高性能海工混凝土在复杂地区的应用

高性能海工混凝土在复杂地区的应用

1主塔施工裂缝处理方案比选杭州大桥北航道大桥主要通过卵石双轩桥和哈萨克斯坦横向板岩横向桥的形状。主塔的总高度为178.8米，塔柱结构为薄断裂带，塔座和横向结构为大型体积结构。薄壁和大体积结构容易产生裂缝,在主塔分节施工中,随着主塔施工高度的增加,混凝土和易性不易控制,主塔结构也容易出现裂缝。杭州湾地区属南亚热带季风气候,温湿多雨,是重大灾害天气多发地带。主塔施工期,不仅经历了寒冬和酷暑不良季节,而且受台风多次侵扰,给混凝土的裂缝控制带来了难度。高性能海工混凝土属于一种新型的建筑材料。这种混凝土材料早期的抗拉强度较低,主塔施工由于工期紧,每节塔柱施工,需要尽早拆模,这对混凝土结构裂缝的防治非常不利。综合考虑施工方案对混凝土结构施工的裂缝问题,在主塔施工中采用了工艺成熟的液压自爬模方案。爬模方案整体刚度好,有益于对混凝土裂缝的预防。塔座和横梁采用常规方案施工。本文对施工中所应用的裂缝控制技术,作一简要概述。2混凝土结构的缺陷在海洋环境中,高性能海工混凝土是具有高耐久性、高尺寸稳定性和良好工作性的混凝土材料。它不仅要有好的抗氯离子渗透性能,还应有好的抗裂性能,但由于各种不良因素的存在,当混凝土的内应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土结构便会出现不同程度的裂缝,主塔结构与其它结构类型一样,如果混凝土温度应力或自身收缩产生的变形过大,必然对主塔结构的施工质量不利(容易出现裂缝)。本文结合引起结构裂缝相关的温度应力、收缩变形、早期强度等重要因素,具体从原材料、配合比、施工管理和措施等方面进行综合考虑,力求通过控制这些重要因素,达到裂缝控制的目的。2.1充填材料选择混凝土原材料质量影响混凝土水化反应进程,对混凝土的力学性能影响很大。水泥中矿物含量、集料的含泥量、外加剂的种类对混凝土性能也有很大影响,在原材料选择时,应着重考虑以下几方面因素对混凝土抗裂性的要求。(1)选择优质骨料,控制骨料含泥量,减少混凝土的收缩。主塔混凝土细集料为质量优良的闽江中砂,粗集料采用宁波本地的优质碎石,对含泥量严格控制,细集料不超过2.0%,粗集料不超过0.5%。(2)选择水化热不高的水泥品种,本工程采用了强度等级为42.5的质量符合国家标准的Ⅱ型硅酸盐水泥,而且水泥中C3A含量宜控制在6%~12%,水泥使用时温度控制在50℃,从而使水化热不会太高,混凝土内部的温度应力也会降低。(3)选择优质的矿物掺合料,本工程选择了优质的磨细矿粉和Ⅰ级粉煤灰作为海工混凝土的矿物料,矿粉选用S95级,平均比表面积为440m2/kg,3d活性指数平均为81%;粉煤灰选用Ⅰ级,细度约为9.1%,比国标规定的指标还要好。由于受海工混凝土渗透性能指标的限制,需在混凝土中掺用一定比例的矿物掺合料,混凝土氯离子抗渗性才能满足要求。受矿物掺合料活性的限制,混凝土的早期抗拉强度低,这对混凝土的防裂是不利的。在水泥后期的水化反应中,受优质矿物掺合料的细化和火山灰双重作用,混凝土后期的抗拉强度会提高得很快,龄期超过28d的海工混凝土会超过同材料的普通混凝土的抗压和抗折强度。2.2工程施工中混凝土的配合比对基础由于缺乏海工混凝土防裂方面的施工经验,对它的特性认识还不够全面,在工程施工中,根据工程进展和实际情况,对混凝土配合比作了有针对性的优化。(1)按平板法分析抗裂性能试验最终优化后的配合比为:水泥∶矿粉∶粉煤灰∶细集料∶粗集料∶水∶外加剂=1∶0.77∶0.31∶3.21∶4.44∶0.61∶0.026。每立方混凝土中胶凝材料480kg(水泥230kg,矿粉178kg,粉煤灰72kg),细集料用量739kg,粗集料用量1021kg,单位用水量140kg,外加剂用量6.0kg。混凝土水胶比为0.29,集胶比灰为3.67,砂率为42%,用以上配比的混凝土进行施工,工作性能良好,满足高塔施工的需要,其抗裂性能满足要求,用平板法进行的混凝土抗裂性能试验中,试件没有出现裂缝。在配合比设计中,应用双掺技术,优化了磨细矿粉和粉煤灰的掺量,并使用优质矿物掺合料,不仅改善了海工混凝土的工作性能,而且提高了后期的力学性能,还有利于混凝土裂缝的预防。