微膨脹混凝土在立交地涵工程的應(yīng)用

  混凝土外加劑是在拌制混凝土的過(guò)程中摻入，用以改善混凝土的某些性能的物質(zhì)，而膨脹劑是在混凝土或砂漿中引起膨脹的外加劑，它依靠本身的化學(xué)反應(yīng)或與水泥其它成分反應(yīng)，在水化期產(chǎn)生一定的限制膨脹，以補(bǔ)償混凝土的收縮。其主要種類有：硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、氧化鈣－硫鋁酸鈣類、氧化鎂類。

  膨脹劑主要用于以下三方面：

  ①、補(bǔ)償收縮混凝土（砂漿）：其使用目的主要為減少混凝土（砂漿）干縮裂縫，提高抗裂性和抗?jié)B性。適用范圍主要為屋面防水、地下防水、基礎(chǔ)后澆帶（寬縫）及洞塞回填等。

  ②、填充用膨脹混凝土（砂漿）：其使用目的主要為提高機(jī)械設(shè)備和構(gòu)件的安裝質(zhì)量，加快安裝速度。適用范圍主要為機(jī)械設(shè)備的底座灌漿、地腳螺栓的固定、防水堵漏等。

  ③、自應(yīng)力混凝土（砂漿）：提高抗裂和抗?jié)B性。僅用于常溫下使用的自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管。

  2、微膨脹混凝土在淮安工程中的應(yīng)用

  2.1應(yīng)用背景

  2.1.1工程概況

  淮河入海水道工程是擴(kuò)大洪澤湖洪水出路、保證洪澤湖大堤安全的一項(xiàng)戰(zhàn)略性骨干工程。該工程西起洪澤湖大堤的二河閘，東至黃海扁擔(dān)港，全長(zhǎng)163.5km。

  淮安樞紐立交地涵為目前亞洲最大的立交地涵，它位于入海水道與京杭運(yùn)河交匯處，是入海水道的第二級(jí)樞紐。其作用是實(shí)現(xiàn)入海水道與京杭運(yùn)河的立體交叉，維持京杭運(yùn)河水路航運(yùn)，同時(shí)滿足入海水道泄洪及渠北運(yùn)西地區(qū)排澇要求和連接淮揚(yáng)公路交通。

  本工程混凝土總工程量約14萬(wàn)m3，其中地涵涵身約7.2萬(wàn)m³；鋼筋制安總工程量約12000t，其中地涵涵身約8100t。

  2.1.2本工程混凝土施工的特點(diǎn)

  ①、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量

  由于淮安立交地涵為目前亞洲最大的立交地涵，同時(shí)也是整個(gè)入海水道工程四個(gè)樞紐中規(guī)模最大、施工難度最高的一個(gè)樞紐，工程質(zhì)量的優(yōu)劣和施工進(jìn)度的快慢將直接影響到整個(gè)入海水道能否預(yù)期通水這一宏偉目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，因此建管局、監(jiān)理單位及設(shè)計(jì)單位對(duì)本工程進(jìn)度和質(zhì)量提出了相當(dāng)高的要求。

  ②、溫控防裂難度大

  因本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有薄壁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，所以混凝土溫控防裂是淮安立交地涵混凝土施工的主要難題之一。因此，確保立交地涵無(wú)裂縫，或無(wú)有害裂縫將成為施工過(guò)程中面臨的一個(gè)重中之重的任務(wù)。

  ③、工期緊、施工強(qiáng)度高、資源配置強(qiáng)度大且不均衡

  地涵混凝土施工自2001年9月至2002年4月，歷時(shí)8個(gè)月，考慮冬季施工，氣候影響等各種因素，實(shí)際有效施工期約6個(gè)月。6個(gè)月內(nèi)將完成混凝土澆筑約10萬(wàn)m³，混凝土澆筑月強(qiáng)度將達(dá)到1.8萬(wàn)m³/月。

  2.1.3設(shè)置后澆帶防裂

  ①、“設(shè)置后澆帶防裂”措施的確立

  地涵混凝土防裂是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而造成混凝土裂縫的因素很多，有些機(jī)理目前也許還沒有充分認(rèn)識(shí)。因此，施工單位對(duì)混凝土防裂采取了綜合治理的措施。

  根據(jù)本工程的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)幾次專家咨詢并經(jīng)多方論證，確定在地涵涵墩及擋水墻中部設(shè)置后澆帶以減少結(jié)構(gòu)物長(zhǎng)度從而減少溫度收縮達(dá)到混凝土防裂的目的，最終把“設(shè)置后澆帶防裂”作為本工程重要的防裂措施與其它防裂措施共同承擔(dān)本工程的防裂任務(wù)。

