹽水泥與中國國海螺普通硅硅酸鹽水泥相相比，水化熱熱值低，放熱熱速率慢。4.2摻加加粉煤灰等外外摻料為了減少水水泥用量，降降低水化熱并并改善混凝土土的和易性，在在混凝土中大大量摻加粉煤煤灰及礦粉。由由于粉煤灰中中含有大量的的硅、鋁氧化化物，這些硅硅鋁氧化物能能夠與水泥的的水化產(chǎn)物進(jìn)進(jìn)行二次反應(yīng)應(yīng)，是其活性性的來源，可可以取代部分分水泥，從而而降低水泥的的用量；同時時，粉煤灰的的火山灰反應(yīng)應(yīng)進(jìn)一步改善善了混凝土內(nèi)內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)構(gòu)，使混凝土土中的孔隙率率降低，硬化化后的混凝土土更加致密，收收縮值也減小小。摻加礦粉粉的混凝土早早期強度相應(yīng)應(yīng)較低，后期期強度有較大大增長，混凝凝土“強度互補效效應(yīng)”對硬性化混混凝土早期發(fā)發(fā)揮礦粉的火火山灰效應(yīng)，改改善漿體和集集料的界面結(jié)結(jié)構(gòu)，后期發(fā)發(fā)揮粉煤灰火火山灰效應(yīng)，所所帶來的孔徑徑細(xì)化作用，使使混凝土后期期強度持續(xù)得得到提高。礦礦粉和粉煤灰灰復(fù)合配制混混凝土，充分分發(fā)揮粉煤灰灰的“形態(tài)效應(yīng)”，粉煤灰對對漿體起到“潤滑作用”，增大拌合合物流動性，減減少泵送阻力力，能改善由由于礦粉的摻摻入導(dǎo)致混凝凝土粘度大的的特點，使新新拌混凝土得得到最佳的流流動度和粘聚聚性，使其和和易性得到改改善。坍落度度損失有所延延緩，混凝土土初凝時間相相應(yīng)延遲。一一般地，混凝凝土耐久性是是由抗碳化、抗抗?jié)B性、抗凍凍融性等指標(biāo)標(biāo)來表示，隨隨著水灰比降降低，強度越越高，碳化深深度也越小，平平均滲透高度度也越小，相相應(yīng)提高了混混凝土的抗?jié)B滲能力，同時時也提高了混混凝土的抗凍凍性能。隨著著礦物摻合料料的增加，碳碳化深度也增增大，但增長長較小，不會會造成增加混混凝土鋼筋銹銹蝕的風(fēng)險。4.3骨料料選擇要合適適盡量選擇粒粒徑較大的粗粗骨料，因為為粗骨料越大大，級配越好好，孔隙率越越小，比表面面積越小，每每方混凝土的的水泥砂漿量量和水泥用量量相應(yīng)越省，水水化熱隨之降降低，對防止止混凝土開裂裂有好處。同同時，還要考考慮到混凝土土的泵送問題題，因為粗骨骨料粒徑太大大不利于泵送送施工。細(xì)骨骨料宜采用級級配良好的中中粗砂，石英英含量高，中中粗砂其孔隙隙率小，砂細(xì)細(xì)度模數(shù)為2.7-33.1為宜，含泥泥量小于1%。4.4摻加加聚羧酸外加加劑摻入聚羧酸酸系列緩凝高高效減水劑，目目的是改善混混凝土的性能能。一方面降降低水灰比，提提高混凝土強強度，或者在在保持混凝土土強度的同時時減少水泥用用量，而水灰灰比的降低，水水泥用量的減減少對防止開開裂是十分有有利的；另一一方面延緩混混凝土放熱峰峰值的出現(xiàn)時時間，由于混混凝土的強度度會隨著齡期期的增長而增增大，所以等等放熱峰值出出現(xiàn)時，混凝凝土的抗拉強強度已經(jīng)增大大了，從而減減小裂縫出現(xiàn)現(xiàn)的機率，還還可以減小混混凝土的坍落落度的經(jīng)時損損失。5關(guān)鍵措施施5.1混凝凝土配合比的的設(shè)計與調(diào)整整南京長江第第四大橋北塔塔設(shè)計為C55鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)，由于于為大體積高高標(biāo)號混凝土土結(jié)構(gòu)，為減減小混凝土的的開裂風(fēng)險，混混凝土強度驗驗收齡期為60天，這樣可可以利用混凝凝土后期強度度，減少每方方混凝土中的的水泥用量，降降低混凝土的的水化熱，減減小開裂風(fēng)險險。設(shè)計混凝凝土初凝時間間為10-122h，終凝時間間為14-166h。為了達(dá)達(dá)到這個目的的，在滿足規(guī)規(guī)范及設(shè)計文文件的前提下下，在混凝土土中大量摻加加粉煤灰及礦礦粉等外摻料料，粉煤灰的的水化熱較小小，且粉煤灰灰能增加混凝凝土強度的后后期強度；在在滿足施工的的前提下，使使用較小的砂砂率，從而提提高結(jié)構(gòu)的抗抗裂能力。在在所以原材料料確定后，進(jìn)進(jìn)行了大量的的混凝土配合合比試驗，在在滿足施工要要求的各項性性能的前提下下，比較不同同混凝土配合合比半絕熱溫溫升，從而推推斷混凝土澆澆注過程中產(chǎn)產(chǎn)生的絕熱溫溫升，選擇溫溫升最小的混混凝土配合比比。主要的思思路為：調(diào)整整每方混凝土土中膠凝材料料的用量、水水泥與粉煤灰灰及礦粉之間間的比例、5-16mmm及16-255mm碎石的比例例、水膠比等等。