一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法。本发明专利技术所述裂缝控制方法包括：对混凝土结构的不同部位进行开裂风险评估，定量分析出开裂风险系数的影响因素；混凝土配合比优化设计；混凝土结构内布置冷却水管，并埋设温度变形元件；夏季高温天气，混凝土预拌时加入片冰，严格控制新老混凝土浇筑间隔期；混凝土浇筑完毕后进行温水蓄水养护，侧表面采用木模板带模养护；拆模后侧表面切割拉杆完成立即粘贴保温保湿养护布；养护结束后对混凝土表面裂缝进行检测、观察。使用本发明专利技术裂缝控制方法降低了开裂风险，有效控制了高强大体积强约束索塔混凝土裂缝的产生，提高了混凝土结构质量，降低了后期维修成本同时提高了混凝土结构的耐久性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法
本专利技术属于建筑工程施工
，具体涉及一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法。
技术介绍
目前，随着桥梁建设工程规模快速发展，索塔裂缝问题一直是桥梁结构的一大顽疾，目前出现了无塔不裂的现象。当混凝土结构开裂后，侵蚀介质的腐蚀速度也将大大加快，混凝土结构的耐久性将进一步恶化，严重时影响结构受力，最终导致使用寿命降低，同时后期维修成本也明显提高。因此，混凝土裂缝控制是保障结构混凝土服役寿命的前提，而控制施工期中的非荷载裂缝则是其中的关键。由于索塔混凝土设计等级高，强度等级均在C50及以上，混凝土自收缩大、弹性模量与水化热高，开裂驱动力大，结构配筋较密，混凝土壁厚为1.5m～3.5m，部分节段部位均属于变截面结构，所受内、外约束较大，索塔在桥梁工程中属于易开裂的高强大体积强约束混凝土结构。另外，工程地处开阔水面高空，存在日照强烈、大风等不利条件，进一步加剧开裂风险，且能采取后期养护措施有限，拆模后保温保湿养护不及时在后期宜产生较多的竖向裂缝。如何防止高强大体积强约束的索塔结构混凝土在施工过程中出现有害裂缝，这已成为当今裂缝控制的难题。温度应力、变形荷载与混凝土工程结构设计、外界气温变化、施工工艺、原材料特性、后期保温保湿养护措施等主要因素密切相关，在施工过程中由于温度产生较大应力集中和因变形荷载引起裂缝占主要因素。尽管我国在桥梁大体积混凝土裂缝控制方面已有大量的工程实践，也提出了诸如混凝土干燥收缩率、入模温度等控制指标。然而，该结构混凝土裂缝控制一直是工程界的难题，迄今为止，仍然没有一套完整而系统的方法能从根本上加以解决。目前桥梁索塔混凝土开裂主要表现为表面竖向裂缝，严重者出现竖向贯穿性裂缝。裂缝一般发生在施工早期阶段—混凝土终凝完成后至90d时段。已有的针对混凝土主塔开裂的研究多属于定性分析，认为温度和收缩是引起主塔早期开裂的重要因素。目前还缺少对索塔水化热温升、温度应力、混凝土收缩的系统理论分析和定量研究，这会造成结构体系或抗裂构造设计不合理、施工工艺养护方法不恰当等问题，导致裂缝的生成和发展，引发工程隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的上述问题，提供了一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法，采用多种因素耦合机制的方法定量分析，明显降低了混凝土开裂风险，有效控制了高强大体积强约束索塔混凝土裂缝产生。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供了一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法，具体包括以下步骤：(1)基于混凝土“水化-温度-湿度-约束”多场耦合机制与模型，在Ansys基础上进行了二次开发，形成了可视化的结构混凝土早期开裂风险计算评估软件，对索塔混凝土整体结构的不同部位，包括下塔柱、塔柱连接段、中塔柱、上塔柱，分别进行开裂风险评估，定量分析出不同因素对索塔混凝土开裂风险系数的影响；(2)依据开裂风险评估结果对索塔混凝土进行配合比优化设计，设计出具有低温升、高抗裂性能索塔混凝土，该索塔混凝土具有早期低水化热温升、分阶段全