微膨胀混凝土在立交地涵工程的应用

  混凝土外加剂是在拌制混凝土的过程中掺入，用以改善混凝土的某些性能的物质，而膨胀剂是在混凝土或砂浆中引起膨胀的外加剂，它依靠本身的化学反应或与水泥其它成分反应，在水化期产生一定的限制膨胀，以补偿混凝土的收缩。其主要种类有：硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化钙－硫铝酸钙类、氧化镁类。

  膨胀剂主要用于以下三方面：

  ①、补偿收缩混凝土（砂浆）：其使用目的主要为减少混凝土（砂浆）干缩裂缝，提高抗裂性和抗渗性。适用范围主要为屋面防水、地下防水、基础后浇带（宽缝）及洞塞回填等。

  ②、填充用膨胀混凝土（砂浆）：其使用目的主要为提高机械设备和构件的安装质量，加快安装速度。适用范围主要为机械设备的底座灌浆、地脚螺栓的固定、防水堵漏等。

  ③、自应力混凝土（砂浆）：提高抗裂和抗渗性。仅用于常温下使用的自应力钢筋混凝土压力管。

  2、微膨胀混凝土在淮安工程中的应用

  2.1应用背景

  2.1.1工程概况

  淮河入海水道工程是扩大洪泽湖洪水出路、保证洪泽湖大堤安全的一项战略性骨干工程。该工程西起洪泽湖大堤的二河闸，东至黄海扁担港，全长163.5km。

  淮安枢纽立交地涵为目前亚洲最大的立交地涵，它位于入海水道与京杭运河交汇处，是入海水道的第二级枢纽。其作用是实现入海水道与京杭运河的立体交叉，维持京杭运河水路航运，同时满足入海水道泄洪及渠北运西地区排涝要求和连接淮扬公路交通。

  本工程混凝土总工程量约14万m3，其中地涵涵身约7.2万m³；钢筋制安总工程量约12000t，其中地涵涵身约8100t。

  2.1.2本工程混凝土施工的特点

  ①、高标准、高质量

  由于淮安立交地涵为目前亚洲最大的立交地涵，同时也是整个入海水道工程四个枢纽中规模最大、施工难度最高的一个枢纽，工程质量的优劣和施工进度的快慢将直接影响到整个入海水道能否预期通水这一宏伟目标的实现，因此建管局、监理单位及设计单位对本工程进度和质量提出了相当高的要求。

  ②、温控防裂难度大

  因本工程结构复杂且具有薄壁结构的特点，所以混凝土温控防裂是淮安立交地涵混凝土施工的主要难题之一。因此，确保立交地涵无裂缝，或无有害裂缝将成为施工过程中面临的一个重中之重的任务。

  ③、工期紧、施工强度高、资源配置强度大且不均衡

  地涵混凝土施工自2001年9月至2002年4月，历时8个月，考虑冬季施工，气候影响等各种因素，实际有效施工期约6个月。6个月内将完成混凝土浇筑约10万m³，混凝土浇筑月强度将达到1.8万m³/月。

  2.1.3设置后浇带防裂

  ①、“设置后浇带防裂”措施的确立

  地涵混凝土防裂是本工程的重点和难点，而造成混凝土裂缝的因素很多，有些机理目前也许还没有充分认识。因此，施工单位对混凝土防裂采取了综合治理的措施。

  根据本工程的特点，经过几次专家咨询并经多方论证，确定在地涵涵墩及挡水墙中部设置后浇带以减少结构物长度从而减少温度收缩达到混凝土防裂的目的，最终把“设置后浇带防裂”作为本工程重要的防裂措施与其它防裂措施共同承担本工程的防裂任务。

  ②、后浇带结构设置

  上涵首涵墩长度为23m，后浇带设在涵墩中部闸门槽部位，后浇带将上涵首涵墩分隔成两部分。上涵首边墩后浇带宽5450mm，中墩后浇带宽7251mm；后浇带底高程EL-6.0m，顶高程EL1.5m，高度为7.5m。

  下涵首涵墩长度为23m，后浇带设在涵墩中部闸门槽部位，后浇带将上涵首涵墩分隔成两部分。下涵首边墩后浇带宽1910mm，中墩后浇带宽3711mm；后浇带底高程EL-6.0m，顶高程EL1.5m，高度为7.5m。

  地涵中块涵墩总长度为31.272m。共设两道后浇带，将涵墩顺水流方向分成3段，每段长度约9.5m左右。后浇带宽均为1500mm，底高程EL-5.0m，顶高程EL1.5mm，高度为6.5m。

  上下涵首挡水墙宽25m，中部设置一道后浇带。后浇带宽均为1500mm，底高程EL4.0m，顶高程EL12.5m，高度为8.5m。

  地涵中块后浇带结构布置详见下图，上下涵首及上下涵首挡水墙后浇带的结构布置形式与中块基本相同，其结构布置图在此便不再列举。

  ③、后浇带回填

  先浇块浇筑时，后浇带钢筋断开，或暂不安装。当先浇块浇筑后，拆除后浇带堵头模板，混凝土表面按施工缝做毛面处理。安装后浇带钢筋，钢筋安装采用绑条焊，焊缝按规范要求错开。

