文/王幸好 鄂爾多斯市國(guó)能神東監(jiān)理有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000
按照GB50496-2018《大體積混凝土施工規(guī)范》定義,大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1 米的大體量混凝土,或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。
大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)體積大、承受荷載大、水泥水化熱大、內(nèi)部受力相對(duì)復(fù)雜等特點(diǎn)。在施工中結(jié)構(gòu)整體性要求高,一般要求整體澆筑,不留施工縫,并做好后期養(yǎng)護(hù)[1]。
大體積混凝土常見的質(zhì)量問題就是混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫,裂縫主要分為以下三種類型:
一是表面裂縫。由于結(jié)構(gòu)體積大,水化熱聚集在內(nèi)部,混凝土內(nèi)部溫度較高,而表面溫度較低,導(dǎo)致內(nèi)外溫差大,因而在表面層易出現(xiàn)裂縫。
二是貫穿性裂縫,由于結(jié)構(gòu)溫差較大,拉應(yīng)力超過了混凝土的極限抗拉強(qiáng)度,因此在約束接觸處產(chǎn)生貫穿性裂縫。
三是施工冷縫。因?yàn)榇篌w積混凝土的混凝土澆筑量大,一般需要分層澆筑。在分層澆筑中,上下兩層混凝土遇到特殊原因,例如混凝土供應(yīng)不足、施工現(xiàn)場(chǎng)停水、停電等特殊情況不能連續(xù)澆筑時(shí)易出現(xiàn)施工冷縫。
混凝土的質(zhì)量對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和性能具有決定性影響。混凝土質(zhì)量監(jiān)理的重點(diǎn)具體如下:
(1)原材料監(jiān)理。原材料的質(zhì)量決定了混凝土的質(zhì)量,原材料包括水泥、砂、石子等。監(jiān)理要確保原材料符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。
(2)配合比監(jiān)理。配合比的準(zhǔn)確性對(duì)混凝土的性能至關(guān)重要。監(jiān)理要驗(yàn)證混凝土的配合比是否符合設(shè)計(jì)要求。
(3)澆筑質(zhì)量監(jiān)理。在混凝土澆筑過程中,需要控制澆筑質(zhì)量,控制點(diǎn)包括振搗、坍落度、均勻性等。這有助于確?;炷恋木鶆蛐院途o密性。
(4)強(qiáng)度監(jiān)理。混凝土的抗壓強(qiáng)度是評(píng)估其質(zhì)量的重要指標(biāo),進(jìn)行強(qiáng)度監(jiān)理可以確保混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)。
(5)收縮和裂縫監(jiān)理?;炷猎谟不^程中可能會(huì)發(fā)生收縮和裂縫,這會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。監(jiān)理要及早發(fā)現(xiàn)并采取措施防止裂縫擴(kuò)展。
(6)耐久性監(jiān)理?;炷恋哪途眯詫?duì)建筑結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期使用至關(guān)重要。監(jiān)理要評(píng)估混凝土的抗壓抗?jié)B、抗凍融、抗化學(xué)侵蝕等性能。
(7)非破壞性監(jiān)理:為了不破壞混凝土結(jié)構(gòu),可以采用非破壞性監(jiān)理方法,如超聲波檢測(cè)、雷達(dá)法檢測(cè)等,評(píng)估混凝土內(nèi)部的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。
大體積混凝土監(jiān)理的難點(diǎn)是控制混凝土結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生裂縫,產(chǎn)生裂縫的主要原因之一是水化熱。水化熱是指物質(zhì)與水化合時(shí)所放出的熱。大體積混凝土的橫截面厚度通常較大,若發(fā)生水化熱反應(yīng),則會(huì)集中在結(jié)構(gòu)內(nèi)部,而混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的散熱效率不佳,會(huì)使混凝土的內(nèi)部溫度大大超過外部,從而引起較大的溫度應(yīng)力,使混凝土表面產(chǎn)生裂縫,嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度及其他性能。因此水化熱高的水泥不得用在大體積混凝土工程中,水化熱可在量熱器中直接測(cè)量,也可通過熔解熱間接計(jì)算?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員可以采用一些工程措施減輕水化熱,例如選擇合適的水泥品種和數(shù)量、冷卻的粗骨料、埋設(shè)循環(huán)冷水管、分段分層澆筑、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等。
