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BM补偿收缩混凝土在超长地下工程中的应用
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内容提示：沈阳地铁一号线保工街车站主体顶板、底板、侧墙(711.1m); 车站附属顶板、底板、侧墙(891.89m) 设计强度均为 C30S10, 共计 13471.8m3 混凝土, 通过技术论证和采用了一系列控制裂缝技术措施, 并掺加 BM 型抗裂防水剂制作的补偿收缩混凝土进行施工, 在取得了良好经济效益的同时, 保证了工程质量。 [
[摘 要] 沈阳地铁一号线保工街车站主体顶板、底板、侧墙(711.1m); 车站附属顶板、底板、侧墙(891.89m) 设计强度均为 C30S10, 共计 13471.8m3 混凝土, 通过技术论证和采用了一系列控制裂缝技术措施, 并掺加 BM 型抗裂防水剂制作的补偿收缩混凝土进行施工, 在取得了良好经济效益的同时, 保证了工程质量。（参考《建筑中文网》）
[关键词] 抗裂防水剂 补偿收缩混凝土 温度 裂纹控制
1 工程概况
沈阳地铁一号线保工街车站位于保工街与建设中路十字路口处, 沿建设中路呈东西向布置。车站主体结构总长 189.5m, 标准段宽 18.5m。车站两端为两层双跨箱型框架结构, 采用盖挖顺作法施工, 该段长150.3m; 中间为单层双跨的双连拱结构, 采用暗挖法施工, 该段长 39.2m, 宽 20.84m。车站设 4 个出入口两个风道, 其中 4 号出入口为预留, 1、2、3 号出入口采用明挖法施工, 结构型式为单层混凝土矩形结构,标准断面净宽 5m, 净高 3.15m。车站位于地震基本烈度 7 度区。该场地见两层地下水, 粉质粘土隔水层,层厚 0.30m～3.40m, 上层地下水 稳 定 水 位 埋 深7.20m～10.75m, 下层地下水属空隙承压水, 承压水头埋深 10.50m, 含水层渗透性强。车站主体暗挖段二衬(39.2m); 车站主体顶板、底板、侧墙(711.1m); 车站附属顶板、底板、侧墙 (891.89m) 设计强度均为C30S10, 共计 13471.8m3 混凝土。
2 技术控制重点及施工控制目标
保工街车站结构, 设计要求使用年限为 100年, 使用期间要有足够的强度、刚度、稳定性、耐久性, 还要做到不渗不漏, 主体结构混凝土的质量以及结构自防水的质量是关键所在。因此把控制混凝土裂纹作为本工程的技术控制重点, 施工时严格控制混凝土的坍落度、混凝土的入模温度、混凝土产生水化热后的内外温差以及混凝土的浇注后的养护作为施工的控制目标。
3 配合比的设计
3.1 配合比设计要点
鉴于该混凝土属于补偿收缩混凝土 ( 是指按规定测定的 14d 限制膨胀值大于 1.5×10-4, 而 180d的限制收缩值小于 4.0×10-4 的混凝土), 所以我们在设计该配合比时做了如下考虑:
(1) 该混凝土属于大体积混凝土, 配合比设计时考虑掺加粉煤灰和矿渣粉, 由于粉煤灰会降低膨胀率, 所以粉煤灰掺量不高于胶凝材料总量20%。夏季混凝土的凝结时间做了适当延缓 ( 但当缓凝时间超过 15h 时混凝土的限制膨胀率要降低) 。
(2) 根据混凝土 14d 水中的限制膨胀率来确定抗裂防水剂的掺量。
(3) 根据施工现场条件、施工季节、施工工艺等对混凝土的坍落度进行确定及损失的控制。
(4) 抗裂防水剂在混凝土中的同步补偿的问题(即水泥和抗裂防水剂水化速度应相适应, 解决混凝土在前 3d 塑性收缩的问题), 将防水剂的凝结时间和水泥的凝结时间进行了对比并作了相应性调整。
(5) 日本学者六车熙认为, 混凝土膨胀值大并不一定好, 最为重要的是, 膨胀后的收缩落差( 收缩落差=180d 内的最大收缩值- 180d 内的最大膨胀值)小, 这样的话, 抗裂性能才好。蒲心诚教授通过对“收缩落差”的研究表明, 混凝土的水胶比增大, 收缩落差增大, 因此我们在配合比设计时作为应该控制的一点(设计要求不大于 0.5)。
3.2 抗裂混凝土和原材料技术指标
抗裂混凝土技术指标见表 1。
抗裂防水剂在满足《砂浆、混凝土防水剂》(JC474- 1999) 和《混凝土膨胀剂》(JC476- 2001) 的前提下还应满足表 2 中指标。
采用:P O42.5 级水泥; 浑河Ⅱ区河砂, 细度模数2.6, 含泥量 1.4%; 本溪歪嘴山碎石, (5～25)mm 连续级配, 空隙率 44%; 粉煤灰细度 5.8%, 需水量比 91%;矿渣粉 28d 活性指数 76%;HMS- Ⅱ缓凝型泵送剂;BM抗裂防水剂(天津豹鸣股份有限公司), 水中 7d限制膨胀率 0.032%, 干空 21d0.008%。
C30S10 混凝土配合比和性能指标见表 3。坍落度经时损失 1h<20mm, 氯离子含量 0.004%, 碱含量 2.1kg/m3。
4 混凝土浇注施工
4.1 商品混凝土的搅拌与运输
由于抗裂防水剂在混凝土中的掺加量比较少, 因此必须要搅拌均匀, 且比普通混凝土延时30S。混凝土拌制完成后装入运输车时, 要求每车测定坍落度, 同时观察混凝土的和易性, 不得存在离析、分层等现象。制定生产、运输方案, 保证混凝土搅拌车的调配使用, 同时编制交通运输紧急预案, 确保混凝土连续供应。
