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浅议海水环境下增强混凝土耐久性措施

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2018/09/29 17:21
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  武汉体育中心体育场工程基础为桩基承台基础梁结构,环向总长800余米,基础梁断面尺寸为800×(800~1200)m,混凝土设计等级为C30;主体露天看台为预应力钢筋混凝土结构,最长段230m,板厚6mm,混凝土设计等级为C40、C45。

  1 技术难点

  1.1 本工程基础梁钢筋混凝土结构均属环向超长结构,与一般超长结构比其两端没有自由端,且基础梁下每间隔12m有桩承台,形成有约束结构。由于使用功能的要求,设计不留置伸缩缝。

  体育场看台属于露天结构,温度变化较大,容易出现由于温差而引起的裂缝,另外看台厚度一般设计只有60~80㎜,而武汉体育中心体育场看台厚度仅为60㎜,宜造成混凝土散热过快导致开裂。施工中如何配置混凝土、控制混凝土浇筑,施工后如何保证结构不裂缝,保证看台不渗漏等,是本工程需要解决的难题。

  1.2 超长度连续曲线预应力露天结构的设计施工国内少见,对于应力的设计、施工提出了很多课题。超长预应力混凝土楼面如何分段布置预应力筋,分段张拉。分段过长,预应力损失较大;分段过短,张拉次数多、效率低,锚具费用大。

  2 方案的确定

  本工程基础830m长环向结构和看台230m长超薄结构比较少见,经过分析研究采取无缝施工综合技术:钢筋混凝土采用微膨胀混凝土浇筑,看台采取预应力座台L型肋梁,面层钢纤维混凝土技术。

  3 微膨胀混凝土施工

  3.1 工艺原理

  为了抵抗混凝土在伸缩时产生的应力,达到防止和减少伸缩裂缝的出现,在混凝土中掺加CSA膨胀剂,使混凝土产生适量的膨胀,在钢筋和临位限制下,在钢筋混凝土中预压应力,可大致抵消混凝土伸缩时产生的伸缩应力,防止混凝土开裂。

  3.2 混凝土技术要求

  所有原材料均经过计量后投入搅拌机,计量偏差满足要求(按重量计),水泥、CSA膨胀剂、粉煤灰、减水剂、水±1%、石±2%;CSA膨胀剂和减水剂的计量严格按配合比投料。冬期拌制混凝土采用外加剂,降低水的结冰温度,外加剂确保-10℃时水不结冰。

  3.3 施工工艺

  3.3.1 微膨胀混凝土的试配

  微膨胀级配合比设计时,除进行常规的设计、试验外,还增加对混凝土的限制膨胀率的设计、测试内容。

  3.3.2 混凝土搅拌

  混凝土搅拌采用强制式搅拌机搅拌,严格控制搅拌时间,确保混凝土拌合物均匀。及时测定砂、石的含水量、以便及时调整混凝土级配,严禁随便增减用水量。

  3.3.3 混凝土的输送

  混凝土搅拌完成后,采用固定泵泵送工艺直接输送到作业面,以确保混凝土在最短时间运至浇筑面上。

  3.3.4 混凝土的浇筑

  1)混凝土浇灌前准备:钢筋模板按设计图纸安装、绑扎、安装要牢靠,模板表面涂刷脱模剂。模板缝用海绵垫补严密,模板内的所有杂物必须清理干净并浇水湿润。

  2)混凝土浇筑采用循序推进的连续浇筑方法,为避免混凝土出现冷缝,每个浇筑带的宽度均控制在2m以内为宜。同时严格控制混凝土的浇筑速度,分层浇捣,逐步推进,

  3)CSA混凝土振捣必须密实,不漏振、欠振、不过振。振点布置均匀,振动器要快插慢拔。在施工缝、预埋件处,加强振捣。梁的振捣点可采用“行列式”,每次移动的距离为400到600mm;板的振捣采用平板式振捣器振捣。严格控制振捣时间及插入深度,并重点控制混凝土流淌的最近点和最远点,尽可能采用两次振捣工艺,提高混凝土的密实度。

  4)先后浇筑的混凝土接槎时间不宜超过150分钟(严格控制在初凝时间内)。

  5)混凝土成型后,等表面收干后采用木抹子搓压混凝土表面,以防止混凝土表面出现裂缝(主要是沉降裂缝、塑性伸缩裂缝和表面干缩裂缝),抹压2~3遍,最后一遍要掌握好时间。混凝土表面搓压完毕后,应立即进行养护。

  6)冬天施工,采取防冻措施,除掺加防冻剂外,尚需保证混凝土入模温度不得低于5℃。雨季施工,采取有效防雨措施,严格按事先编制好的冬雨季施工措施执行。

  3.3.5 混凝土养护

  CSA混凝土的养护是保证质量的最重要的措施之一。混凝土浇筑后,立即在其表面覆盖一层塑料薄膜,然后长时间地浇水养护,一方面避免温度过快降低,另一方面避免混凝土表面水分的过快散发。

  4 钢纤维混凝土施工

  4.1 工艺原理

  在体育场看台面层大量使用钢纤维混凝土,因为钢纤维混凝土掺有微膨胀剂,除了钢纤维本身抗拒作用外,在微膨胀剂发挥作用时,对钢纤维有预压作用,增强了这种抗拉能力混凝土结构因此抗拉性质显著提高,有效阻止了结构中微裂缝的开展和传播,并具有抗渗作用。

