南京长江大桥大体积混凝土施工技术方案

1、南京长江第第四大桥桥大体积积混凝土土施工技技术1引言言 南京京长江第第四大桥桥(以下简简称南京京四桥)是国务务院批准准的南京京市城市市总体规规划中“五桥一一隧”过江通通道之一一，是沪沪蓉国道道主干线线南京绕绕城高速速公路的的过江通通道和重重要组成成部分。南南京长江江第四大大桥位于于长江江江苏南京京区段内内，在南南京长江江第二大大桥下游游约10公里处处，距长长江入海海口约3200km。南京京四桥A2标负责责北主塔塔(主2#墩)和北过过渡墩(主1#墩)的施工工。本文文针对该该标结构构工程中中大体积积砼的施施工关键键技术进进行论述述。 2大体体积砼工工程概况况 南京长长江第四四大桥A2标结构构中属于

2、于大体积积混凝土土施工范范围的有有两项：一是北北主塔承承台，设设计标号号C35；二是是北索塔塔，设计计标号C55。 北塔墩墩基础承承台为哑哑铃形，平平面尺寸寸72.5m27mm，厚8.55m；塔座座厚1.55m。承台台顶、底底标高分分别为+5.5m，-3.0m。承台台四周设设防撞钢钢结构，并并作为承承台混凝凝土浇筑筑的侧模模板。承承台混凝凝土方量量为117713.9m33，分为为圆端区区、系梁梁区和后后浇带三三部分。单单幅圆端端方量为为48666.77m3，单幅幅圆端单单次浇筑筑最大方方量为17117.77m3，分三三次完成成。承台台结构见见图1所示，塔塔身结构构见图2所示。 图1 南京四四桥

3、北塔塔墩承台台结构示示意图 3原因因分析 通常大大体积混混凝土施施工过程程中容易易产生有有害裂缝缝，这是是大体积积混凝土土施工的的通病。如如何控制制大体积积混凝土土有害裂裂缝的产产生，提提高混凝凝土耐久久性，是是大体积积混凝土土施工的的一个难难题。就就目前的的施工水水平和环环境，大大体积混混凝土产产生裂缝缝的主要要原因分分析如下下。 3.11温度应应力引起起的裂缝缝 混凝土土是一种种由砂石石骨料、水水泥、水水及其他他外掺料料混合而而成的非非均质脆脆性材料料。大体体积混凝凝土浇筑筑后，在在水泥硬硬化过程程中产生生大量的的水化热热，由于于体积较较大，大大量的水水化热聚聚积在混混凝土内内部而不不易散

4、发发，导致致内部温温度急剧剧上升。此此时混凝凝土表面面温度与与外界环环境温度度接近，这这样就形形成了内内外较大大的温差差。较大大的温差差使砼内内外热胀胀冷缩的的程度不不一致，造造成混凝凝土产生生一定的的拉应力力。而在在早期，混混凝土抗抗拉强度度通常很很低，当当拉应力力超过混混凝土的的抗拉强强度时，混混凝土表表面就容容易出现现裂缝。 3.22干燥收收缩 混凝土土硬化后后，在干干燥的环环境下，混混凝土内内部的水水分不断断向外散散发，引引起混凝凝土由内内向外的的干缩变变形裂缝缝。 3.33塑性变变形 水泥活活性大，混混凝土温温度高，或或水灰比比较小时时会加剧剧引起开开裂，这这是因为为混凝土土泌水减减

5、少，表表面水分分不能补补充，这这时混凝凝土处于于塑性状状态，稍稍微受到到一些拉拉力，表表面就会会出现不不均匀的的裂缝，裂裂缝出现现后，混混凝土内内水分蒸蒸发进一一步加大大，裂缝缝进一步步扩大。 4理论论对策 通过以以上分析析，大体体积混凝凝土裂缝缝主要是是由温度度和收缩缩引起的的，所以以要采取取措施最最大限度度降低内内外温差差和减少少混凝土土收缩。而而要降低低混凝土土内外温温差，选选择合适适的原材材料、降降低每方方混凝土土的水泥泥用量及及总胶凝凝材料用用量以降降低水化化热最关关键。提提高高性性能混凝凝土耐久久性，减减少混凝凝土有害害裂缝的的产生，主主要包括括几个方方面：优优选混凝凝土原材材料、