  ②、后澆帶結(jié)構(gòu)設(shè)置

  上涵首涵墩長(zhǎng)度為23m，后澆帶設(shè)在涵墩中部閘門槽部位，后澆帶將上涵首涵墩分隔成兩部分。上涵首邊墩后澆帶寬5450mm，中墩后澆帶寬7251mm；后澆帶底高程EL-6.0m，頂高程EL1.5m，高度為7.5m。

  下涵首涵墩長(zhǎng)度為23m，后澆帶設(shè)在涵墩中部閘門槽部位，后澆帶將上涵首涵墩分隔成兩部分。下涵首邊墩后澆帶寬1910mm，中墩后澆帶寬3711mm；后澆帶底高程EL-6.0m，頂高程EL1.5m，高度為7.5m。

  地涵中塊涵墩總長(zhǎng)度為31.272m。共設(shè)兩道后澆帶，將涵墩順?biāo)鞣较蚍殖?段，每段長(zhǎng)度約9.5m左右。后澆帶寬均為1500mm，底高程EL-5.0m，頂高程EL1.5mm，高度為6.5m。

  上下涵首擋水墻寬25m，中部設(shè)置一道后澆帶。后澆帶寬均為1500mm，底高程EL4.0m，頂高程EL12.5m，高度為8.5m。

  地涵中塊后澆帶結(jié)構(gòu)布置詳見下圖，上下涵首及上下涵首擋水墻后澆帶的結(jié)構(gòu)布置形式與中塊基本相同，其結(jié)構(gòu)布置圖在此便不再列舉。

  ③、后澆帶回填

  先澆塊澆筑時(shí)，后澆帶鋼筋斷開，或暫不安裝。當(dāng)先澆塊澆筑后，拆除后澆帶堵頭模板，混凝土表面按施工縫做毛面處理。安裝后澆帶鋼筋，鋼筋安裝采用綁條焊，焊縫按規(guī)范要求錯(cuò)開。

  后澆帶回填混凝土采用微膨脹混凝土，以補(bǔ)償混凝土的收縮，從而達(dá)到防止混凝土收縮裂縫的目的。

  ④、后澆帶與先澆塊的連接

  先澆塊與后澆帶之間增設(shè)插筋連接，在先澆塊與后澆帶連接的斷面上布設(shè)Φ25插筋，插筋間排距為60cm，梅花型布置。單根插筋長(zhǎng)200cm，插入先澆塊100cm。

  先澆塊與后澆帶間設(shè)一道平板銅止水，銅止水寬30cm。

  2.2微膨脹混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.2.1技術(shù)要求

  淮安立交地涵工程中的微膨脹混凝土配合比設(shè)計(jì)是在涵身主體混凝土配合比的基礎(chǔ)上采用“外摻法”摻入膨脹劑進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的。

  涵身主體混凝土設(shè)計(jì)為C25F50W2.混凝土拌和用水泥選用山東沂州P.O.32.5水泥，粉煤灰采用江蘇連云港Ⅱ級(jí)灰，外加劑采用江蘇建材科學(xué)院生產(chǎn)的JM-Ⅱ緩凝高效減水劑。其主要施工配合比（灰：砂：石）為：1：1.9：4.4，灰中粉煤灰摻量為20％。

  2.2.2膨脹劑的選用及檢測(cè)

  本工程微膨脹混凝土配合比試驗(yàn)用膨脹劑選用浙江力頓特種水泥公司生產(chǎn)的UEA-Y混凝土膨脹劑。依據(jù)JC476－1998《混凝土膨脹劑》對(duì)本膨脹劑進(jìn)行檢測(cè)，其化學(xué)成分和物理性能都滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

  2.2.3微膨脹混凝土配合比的確定

  根據(jù)本工程的特點(diǎn)，依據(jù)GB119－88《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》對(duì)涵身主體混凝土配合比以0％、9％、11％、13％四個(gè)不同摻量摻用浙江力頓特種水泥公司生產(chǎn)的UEA-Y膨脹劑。試驗(yàn)采用外摻法，主要考核：1、按填充用膨脹混凝土配制，考核其不同齡期豎向自由膨脹率及3d、28d抗壓強(qiáng)度；2、按補(bǔ)償收縮混凝土配制，考核其在水中及空氣中的限制膨脹率、28d極限拉伸值和抗壓強(qiáng)度。