  看台面层设计要求:立面为35mm厚1:2水泥砂浆,平面50mm厚CF30钢纤维混凝土,钢纤维掺量为0.8%,立面、平面均为原浆压光,不做其它装饰。

  4.2 施工工艺

  4.2.1 钢纤维混凝土配合比配置

  由试验室在开工前进行试配准备,在混凝土试配过程中,发现钢纤维易成束结团附在粗骨料表面、且分布不均,显然这不利于钢纤维发挥其作用。因此,参照各类文献,按粗骨料粒径为钢纤维长度一半对粗骨料进行了严格的进料控制和筛选(控制在15~20mm左右)。另外发现纤维拌合中易互相架立。在混凝土中形成微小空洞,影响混凝土质量、微孔还使钢纤维与水泥沙浆无法形成有效握囊,发挥不了钢纤维的增强作用,对比,我们较同标号普通混凝土提高了砂率和水泥用量,有效地解决了上述问题。

  4.2.2 看台面层施工

  1)踏步施工

  按图纸设计踏步阶数,踏步留20mm装修面层支模浇C30素混凝土,待看台面层施工完毕后带通线嵌阳角条抹上人踏步面。

  2)面层施工

  凿毛→刷胶→刷素水泥浆→找平→钉钢板网→抹灰→嵌阳角条及分格条→绑扎钢筋网片→浇筑混凝土

  4.2.3 钢纤维混凝土拌制

  1)钢纤维混凝土现场机械拌制,其搅拌程序和方法以搅拌过程中钢纤维不结团并可保证一定的生产效率为原则;采用将钢纤维、水泥、粗细骨料先干拌而后加水湿拌的方法,钢纤维用人工播撒。整个干拌时间大于2min,干拌完成后加水湿拌时间大于3min,视搅拌情况,可适当延时以保证搅拌均匀。

  2)搅拌钢纤维混凝土专人负责, 确保混凝土坍落度和计量准确。

  3)混凝土搅拌过程中,注意控制出料时实测混凝土坍落度,作好相应记录,并根据现场混凝土浇筑情况作出相应调整。严禁雨天施工。

  4.2.4 钢纤维混凝土浇筑

  1)混凝土的浇筑方法以保证钢纤维分布均匀、连续为原则。

  2)浇筑施工连续不得随意中断,不得随意留施工缝。

  3)混凝土用手提式平板式振动振捣。每一位置上连续振动一定时间,正常情况下为25~40S,但以混凝土面均出现浆为准,移动时间依次振捣前进,前后位置和排与排间相互搭接3~5cm,防止漏振。

  4)混凝土初凝前分四次抹平、原浆压光,并及时清理阳角条和分格条上混凝土浆。混凝土分区完成后再抹立面第三遍灰,原浆压光,抹灰流向同混凝土浇筑流向。

  4.2.5 钢纤维混凝土养护

  面层采用旧麻袋覆盖养护,避免草袋覆盖养护污染及水份蒸发过快等影响装饰效果和质量。

  5 后张拉无粘结预应力施工

  5.1 施工流程

  支梁底模、梁筋绑扎→放线确定预应力筋位置→铺放无粘结预应力筋→预应力钢筋托架固定、封侧模→张拉端承压板、螺旋筋、穴模安放及固定→隐检→浇混凝土及养护→预应力筋张拉、切割、封堵。

  5.2 施工工艺

  5.2.1 预应力筋张拉准备

  当预应力钢筋绑扎完毕后,穿设预应力筋,预应力筋的搭接在梁支座处进行。为防止张拉过程中在同一截面产生裂缝,将相邻两根梁的预应力筋的张拉端错开500mm。承压板,螺旋筋等放置完毕后即进行自检、专检及隐蔽验收合格后浇混凝土。当混凝土强度达到1.2N/mm2时及时将张拉端的穴模清理干净。当混凝土的强度达到设计要求的张拉强度时,进行预应力筋的张拉(用同条件下养护的试块来判别)。

  5.2.2 无粘接预应力张拉

  预应力筋的张拉根据设计要求采取变角张拉施工工艺,预应力筋下料长度包括变角块厚度,单根预应力筋张拉端承压板采用90×90×12mm的钢板,螺旋筋采用φ6.5的钢筋,螺距为25mm,4圈,直径为75mm;对于群锚体系承压板采用150×150×20mm,螺旋筋采用φ8的钢筋,螺距为25m,9圈,直径为150mm。依据设计控制张拉应力,对于超长钢绞线的张拉均需采用倒换行程的方法张拉,预应力筋的张拉力以控制应力为主,校核预应力钢绞线的伸长值。

  5.2.3 张拉穴口的封堵

  预应力筋张拉完毕经检查无误后,即可切割多余的钢绞线,切割后的钢绞线外露长度距锚环夹片的长度为30mm,按规范要求用防水涂料或防锈漆涂刷锚具,然后清理穴口,用高一等级的内掺10%CSA的细石混凝土进行封堵。

  6 实施效果

  环向超长混凝土无缝施工技术是一个综合技术,武汉体育中心体育场基础超长环向有约束混凝土、看台超长超薄钢筋混凝土结构采用了无缝施工技术综合技术,工程竣工二年后,经实地检测,未发现有任何裂缝。说明本综合技术解决环向超长混凝土结构裂缝问题是行之有效的。

  此外,充分重视,精心安排,设计与施工紧密配合,理论指导施工,施工实践经验融入理论之中,也是本技术得以成功的一个重要原因。

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