4.2 混凝土的浇注
(1)混凝土坍落度
对到场的每车混凝土均要求测定坍落度、温度 ( 一般夏季混凝土入模温度 控 制 在 不 超 过25℃)、观测其和易性, 不得存在离析、泌水、黏结、分层等现象, 混凝土检查不合格要坚决退场。当混凝土坍落度减小时可加减水剂进行二次流化, 严禁加水及多次流化。
(2)混凝土浇注方法
底板混凝土施工应采用沿纵向“一个坡度、薄层浇注、循序推进、一次到顶的连续浇注方法, 混凝土自然流淌形成一个斜坡。”
(3)混凝土捣固
混凝土捣固必须密实, 不能漏震、欠振、也不可过振。振捣时间宜为(10￣30)s, 以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准。振捣时, 快插慢拔, 振点布置要均匀。在施工缝、预埋件处, 加强振捣, 以免振捣不实, 造成渗水通道。振捣时应尽量不触及模板、钢筋、止水带, 以防止其位移、变形。
5 混凝土的测温与养护
5.1 布孔及测温
(1) 现浇混凝土梁板的测温孔垂直插入留置。梁测温孔每 3m 长设置 1 个, 每跨宜至少设置 2个, 孔深 1/3 混凝土梁的高度。楼板每 15m2 设置一个, 孔深 1/2 板厚。施工时要求画出测温孔平面布置图, 测温孔应全部编号, 测温孔应设在有代表性的结构部位和温度变化大易冷却的部位, 孔深(10- 15)cm, 也可为板厚的 1/2 或墙厚的 1/2。
(2) 剪力墙横墙每条轴线测一块模板, 纵墙测温的模板在横墙轴线之间梅花型布置, 每块板单面设测孔 3 个, 沿对角线布置, 上、下测孔距大模板边上、下边缘 30cm。
(3) 测温孔留置方法: 基础底板测温孔用 Φ15硬制钢管留孔, 梁板测温孔用 Φ10 钢筋在混凝土刚浇筑完毕未凝固前插入混凝土内留置。在混凝土未终凝前拔出, 并按测温孔编号做好标志; 墙模板的测温孔用电钻在模板上打 Φ12 孔, 并焊接DN15 钢管突出保温层。在浇筑混凝土前插入 Φ10钢筋, 浇筑混凝土后设专人间隔一定的时间转动Φ10 钢筋, 在混凝土终凝后(约 3h- 4h)拔出钢筋并按编号做好标志, 该孔洞用保温材料( 棉纱) 进行堵塞, 测温孔留置由混凝土工班负责。
(4)测温方法: 测温时按测温孔编号顺序进行,使用测温仪(温度计)插入测温孔进行测温, 仔细读数, 并汇入测温记录表, 同时将测温孔用保温材料堵塞( 覆盖) 好, 每次混凝土测温完毕后, 保温材料要恢复原位并用塑料胶带缠好防止养护水侵入。
(5) 测温时间: 一般在混凝土终凝后开始, 升温过程每隔 4h￣6h 测量一次, 降温过程每隔 8h 直至混凝土的内、表温差和外温差趋于(0～5)℃后结束。严格控制混凝土的内、表温差和外温差不超过 25℃。
5.2 混凝土的养护
众所周知, 抗裂防水剂(硫铝酸盐膨胀组分)掺入混凝土中, 经水化反应后, 生成含结晶水的钙矾石晶体, (3CaO?AL2O?33CaSO?432H2O), 使混凝土产生较大的膨胀。但对混凝土而言, 本身的含水量就较少, 因此, 为形成这一化合物在养护过程中充足供水就尤为重要。保工街车站采取了两种养护方法:①底板浇注完成后在混凝土终凝前进行四次压抹收面, 以防止混凝土的塑性收缩产生的细小裂纹。并于 16h 后开始洒水, 20h 后蓄水养护至14d。②墙体采取湿养和水淋相结合的方法。湿养护——在 1d 后松模, 从上部淋水, 5d 后拆模, 拆模后养护 14d; 水淋养护——在混凝土浇注后 48h 拆除模板, 在墙体顶端设置 PVC 管进行间断性的喷淋, 淋水养护至 14d。墙体淋水养护时都应覆盖吸水性好的材料(土工布)防止混凝土污染。
6 混凝土工程的质量
6.1 混凝土的强度
从现场取样的混凝土经养护后的试验结果都符合设计要求的强度, 见表 4。
6.2 混凝土的抗渗性能
抗渗混凝土经取样标养 28d 后其抗渗等级均超过 S10, 符合设计要求。
构造物实体的抗渗性能——车站底板、侧墙等在掺加 BM抗裂防水剂的抗渗性混凝土工程, 均未出现有害裂缝, 混凝土抗裂防渗效果良好。
6.3 混凝土限制膨胀率、限制干缩率
根据现场取样测试混凝土 14d 水中限制膨胀率为: 2.0×10-4 达到设计要求, 限制干缩率 ( 水中14d 转空气中 28d)为 0.8×10-4 达到设计要求。
7 结束语
7.1 本工程已经施工完的部位没有发现裂缝和渗水。
7.2 保证大体积混凝土基础地板和墙板不出现有害裂缝的关键是优化混凝土的配合比, 控制混凝土的入模温度和保温养护; 掺入天津豹鸣股份有限公司生产的 BM 抗裂防水剂拌成补偿收缩混凝土, 可削减收缩产生的拉应力, 使基础地板和墙板不渗不漏, 达到结构的自防水; 掺入适量的粉煤灰和矿渣粉以取代等量的水泥可以降低水化热。这也是本工程获得的重要经验。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200807/8893.htm
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