  后浇带回填混凝土采用微膨胀混凝土，以补偿混凝土的收缩，从而达到防止混凝土收缩裂缝的目的。

  ④、后浇带与先浇块的连接

  先浇块与后浇带之间增设插筋连接，在先浇块与后浇带连接的断面上布设Φ25插筋，插筋间排距为60cm，梅花型布置。单根插筋长200cm，插入先浇块100cm。

  先浇块与后浇带间设一道平板铜止水，铜止水宽30cm。

  2.2微膨胀混凝土配合比设计

2.2.1技术要求

  淮安立交地涵工程中的微膨胀混凝土配合比设计是在涵身主体混凝土配合比的基础上采用“外掺法”掺入膨胀剂进行配合比设计的。

  涵身主体混凝土设计为C25F50W2.混凝土拌和用水泥选用山东沂州P.O.32.5水泥，粉煤灰采用江苏连云港Ⅱ级灰，外加剂采用江苏建材科学院生产的JM-Ⅱ缓凝高效减水剂。其主要施工配合比（灰：砂：石）为：1：1.9：4.4，灰中粉煤灰掺量为20％。

  2.2.2膨胀剂的选用及检测

  本工程微膨胀混凝土配合比试验用膨胀剂选用浙江力顿特种水泥公司生产的UEA-Y混凝土膨胀剂。依据JC476－1998《混凝土膨胀剂》对本膨胀剂进行检测，其化学成分和物理性能都满足设计及规范要求。

  2.2.3微膨胀混凝土配合比的确定

  根据本工程的特点，依据GB119－88《混凝土外加剂应用技术规范》对涵身主体混凝土配合比以0％、9％、11％、13％四个不同掺量掺用浙江力顿特种水泥公司生产的UEA-Y膨胀剂。试验采用外掺法，主要考核：1、按填充用膨胀混凝土配制，考核其不同龄期竖向自由膨胀率及3d、28d抗压强度；2、按补偿收缩混凝土配制，考核其在水中及空气中的限制膨胀率、28d极限拉伸值和抗压强度。

  按上述试验安排，以各种不同配合比和不同膨胀剂掺量对试件进行成型试验。对试验成果进行多方面的比较，最终确定膨胀剂的掺量为11％。其相应施工配合比详见下表：

  2.3微膨胀混凝土施工

  本工程后浇带施工在工期安排方面主要有两种形式：一种是为了使后浇带浇筑不占用直线工期而单独填筑，另一种是墩墙后浇带与涵顶板同时浇筑。两种形式在施工工艺上完全相同，只是后者在浇筑完后浇带仓内微膨胀混凝土后，其上部立即覆盖涵顶板常态混凝土，而前者在浇筑完后浇带仓内微膨胀混凝土后，要待顶板仓号准备好后再覆盖常态混凝土。

  后浇带微膨胀混凝土浇筑前，先将先浇块与后浇带的结合面凿毛，并将后浇带仓内杂物清洗干净，然后铺上一层2cm左右的微膨胀砂浆以利新老混凝土结合，最后进行微膨胀混凝土的浇筑。微膨胀混凝土分层厚度40cm左右。微膨胀砂浆和微膨胀混凝土均采用ROTEC胎带机实行低坍落度运输入仓，浇筑完后采用上部覆盖聚氯乙烯薄膜一层，加盖草袋两层的蓄热养护方法。

  本工程微膨胀混凝土施工与其它同类工程相比具有以下特点：

  ①、UEA-Y混凝土膨胀剂采用外掺法，直接将粉剂和水泥混合均匀使用，拌和时间比常规拌和延长了1～2分钟。

  ②、加强了对混凝土的养护，其养护期均大于14天。

  ③、本工程混凝土模板采用新型竹胶模板，竹胶模板的导热系数比传统小钢模低的多，从而减少了混凝土的内外温差，达到了蓄热养护的目的。

  ④、后浇带及其上的涵顶板混凝土浇筑完毕后采用了真空吸水技术，从而减少了混凝土的水灰比，提高了混凝土的早期强度，达到了防止混凝土表面干缩裂缝的效果。

  2.4微膨胀混凝土在淮安工程中的应用效果

  地涵主体混凝土进行了抽样检查，现场抗压强度试验共取样210组，平均强度为29.8MPa，相应保证率为98.7％。劈拉试验共取样4组，劈拉强度平均值为2.6MPa。对微膨胀混凝土进行了抽样检查，其结果如下：14天竖向自由膨胀率为0.12％，28天竖向自由膨胀率为0.08％；14天混凝土限制膨胀率为1.63×10-4，28天混凝土限制膨胀率为－0.67×10-4；14天抗压强度为20.0MPa，28天抗压强度为32.8MPa；28天极限拉伸值为1.01×10-4。

  从以上检查结果情况看，混凝土各项性能指标均满足设计要求。地涵混凝土于2002年5月31日顺利通过了由淮河水利委员会组织的阶段性验收，在已完成的混凝土成品中未发现一条裂缝，如今地涵已通水运行，也未发现有任何一处渗漏现象。像淮安立交地涵这样巨型的混凝土薄壁结构未产生一条裂缝，这在全国乃至全世界混凝土发展史上是极为罕见的，毫不夸张地说，这是混凝土发展史上的一个奇迹。

  实践证明：在墩墙和挡水墙中部设置后浇带并应用微膨胀混凝土补偿收缩技术作为淮安工程的主要防裂措施是成功的。微膨胀混凝土技术在淮安工程中的成功应用为我们今后的工作提供了很好的参考依据，我们在今后的工作中应不断地总结和完善这项技术，以便在类似工程中更为成功的进行应用。