  按上述試驗(yàn)安排，以各種不同配合比和不同膨脹劑摻量對(duì)試件進(jìn)行成型試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行多方面的比較，最終確定膨脹劑的摻量為11％。其相應(yīng)施工配合比詳見下表：

  2.3微膨脹混凝土施工

  本工程后澆帶施工在工期安排方面主要有兩種形式：一種是為了使后澆帶澆筑不占用直線工期而單獨(dú)填筑，另一種是墩墻后澆帶與涵頂板同時(shí)澆筑。兩種形式在施工工藝上完全相同，只是后者在澆筑完后澆帶倉(cāng)內(nèi)微膨脹混凝土后，其上部立即覆蓋涵頂板常態(tài)混凝土，而前者在澆筑完后澆帶倉(cāng)內(nèi)微膨脹混凝土后，要待頂板倉(cāng)號(hào)準(zhǔn)備好后再覆蓋常態(tài)混凝土。

  后澆帶微膨脹混凝土澆筑前，先將先澆塊與后澆帶的結(jié)合面鑿毛，并將后澆帶倉(cāng)內(nèi)雜物清洗干凈，然后鋪上一層2cm左右的微膨脹砂漿以利新老混凝土結(jié)合，最后進(jìn)行微膨脹混凝土的澆筑。微膨脹混凝土分層厚度40cm左右。微膨脹砂漿和微膨脹混凝土均采用ROTEC胎帶機(jī)實(shí)行低坍落度運(yùn)輸入倉(cāng)，澆筑完后采用上部覆蓋聚氯乙烯薄膜一層，加蓋草袋兩層的蓄熱養(yǎng)護(hù)方法。

  本工程微膨脹混凝土施工與其它同類工程相比具有以下特點(diǎn)：

  ①、UEA-Y混凝土膨脹劑采用外摻法，直接將粉劑和水泥混合均勻使用，拌和時(shí)間比常規(guī)拌和延長(zhǎng)了1～2分鐘。

  ②、加強(qiáng)了對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)，其養(yǎng)護(hù)期均大于14天。

  ③、本工程混凝土模板采用新型竹膠模板，竹膠模板的導(dǎo)熱系數(shù)比傳統(tǒng)小鋼模低的多，從而減少了混凝土的內(nèi)外溫差，達(dá)到了蓄熱養(yǎng)護(hù)的目的。

  ④、后澆帶及其上的涵頂板混凝土澆筑完畢后采用了真空吸水技術(shù)，從而減少了混凝土的水灰比，提高了混凝土的早期強(qiáng)度，達(dá)到了防止混凝土表面干縮裂縫的效果。

  2.4微膨脹混凝土在淮安工程中的應(yīng)用效果

  地涵主體混凝土進(jìn)行了抽樣檢查，現(xiàn)場(chǎng)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)共取樣210組，平均強(qiáng)度為29.8MPa，相應(yīng)保證率為98.7％。劈拉試驗(yàn)共取樣4組，劈拉強(qiáng)度平均值為2.6MPa。對(duì)微膨脹混凝土進(jìn)行了抽樣檢查，其結(jié)果如下：14天豎向自由膨脹率為0.12％，28天豎向自由膨脹率為0.08％；14天混凝土限制膨脹率為1.63×10-4，28天混凝土限制膨脹率為－0.67×10-4；14天抗壓強(qiáng)度為20.0MPa，28天抗壓強(qiáng)度為32.8MPa；28天極限拉伸值為1.01×10-4。

  從以上檢查結(jié)果情況看，混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。地涵混凝土于2002年5月31日順利通過(guò)了由淮河水利委員會(huì)組織的階段性驗(yàn)收，在已完成的混凝土成品中未發(fā)現(xiàn)一條裂縫，如今地涵已通水運(yùn)行，也未發(fā)現(xiàn)有任何一處滲漏現(xiàn)象。像淮安立交地涵這樣巨型的混凝土薄壁結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生一條裂縫，這在全國(guó)乃至全世界混凝土發(fā)展史上是極為罕見的，毫不夸張地說(shuō)，這是混凝土發(fā)展史上的一個(gè)奇跡。

  實(shí)踐證明：在墩墻和擋水墻中部設(shè)置后澆帶并應(yīng)用微膨脹混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)作為淮安工程的主要防裂措施是成功的。微膨脹混凝土技術(shù)在淮安工程中的成功應(yīng)用為我們今后的工作提供了很好的參考依據(jù)，我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦袘?yīng)不斷地總結(jié)和完善這項(xiàng)技術(shù)，以便在類似工程中更為成功的進(jìn)行應(yīng)用。