北索塔C55選擇的混凝凝土配合比為為：北塔承臺臺混凝土設(shè)計計驗收齡期為為60天，混凝土土抗?jié)B等級為為W12,混凝土配合合比設(shè)計思路路為大量摻加加粉煤灰，摻摻量為32%，選用較小小坍落度，避避免大面積施施工振搗后出出現(xiàn)大量浮漿漿，增加鑿毛毛難度，同時時降低表層混混凝土抵抗裂裂縫的能力。具具體試驗方法法為：調(diào)整混混凝土膠凝材材料用量、調(diào)調(diào)整粉煤灰摻摻量及水膠比比，比較混凝凝土和易性、抗抗?jié)B性能、抗抗壓強度及半半絕熱溫升。采采用正交試驗驗方法，試驗驗方案如下：：C35承臺臺混凝土配合合比正交試驗驗方案試驗方案與與試驗結(jié)果最優(yōu)為A33B2C1DD1，C因素影響最最大最后選用的的C35北塔承臺混混凝土配合比比為：北塔承臺施施工為10月下旬，氣氣溫較低，有有利于溫度控控制。承臺分分三層澆注，通通過合理分層層，優(yōu)選混凝凝土配合比及及布設(shè)冷卻水水管；北塔承承臺混凝土施施工沒有出現(xiàn)現(xiàn)有害裂縫，保保證了結(jié)構(gòu)的的耐久性。5.2施工工中的溫度控控制5.2.11降低骨料入入倉溫度降低骨料入入倉溫度是指指對將要進(jìn)行行拌和混凝土土所用骨料采采取措施，以以降低骨料的溫度度，從而降低低混凝土的入入模溫度。我我項目部在混混凝土拌和站站骨料堆場搭搭置了遮陽棚棚，防止因陽陽光直射而引引起的溫度升升高。在夏季季施工時，避避開中午時間間，選擇夜間間施工。并在在澆注混凝土土前4小時采用井井水沖淋碎石石，以降低碎碎石的溫度。5.2.22拌和水冷卻夏季施工，材材料及拌和用用水溫度高，混混凝土出機溫溫度也高，為為達(dá)到混凝土土入模溫度不不高于28℃的目標(biāo)，采采取的方案有有：在水池里里加入冰塊，給給拌和水降溫溫；安裝冷卻卻機組。5.2.33加入冰渣由于夏季外外界氣溫較高高，各種原材材料的溫度也也較高，要降降低混凝土入入模溫度，需需要多種措施施相結(jié)合，另另外采取了在在混凝土攪拌拌過程中加入入冰渣的措施施，相應(yīng)扣除除拌和用水，理理論上每方混混凝土每降低低1℃所需要的冰冰量可按照公公式計算：式中Mb――冰冰的使用量，kg；Mi――各各種材料的使使用量，kg；Ci――各各種材料的比比熱，kJ/kgg?k；Rb――冰冰的融解熱，335kJJ/kg；Cw――水水的比熱，4.2kkJ/kg??k；Th――混混凝土出機溫溫度控制值，℃。設(shè)定Th==22℃，根據(jù)計算算，每方混凝凝土降低1℃，需要加入5kg冰渣，延長長攪拌時間，使使冰渣完全融融化。5.2.44水泥及粉煤煤灰冷卻水泥出廠時時溫度較高，輸輸送過程的摩摩擦及壓力，使使水泥和粉煤煤灰溫度繼續(xù)續(xù)升高，為有有效降低混凝凝土溫度，采采取遮陽布包包裹水泥及粉粉煤灰儲存罐罐，并使用井井水噴灑，以以降低水泥及及粉煤灰的溫溫度；盡量使使水泥儲存時時間長，使水水泥充分冷卻卻。5.3施工工過程的監(jiān)測測及混凝土養(yǎng)養(yǎng)護(hù)在索塔施工工過程中，不不定期采用無無線測溫元件件對索塔混凝凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行行了監(jiān)測，觀觀測混凝土溫溫峰值、出現(xiàn)現(xiàn)溫峰的時間間及降溫速率率，尤其是季季節(jié)轉(zhuǎn)換時，根根據(jù)觀測結(jié)果果，及時制定定調(diào)整混凝土土施工及養(yǎng)護(hù)護(hù)措施，防止止由于冬季氣氣溫低，拆模模時間早，或或拆模后沒有有及時采取保保溫措施；沒沒有及時對結(jié)結(jié)構(gòu)灑水養(yǎng)護(hù)護(hù)，從而使結(jié)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫縫。根據(jù)大體體積混凝土施施工指南的要要求，混凝土土內(nèi)部溫峰不不得超過60℃，混凝土入入模溫度不超超過28℃，通過以上上措施相結(jié)合合，在夏季索索塔混凝土施施工時，能實實現(xiàn)混凝土入入模溫度不超超過28℃的目標(biāo)。混凝土澆筑筑完畢初凝后后，要及時采采取適當(dāng)?shù)拇氪胧炷镣吝M(jìn)行養(yǎng)護(hù)，連連續(xù)養(yǎng)護(hù)齡期期不少于7天，混凝土土初凝后，及及時灑水，保保持混凝土表表面濕潤，防防止混凝土發(fā)發(fā)生干縮裂縫縫?；炷翝矟仓?，由于于表面較內(nèi)部部散熱快，會會形成內(nèi)外溫溫差，表面收收縮，受內(nèi)部部約束產(chǎn)生拉拉應(yīng)力，這種種應(yīng)力通常很很小，不至于于超過混凝土土的抗拉強度度而產(chǎn)生裂縫縫。但如果此此時受到冷空空氣的襲擊，或或者過分通風(fēng)風(fēng)散熱，使表