原材料是建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量占比最大的因素,甚至直接決定了工程質(zhì)量能否合格達(dá)標(biāo),因此監(jiān)理人員應(yīng)嚴(yán)格把控原材料,保證其質(zhì)量與安全性能都能滿足質(zhì)量控制要求,從根本上改善混凝土的質(zhì)量,提高工程質(zhì)量。
混凝土通常由水泥、粗骨料、細(xì)骨料、摻合料等材料與水按照一定比例配合而成。大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因是水泥水化產(chǎn)生的水化熱。由于礦物成分及摻合料數(shù)量不同,水泥的水化熱差異比較大,因此需要根據(jù)工程特點(diǎn)選擇合適的水泥。通常鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的水泥水化熱高,而摻合料多的水泥水化熱則較低。為降低水泥水化熱、減小體積變形,大體積混凝土應(yīng)盡量選用水化熱較低、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥,優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。
粗骨料宜選用連續(xù)級(jí)配的碎石,粒徑通常在10-30mm 之間,含泥量不應(yīng)大于1.0%。使用這樣的骨料配制出來混凝土具有較好的和易性,混凝土整體更均勻、更密實(shí),并且有較高的強(qiáng)度、良好的抗裂性能。細(xì)骨料通常采用中粗砂,施工前必須對(duì)砂子的質(zhì)地、細(xì)數(shù)模度、級(jí)配、含泥量、有害物質(zhì)含量等進(jìn)行檢測(cè),特別是含泥量和有害物質(zhì)含量,一般情況下細(xì)數(shù)模度控制在3.7-1.6 范圍內(nèi),含泥量控制在3%以內(nèi),有害物質(zhì)含量控制在2%以內(nèi)。
外加劑、摻合料等可以降低混凝土的水化熱,也可以改善混凝土的流動(dòng)性、粘聚性,提高混凝土的可泵性。大體積混凝土外加劑宜采用緩凝劑、減水劑,摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等;通常混凝土中粉煤灰等礦物質(zhì)摻合料的含量控制在25%以內(nèi)。拌合水通常采用可飲用的水。
大體積混凝土配合比的原則是水膠比不宜大于0.55,用水量不宜大于175 千克/立方米;在保證混凝土性能的前提下,盡量減少水泥用量,提高粗骨料和礦物摻合料用量。因此在混凝土配制過程中,需要根據(jù)工程實(shí)際要求來確定配制比例,并且合理選擇原料與摻合料。
水泥對(duì)混凝土性能的影響主要在于礦物成分的種類和數(shù)量以及水泥的細(xì)度,水泥中的硅酸三鈣與水反應(yīng),產(chǎn)生水化硅酸鈣,呈凝膠狀。水化硅酸鈣凝膠對(duì)混凝土中砂石骨料等起膠結(jié)作用,并填充其間孔隙。砂石骨料,在混凝土中約占體積的70%~80%,適當(dāng)增加骨料用量,不僅可以節(jié)約水泥,降低混凝土成本,對(duì)提高混凝土強(qiáng)度也有利,還可因減小收縮率,降低水化熱,增加耐久性等好處。水是滿足水泥水化所需要的,普通混凝土常用的水灰比是0.40~0.65。硫酸鹽、粉煤灰等外加劑可以賦予混凝土某些特殊性能,滿足工程的某種需要,在具體配制過程中需控制操作技術(shù),例如硫酸鹽水的溫度通常保持在15℃以內(nèi),粉煤灰燒失量通??刂圃?%以內(nèi)。不同的配合比例會(huì)讓混凝土的性能產(chǎn)生巨大差異,因此質(zhì)量控制人員要根據(jù)工程的建設(shè)要求確定適合的混凝土配合比,現(xiàn)場(chǎng)施工過程中監(jiān)理人員要不定期檢查配合比是否達(dá)到要求。