(2)解决了施工面临的混凝土泵送难题在配合比设计中考虑了HP4000A型聚羧酸型高效减水剂的使用,此种类型外加剂不仅减水效果好,塌落度经时损失小,而且对混凝土工作性能有很大改善,有效地解决了高塔施工面临的混凝土泵送难题。高效减水剂的减水率达25%以上,混凝土用水量大幅度减少,降低了水胶比,混凝土干缩减小,提高了混凝土均匀性,使混凝土早期强度大幅度提高,提高了混凝土的抗裂性能。2.3确定混凝土浇筑和拆模混凝土裂缝的控制是一项较为复杂的技术,工程裂缝的控制程度如何,更能反映出一个施工单位的技术和管理水平。在杭州湾跨海大桥主塔施工过程中,严格执行了技术交底制度,对混凝土采取了一系列防裂措施,并制定了相应的管理制度。在主塔分项工程施工前,对全体作业人员进行了细致的思想教育和技术交底工作,明确了施工技术员、实验人员及混凝土供应、混凝土浇筑施工作业人员的责任,以确保混凝土供应及施工浇筑质量。施工后,严格控制拆模时间,拆模按规定程序进行,及时了解天气变化,未经允许,禁止拆模。拆模后,及时跟踪混凝土养护工作,确保人员及时到位。平时,应做好搅拌船及其相关混凝土施工机械设备的维修保养工作,为混凝土浇筑施工作好准备。3提高混凝土抗裂性能的n工程施工中采用的预防裂缝措施主要从两方面着手,一是提高混凝土的抗裂性能,二是减少混凝土的内应力。在主塔施工中,针对不同的结构部位,采取了相应的抗裂措施。3.1s11塔座施工前的技术措施塔座混凝土方量1414.8m3,厚2.5m,属于大体积施工,为了保证模板体系的刚度和稳定性,在承台施工时,预埋型钢作为塔座模板的挡板,模板采用大块定型钢模,并在顶部设1道直径为28mm的对拉螺栓。北航道桥B10塔座先于B11施工,B10塔座拆模后,裂缝控制效果不好(混凝土出现了一些裂缝),为了保证工程施工质量,B11塔座施工前,在优化塔座施工方案的基础上,有针对性地采取了一些技术措施。(1)提高混凝土入模温度。当外界气温较低时,给拌和用水加热,以提高混凝土的入模温度,有利于加快混凝土的水化速度,提高混凝土的早期强度。(2)B11塔座施工采取后浇带施工。将塔座合理分成3块,先完成左右两边的分段施工,然后完成中间分段的后浇带施工。采取后浇带施工不仅减小了混凝土的浇筑体积,削弱了混凝土温度应力的集中,减小了混凝土温度应力,而且尚未封闭的后浇带,是前期分块塔座的施工缝,有利于前期混凝土的收缩变形。另外,采取后浇带施工,还有利于加快整个塔座施工进度,大大缩短了塔座混凝土与承台混凝土的施工龄期,从而避免或减少了塔座裂缝的出现。(3)在海工混凝土中掺加一定数量的聚丙乙烯纤维,以提高混凝土的抗拉强度。(4)加强了混凝土养护和保温工作。混凝土浇注后,在混凝土表面喷洒养护剂,并用麻袋覆盖其表面,以利于混凝土的水化,避免混凝土产生过大的温差。3.2混凝土浇筑及性能控制主塔下横梁也属于大体积混凝土施工,在横梁施工图设计中,就考虑到裂缝预防,在其内设有3道70cm厚隔板,并将结构设计成预应力结构,提高了混凝土结构的承载能力。横梁施工采用了落地支架系统,支架落在塔座上,落点加固处理。混凝土浇注分2次进行,其浇筑高度分别为5.8m和1.2m。混凝土按夏季温控措施进行作业。混凝土坍落度控制在20~21cm,根据混凝土浇筑方量和泵送速度,初凝时间控制在24h左右。混凝土对称浇筑,每次浇注高差控制在40cm左右,底板一次浇筑完毕,腹板及横隔梁分层依次往返浇筑,以利于支架的均匀受力。3.3混凝土防裂网安装塔柱共分43个节段进行混凝土浇注施工,第1次浇筑部位是实心段,布置了冷却管和温度传感器,通过循环水降温,将混凝土温差控制在25℃以下。塔座与塔柱截面不同、混凝土龄期不同,混凝土收缩应力如果在变截面处过度集中,则其附近的混凝土有可能产生裂缝,因而采用了在混凝土中掺入聚丙乙烯纤维的做法,以提高海工混凝土的早期抗拉强度。塔柱主筋外侧设计了防裂网(以提高结构的防裂能力),施工中应严格控制防裂网的安装质量。混凝土施工结束后,做好塔柱外表面及顶面混凝土的防风保湿和养护工作,采用了麻袋土工布覆盖,自动喷水养生,并延长混凝土养护时间。4控制海工混凝土开裂杭州湾跨海大桥北主