6、优优化混凝凝土配合合比、加加强施工工过程的的控制及及监测及及施工后后的混凝凝土养护护工作。 4.11选择合合适的原原材料 1.选选用中热热或低热热水泥 温差主主要是水水化热产产生的，为为了减小小温差，就就要尽量量降低水水化热，使使用早期期水化热热低的水水泥。试试验表明明，水泥泥水化热热主要来来自矿物物成分中中的铝酸酸三钙和和硅酸三三钙，在在大体积积混凝土土施工中中，要降降低水泥泥水化热热应优先先考虑采采用铝酸酸三钙和和硅酸三三钙含量量低的水水泥，如如矿渣水水泥或大大坝水泥泥。在水水泥选择择过程中中，对湖湖北华新新中热硅硅酸盐水水泥、葛葛洲坝中中热硅酸酸盐水泥泥及镇江江句容台台泥普通通硅酸盐盐水

7、泥进进行了对对比试验验。湖北北华新中中热硅酸酸盐水泥泥3天及7天水化化热分别别为2100.133J/kkg、2633.633J/kkg；葛洲洲坝中热热硅酸盐盐水泥3天及7天水化化热分别别为2111.288J/kkg、2644.911J/kkg；镇江江句容台台泥普通通硅酸盐盐水泥3天及7天水化化热分别别为2166.722J/kkg、2688.744J/kkg。通过过水泥水水化热试试验可以以看出，中中热水泥泥水化热热与普通通硅酸盐盐水泥相相比较低低，有利利于控制制混凝土土的水化化放热。经经过反复复论证，综综合各种种因素，最最终选择择了镇江江句容台台泥普通通硅酸盐盐P.OO42.5水泥。主主要原因因

8、有：中中热水泥泥在国内内还没有有使用于于特大型型桥梁的的先例，特特别是索索塔结构构；中热热水泥产产地离施施工区距距离远，大大大增加加运输成成本，且且带来不不确定因因素；中中热水泥泥早期强强度低，不不利于索索塔爬模模施工，延延长施工工周期等等等。镇镇江句容容台泥普普通硅酸酸盐水泥泥与中国国海螺普普通硅酸酸盐水泥泥相比，水水化热值值低，放放热速率率慢。 4.22掺加粉粉煤灰等等外掺料料 为了减减少水泥泥用量，降降低水化化热并改改善混凝凝土的和和易性，在在混凝土土中大量量掺加粉粉煤灰及及矿粉。由由于粉煤煤灰中含含有大量量的硅、铝铝氧化物物，这些些硅铝氧氧化物能能够与水水泥的水水化产物物进行二二次反应

9、应，是其其活性的的来源，可可以取代代部分水水泥，从从而降低低水泥的的用量；同时，粉粉煤灰的的火山灰灰反应进进一步改改善了混混凝土内内部的孔孔结构，使使混凝土土中的孔孔隙率降降低，硬硬化后的的混凝土土更加致致密，收收缩值也也减小。掺掺加矿粉粉的混凝凝土早期期强度相相应较低低，后期期强度有有较大增增长，混混凝土“强度互互补效应应”对硬性性化混凝凝土早期期发挥矿矿粉的火火山灰效效应，改改善浆体体和集料料的界面面结构，后后期发挥挥粉煤灰灰火山灰灰效应，所所带来的的孔径细细化作用用，使混混凝土后后期强度度持续得得到提高高。矿粉粉和粉煤煤灰复合合配制混混凝土，充充分发挥挥粉煤灰灰的“形态效效应”，粉煤煤灰