在完成混凝土配制工作后,需要對(duì)混凝土的輸送進(jìn)行管理,在輸送前需要制定詳細(xì)的輸送方案,包括輸送設(shè)備的類型和數(shù)量,計(jì)算混凝土的配合比和凝結(jié)時(shí)間,確?;炷聊軌蚣皶r(shí)有效運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng),保證混凝土澆筑的連續(xù)性。在運(yùn)輸過程中,攪拌運(yùn)輸車應(yīng)保持低速旋轉(zhuǎn),單程運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)控制在1 小時(shí)內(nèi),當(dāng)運(yùn)輸過程中出現(xiàn)離析或使用外加劑進(jìn)行調(diào)整時(shí),攪拌車應(yīng)加快攪拌2 分鐘以上,禁止向混凝土中加水;在混凝土泵送前,先用適量的水濕潤(rùn)泵車,再用砂漿進(jìn)行潤(rùn)泵。輸送前確保輸送管道清潔、通暢,并及時(shí)對(duì)管道連接處進(jìn)行加固,避免混凝土在輸送泵連接處出現(xiàn)漏液等問題[2]。在輸送期間,質(zhì)量控制人員還需要了解設(shè)備及其操作方法,盡可能保證輸送的連續(xù)性。
混凝土澆筑工作是混凝土施工的關(guān)鍵內(nèi)容,應(yīng)結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)特性選用澆筑方法。針對(duì)大體積的混凝土結(jié)構(gòu),由于施工時(shí)間較長(zhǎng),一般會(huì)采用分層澆筑確?;炷两Y(jié)構(gòu)的完整性。常見的分層澆筑包括全面分層、分段分層、斜面分層三種。全面分層即在第一層全面澆筑完畢后,再回頭澆筑第二層,施工時(shí)從短邊開始,沿長(zhǎng)邊順著一個(gè)方向進(jìn)行分層澆筑,第二層澆筑工作開始之前需要保證第一層混凝土初凝完畢;分段分層澆筑是先從底層開始,澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。它是將結(jié)構(gòu)分成多個(gè)段,然后對(duì)不同段開展?jié)仓ぷ?,常用于結(jié)構(gòu)厚度不大但是比較長(zhǎng)的情況。斜面分層澆筑是從混凝土下端開始澆筑然后逐漸上移,要求斜面坡度不大于1/3,適用于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度大大超過厚度3 倍的情況?;炷翝仓^程中監(jiān)理人員需要旁站監(jiān)理,及時(shí)掌握混凝土內(nèi)部情況,根據(jù)情況變化及時(shí)調(diào)整澆筑方案。
混凝土澆筑時(shí),還需要進(jìn)行振搗工作,通過振搗能夠排出混凝土內(nèi)部的空氣,提升混凝土的均勻性和密度,提升澆筑的效果和質(zhì)量。振搗的方式包括機(jī)械振搗和人工振搗兩種,為了保證振搗的效果,振搗時(shí)需要選擇合適的振搗設(shè)備,如果混凝土的厚度超過30 厘米,應(yīng)該選擇表面振搗器,對(duì)于面積較小的混凝土結(jié)構(gòu),一般使用插入式振搗器,根據(jù)需要進(jìn)行斜向振搗和垂直振搗。振搗時(shí),振搗棒移動(dòng)間距≤400 毫米,振搗時(shí)間15~30 秒,采用“快插慢拔”的方式,插入下層混凝土50 毫米左右,當(dāng)混凝土表面不再明顯下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為充分振搗。振搗工作應(yīng)該保證持續(xù)性,振搗過程不能出現(xiàn)間歇,同時(shí)也要避免振搗時(shí)間過長(zhǎng),防止由于振搗過度導(dǎo)致砂漿分離、石子過度下沉,并且應(yīng)在混凝土初凝之前完成振搗工作。
大體積混凝土澆筑后,必須設(shè)專人監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)表面溫度與中心溫度。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)按平面分層布置,一般監(jiān)測(cè)點(diǎn)不宜少于4 處。測(cè)溫時(shí)間不少于14 小時(shí),前7 天每隔4 小時(shí)測(cè)溫一次,后7 天每隔8 小時(shí)測(cè)溫一次?;炷两Y(jié)構(gòu)中心溫度與表面溫度的溫差不得超過25 度,測(cè)溫過程中如果發(fā)現(xiàn)溫差大于25 度時(shí),要采取有效措施,如覆蓋保溫等;當(dāng)溫差小于25 度時(shí),可停止測(cè)溫。如測(cè)溫結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)偏差較大,應(yīng)繼續(xù)測(cè)溫監(jiān)控。測(cè)溫過程中宜及時(shí)描繪出各點(diǎn)的溫度變化曲線和斷面的溫度分布曲線[3]。
溫度控制是避免結(jié)構(gòu)裂縫的一種預(yù)防性措施,溫度控制措施有:
一是優(yōu)化混凝土配合比,增加粉煤灰含量,減少水泥用量,降低水化熱;選用優(yōu)質(zhì)的粗細(xì)骨料,嚴(yán)控含泥量;摻入外加劑,延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間,改善混凝土的和易性。
二是控制混凝土的澆筑溫度和混凝土的出機(jī)溫度?;炷恋臐仓囟仁侵富炷翉臄嚢铏C(jī)出料后,經(jīng)過運(yùn)輸、泵送、澆筑、振搗等工序后的溫度,通常混凝土的最高澆筑溫度應(yīng)控制在40℃以下。澆筑時(shí)間最好安排在低溫季節(jié)或夜間,若在高溫季節(jié)施工,盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間、縮短混凝土的暴曬時(shí)間、混凝土運(yùn)輸工具采取隔熱遮陽(yáng)措施等。控制出機(jī)溫度可降低大體積混凝土的總溫升和減小結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差,對(duì)出機(jī)溫度影響最大的是石子和水的溫度,砂子次之,水泥的影響最小,因此在施工中可以通過對(duì)骨料澆水冷卻、采用冷卻水等方法降低混凝土的出機(jī)溫度。
三是控制混凝土的輸送,對(duì)于泵送混凝土的輸送管道,應(yīng)全程覆蓋并灑水,以減少混凝土在泵送過程中吸收太陽(yáng)熱量,最大限度地降低混凝土的溫度。
混凝土的養(yǎng)護(hù)通常采用保溫保濕養(yǎng)護(hù)。常溫下混凝土澆筑完成后12 小時(shí)內(nèi)必須覆蓋保溫養(yǎng)護(hù),普通混凝土不少于7 天,大體積混凝土不少于28 天?;炷翈pB(yǎng)護(hù)期間,應(yīng)采取帶模包裹、澆水、噴淋灑水等措施進(jìn)行保濕、潮濕養(yǎng)護(hù),保證模板接縫處不致失水干燥?;炷寥コ砻娓采w物或拆模后,應(yīng)對(duì)混凝土采用蓄水、澆水或覆蓋灑水等措施進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù),也可在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時(shí),采用麻布、草簾等材料將暴露面混凝土覆蓋或包裹,再用塑料布或帆布等將麻布、草簾等保濕材料包覆。包覆期間,包覆物應(yīng)完好無損,彼此搭接完整,內(nèi)表面應(yīng)具有凝結(jié)水珠?;炷琉B(yǎng)護(hù)期間應(yīng)注意采取保溫措施,目的主要是為了減少混凝土表面的熱擴(kuò)散,延長(zhǎng)散熱時(shí)間,防止混凝土表面溫度受環(huán)境因素影響(如曝曬、氣溫驟降等)而發(fā)生劇烈變化,防止產(chǎn)生表面裂縫。
以一個(gè)具體工程為例:大柳塔煤礦至開拓準(zhǔn)備中心道路二標(biāo)段(即大石公路二標(biāo)段),全長(zhǎng)8.383 千米,工程內(nèi)容包括路基、路面、橋梁(中橋1 座、大橋1 座)、橋涵、交通安全設(shè)施等。兩座預(yù)制橋梁分別是劉石畔三元溝橋(長(zhǎng)49.88 米×寬11.5 米)、糖漿渠溝橋(長(zhǎng)125.68 米×寬11.5 米)。橋梁包括多個(gè)承臺(tái)、系梁、墩柱、蓋梁和箱梁,均為大體積結(jié)構(gòu),施工現(xiàn)場(chǎng)采用的澆筑方式為水平分層、機(jī)械振搗、一次澆筑完成。砼采用商品混凝土,使用砼罐車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng),然后用泵車入模,分層澆筑分層振搗,每層澆筑厚度約為30cm。砼澆筑完畢后,頂面初次抹平,待砼收漿完畢初凝之前,再次進(jìn)行抹面。砼初凝后用篷布覆蓋保濕養(yǎng)護(hù),定期澆水測(cè)溫觀測(cè)。
(1)做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)、組織管理,確保有充足的人力、物力,保證施工按計(jì)劃進(jìn)行。
(2)保證混凝土供應(yīng),確?;炷吝B續(xù)澆筑。
(3)控制混凝土澆筑的交接時(shí)間,應(yīng)控制在初凝前,不應(yīng)留冷縫。
(4)保證振搗密實(shí),嚴(yán)格控制振搗時(shí)間、移動(dòng)距離和插入深度,嚴(yán)防漏振及過振。
(5)混凝土澆筑后做好養(yǎng)護(hù)工作,做好混凝土的保溫及保濕工作。