10、对浆浆体起到到“润滑作作用”，增大大拌合物物流动性性，减少少泵送阻阻力，能能改善由由于矿粉粉的掺入入导致混混凝土粘粘度大的的特点，使使新拌混混凝土得得到最佳佳的流动动度和粘粘聚性，使使其和易易性得到到改善。坍坍落度损损失有所所延缓，混混凝土初初凝时间间相应延延迟。一一般地，混混凝土耐耐久性是是由抗碳碳化、抗抗渗性、抗抗冻融性性等指标标来表示示，随着着水灰比比降低，强强度越高高，碳化化深度也也越小，平平均渗透透高度也也越小，相相应提高高了混凝凝土的抗抗渗能力力，同时时也提高高了混凝凝土的抗抗冻性能能。随着着矿物掺掺合料的的增加，碳碳化深度度也增大大，但增增长较小小，不会会造成增增加混凝凝土钢筋筋

11、锈蚀的的风险。 4.33骨料选选择要合合适 尽量选选择粒径径较大的的粗骨料料，因为为粗骨料料越大，级级配越好好，孔隙隙率越小小，比表表面积越越小，每每方混凝凝土的水水泥砂浆浆量和水水泥用量量相应越越省，水水化热随随之降低低，对防防止混凝凝土开裂裂有好处处。同时时，还要要考虑到到混凝土土的泵送送问题，因因为粗骨骨料粒径径太大不不利于泵泵送施工工。细骨骨料宜采采用级配配良好的的中粗砂砂，石英英含量高高，中粗粗砂其孔孔隙率小小，砂细细度模数数为2.77-3.1为宜，含含泥量小小于1%。 4.44掺加聚聚羧酸外外加剂 掺入聚聚羧酸系系列缓凝凝高效减减水剂，目目的是改改善混凝凝土的性性能。一一方面降降低

12、水灰灰比，提提高混凝凝土强度度，或者者在保持持混凝土土强度的的同时减减少水泥泥用量，而而水灰比比的降低低，水泥泥用量的的减少对对防止开开裂是十十分有利利的；另另一方面面延缓混混凝土放放热峰值值的出现现时间，由由于混凝凝土的强强度会随随着龄期期的增长长而增大大，所以以等放热热峰值出出现时，混混凝土的的抗拉强强度已经经增大了了，从而而减小裂裂缝出现现的机率率，还可可以减小小混凝土土的坍落落度的经经时损失失。 5关键键措施 5.11混凝土土配合比比的设计计与调整整 南京长长江第四四大桥北北塔设计计为C55钢筋混混凝土结结构，由由于为大大体积高高标号混混凝土结结构，为为减小混混凝土的的开裂风风险，混混

13、凝土强强度验收收龄期为为60天，这这样可以以利用混混凝土后后期强度度，减少少每方混混凝土中中的水泥泥用量，降降低混凝凝土的水水化热，减减小开裂裂风险。设设计混凝凝土初凝凝时间为为10-12hh，终凝凝时间为为14-16hh。 为为了达到到这个目目的，在在满足规规范及设设计文件件的前提提下，在在混凝土土中大量量掺加粉粉煤灰及及矿粉等等外掺料料，粉煤煤灰的水水化热较较小，且且粉煤灰灰能增加加混凝土土强度的的后期强强度；在在满足施施工的前前提下，使使用较小小的砂率率，从而而提高结结构的抗抗裂能力力。在所所以原材材料确定定后，进进行了大大量的混混凝土配配合比试试验，在在满足施施工要求求的各项项性能的的

14、前提下下，比较较不同混混凝土配配合比半半绝热温温升，从从而推断断混凝土土浇注过过程中产产生的绝绝热温升升，选择择温升最最小的混混凝土配配合比。主主要的思思路为：调整每每方混凝凝土中胶胶凝材料料的用量量、水泥泥与粉煤煤灰及矿矿粉之间间的比例例、5-116mmm及16-25mmm碎石的的比例、水水胶比等等。北索索塔C55选择的的混凝土土配合比比为： 北塔塔承台混混凝土设设计验收收龄期为为60天，混混凝土抗抗渗等级级为W122,混凝土土配合比比设计思思路为大大量掺加加粉煤灰灰，掺量量为32%，选用用较小坍坍落度，避避免大面面积施工工振捣后后出现大大量浮浆浆，增加加凿毛难难度，同同时降低低表层混混凝土

15、抵抵抗裂缝缝的能力力。具体体试验方方法为：调整混混凝土胶胶凝材料料用量、调调整粉煤煤灰掺量量及水胶胶比，比比较混凝凝土和易易性、抗抗渗性能能、抗压压强度及及半绝热热温升。采采用正交交试验方方法，试试验方案案如下： C355承台混混凝土配配合比正正交试验验方案 试验方方案与试试验结果果 最优为为A3BB2C11D1，C因素影影响最大大 最后选选用的C35北塔承承台混凝凝土配合合比为： 北塔承承台施工工为10月下旬旬，气温温较低，有有利于温温度控制制。承台台分三层层浇注，通通过合理理分层，优优选混凝凝土配合合比及布布设冷却却水管；北塔承承台混凝凝土施工工没有出出现有害害裂缝，保保证了结结构的耐耐久

16、性。 5.22施工中中的温度度控制 5.22.1降低骨骨料入仓仓温度 降低骨骨料入仓仓温度是是指对将将要进行行拌和混混凝土所所用骨料料采取措措施，以以降低 骨料的的温度，从从而降低低混凝土土的入模模温度。我我项目部部在混凝凝土拌和和站骨料料堆场搭搭置了遮遮阳棚，防防止因阳阳光直射射而引起起的温度度升高。在在夏季施施工时，避避开中午午时间，选选择夜间间施工。并并在浇注注混凝土土前4小时采采用井水水冲淋碎碎石，以以降低碎碎石的温温度。 5.22.2拌和水水冷却 夏季施施工，材材料及拌拌和用水水温度高高，混凝凝土出机机温度也也高，为为达到混混凝土入入模温度度不高于于28的目标标，采取取的方案案有：在

17、在水池里里加入冰冰块，给给拌和水水降温 ；安装装冷却机机组。 5.22.3加入冰冰渣 由于夏夏季外界界气温较较高，各各种原材材料的温温度也较较高，要要降低混混凝土入入模温度度，需要要多种措措施相结结合，另另外采取取了在混混凝土搅搅拌过程程中加入入冰渣的的措施，相相应扣除除拌和用用水，理理论上每每方混凝凝土每降降低1所需要要的冰量量可按照照公式计计算： 式中 Mb冰的使使用量，kg； Mi各种材材料的使使用量，kg； Ci各种材材料的比比热，kJ/kg?k； Rb冰的融融解热，3355kJ/kg； Cw水的比比热，4.22 kJJ/kgg?k； Th混凝土土出机温温度控制制值，。 设定TTh=2

18、22，根据据计算，每每方混凝凝土降低低1，需要要加入5kg冰渣，延延长搅拌拌时间，使使冰渣完完全融化化。 5.22.4水泥及及粉煤灰灰冷却 水泥出出厂时温温度较高高，输送送过程的的摩擦及及压力，使使水泥和和粉煤灰灰温度继继续升高高，为有有效降低低混凝土土温度，采采取遮阳阳布包裹裹水泥及及粉煤灰灰储存罐罐，并使使用井水水喷洒，以以降低水水泥及粉粉煤灰的的温度；尽量使使水泥储储存时间间长，使使水泥充充分冷却却。 5.33施工过过程的监监测及混混凝土养养护 在索塔塔施工过过程中，不不定期采采用无线线测温元元件对索索塔混凝凝土结构构进行了了监测，观观测混凝凝土温峰峰值、出出现温峰峰的时间间及降温温速率，尤尤其是季季节转换换时，根根据观测测结果，及及时制定定调整混混凝土施施工及养养护措施施，防止止由于冬冬季气温温低，拆拆模时间间早，或或拆模后后没有及及时采取取保温措措施；没没有及时时对结构构洒水养养护，从从而使结结构出现现裂缝。根根据大体体积混凝凝土施工工指南的的要求，混混凝土内内部温峰