對(duì)于大體積混凝土來說,若質(zhì)量控制過程中存在原料質(zhì)量不足、質(zhì)量控制操作不規(guī)范等情況都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷問題,導(dǎo)致穩(wěn)定性、耐久性、安全性等參數(shù)降低。大體積混凝土缺陷一般表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)空洞、裂縫、夾雜泥沙等。為避免結(jié)構(gòu)缺陷問題,可以采用低頻超聲檢測(cè)設(shè)備或聲帶換能器等設(shè)備進(jìn)行缺陷測(cè)試,獲取混凝土的結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息,并結(jié)合檢測(cè)出的信息進(jìn)行大體積混凝土分析,根據(jù)缺陷的嚴(yán)重程度考慮進(jìn)行修補(bǔ)或返工處理。
裂縫是大體積混凝土質(zhì)量控制中最常見的質(zhì)量缺陷,質(zhì)量控制人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況采用對(duì)應(yīng)措施提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力,具體如下:
其一,在原材料中加入添加劑,控制混凝土的自縮值,在這一過程中需要控制好添加劑的用量和使用時(shí)機(jī)等,提高添加劑的使用規(guī)范性;
其二,在原材料中加入增強(qiáng)材料,提高混凝土的整體強(qiáng)度和抗裂效果,包括有機(jī)纖維或無機(jī)纖維等,能夠提高抗拉性能,降低裂縫等質(zhì)量缺陷的形成;
其三,控制混凝土混合料的配比,大體積混凝土質(zhì)量控制往往受材料配比因素的影響,在材料配制之前需要進(jìn)行試配試驗(yàn),針對(duì)原材料的應(yīng)用比例進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算和控制,同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo),篩選出最佳的配比方案,提高大體積混凝土的強(qiáng)度與剛度,保證建筑工程質(zhì)量控制。
在大體積混凝土中有兩種特殊的混凝土,分別是纖維混凝土、微膨脹混凝土等。纖維混凝土通過縱橫交錯(cuò)分布的高強(qiáng)度的細(xì)長(zhǎng)纖維來增大混凝土的抗裂能力,從而達(dá)到限制裂縫發(fā)展,阻止其擴(kuò)大的目的。微膨脹混凝土實(shí)質(zhì)上就是膨脹應(yīng)力對(duì)由溫差和收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力的補(bǔ)償。利用這種溫差補(bǔ)償效應(yīng),可以達(dá)到防滲抗裂的效果。
在工程實(shí)踐中,部分質(zhì)量控制人員出于能力不足或僥幸心理等因素,未能按照質(zhì)量控制方案進(jìn)行配比與質(zhì)量控制,很容易導(dǎo)致混凝土的質(zhì)量問題。針對(duì)這類情況需要從多個(gè)角度入手解決,從根本上提升質(zhì)量控制人員的綜合技術(shù)水平,提高質(zhì)量控制過程的規(guī)范性,避免人為因素對(duì)大體積混凝土帶來的質(zhì)量影響。
一是需要對(duì)質(zhì)量控制人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn),培訓(xùn)過程需要從質(zhì)量控制操作技術(shù)和質(zhì)量意識(shí)兩個(gè)角度進(jìn)行;
二是做好人員選拔,質(zhì)量控制人員培訓(xùn)后,需要從質(zhì)量控制技術(shù)和質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)等方面,選拔質(zhì)量控制技術(shù)好、經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心強(qiáng)的人員擔(dān)任質(zhì)量控制工作;
三是制定規(guī)章制度并嚴(yán)格執(zhí)行,通過規(guī)章制度的落實(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制的規(guī)范性與有序性;
四是做好質(zhì)量控制與安全的宣傳教育工作,在質(zhì)量控制人員日常工作中,還需要加強(qiáng)宣傳,提高質(zhì)量控制人員的責(zé)任意識(shí)與安全意識(shí)。
在建筑工程大體積混凝土施工過程中,采用合理的設(shè)計(jì)措施,選擇合適的原材料,采用科學(xué)的管理措施,可以提高混凝土本身抗拉性能,減少大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生,保證工程質(zhì)量,避免因出現(xiàn)裂縫而影響工程的質(zhì)量甚至導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。