过程的补偿收缩性能；(3)在步骤(2)中配合比优化设计后的索塔混凝土结构内部合理的布置冷却水管，根据开裂风险评估结果在混凝土易开裂的部位长度的1/2处、1/4处中心及侧表面埋设相应的温度变形元件；(4)夏季高温天气，索塔混凝土预拌时，加入占用水量的质量比例为30％～50％的片冰取代拌和水拌和，控制入模温度≤26℃，严格控制新老混凝土浇筑间隔期≤10d；(5)索塔混凝土浇筑前2h，冷却水管以最大流量全部打开，浇筑完毕后，混凝土表面使用冷却水管出水口流出的温水进行蓄水养护，蓄水深度不低于20cm，养护水与混凝土表面的温度温差≤15℃，混凝土侧表面采用木模板带模养护，养护时间不低于7d；(6)对步骤(5)养护结束的索塔混凝土拆模后，该混凝土侧表面切割拉杆完成立即粘贴保温保湿养护布，养护时间不小于10d；(7)步骤(6)中索塔混凝土养护结束后，拆除保温保湿养护布后开始对混凝土表面裂缝进行检测、观察，结合对混凝土结构的温度及变形监测结果分析，然后对混凝土结构评价及验收。本专利技术步骤(1)中所述进行定量分析的索塔混凝土开裂风险系数的影响因素包括水化、温度、湿度及约束，具体包括水泥水化放热历程1～7d水化放热速率和放热总量大小、环境气温高低、不同的混凝土入模温度、冷却水管布置间距大小、水管直径和流速大小及通水时间控制、拆模时间、拆模后保温保湿养护、索塔结构不同部位的尺寸和受力大小设计。本专利技术步骤(2)中所述低温升、高抗裂性能索塔混凝土，其胶凝材料组成包括硅酸盐水泥、I级粉煤灰、S95级矿粉和抗裂剂，其中所述抗裂剂包括膨胀材料和水化热温升调控材料，所述膨胀材料由氧化钙与不同活性的氧化镁复合而成，其中氧化钙膨胀剂中游离氧化钙不低于55wt％，氧化镁膨胀剂活性反应时间为120s～300s。氧化钙膨胀剂主要是补偿早期尤其是1～3d的自收缩，在早期发挥较大的膨胀效能，由于水化反应速度快，后期的收缩无法补偿，而氧化镁膨胀剂正好弥补该缺陷，采用不同烧结活性的氧化镁在水化的中后期(3～28d)产生较大的膨胀效能，可以用来补偿温降收缩和自收缩，因此氧化钙膨胀剂与氧化镁膨胀剂复合后，两者相辅相成可以实现混凝土结构分阶段、全过程的补偿收缩。本专利技术中对于高强大体积强约束索塔混凝土一方面掺加水化热温升调控材料，在早期可以降低水化温升速率，减少集中放热，另一方面与冷却水管协同作用，即在水化温升快速放热期降低水化速率的同时，冷却水管通水带走大量的热量，两者协同作用明显降低混凝土温峰值，降低了由于温度引起的后期温度应力集中。本专利技术步骤(1)所述混凝土开裂风险评估过程中，开裂风险系数大于1.0时，则索塔混凝土必然开裂；开裂风险介于0.7～1.0时，索塔混凝土存在一定的开裂风险；开裂风险小于0.7时，则索塔混凝土必然不开裂。本专利技术步骤(3)所述冷却水管为铁皮管，冷却水管直径为35～50mm，水平及竖直方向布置间距均为0.6～1m，所述冷却水管与混凝土表面间距为0.4～0.5m；每套冷却水管长度不大于150m，水平及垂直方向的冷却水管连接方式采用全焊接弯管工艺或套筒连接方式，每套冷却水管设置一个进水口和一个出水口，进水口设置单独流量计和阀门，冷却水流量为3～6m3/h，水温与混凝土内部最高温度相对温差≤25℃，混凝土内部温度达到温峰之前开启最大通水流量，温峰过后调整通水时间和水流量大小，以满足混凝土内部温度降温速率≤2℃/d。本专利技术步骤(6)中所述保温保湿养护布的结构由内向外依次由土工布、塑料薄膜、保温材料及单层防护材料组成，该养护布具有防火特性，最内层的土工布上面设置自黏胶带易于与混凝土表面粘贴，粘贴前对土工布润湿喷水起到混凝土保湿作用，土工布外层设置一层塑料薄膜阻止水分向外蒸发，具有一定散热系数的保温材料粘贴在塑料薄膜上面，与外界接触的最外层为单层防护材料，主要是防止大风和雨水对保温效果的影响，保温材料可根据不同季节在使用之前通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n(1)基于混凝土“水化-温度-湿度-约束”多场耦合机制与模型，在Ansys基础上进行了二次开发，形成了可视化的结构混凝土早期开裂风险计算评估软件，对索塔混凝土整体结构的不同部位，包括下塔柱、塔柱连接段、中塔柱、上塔柱，分别进行开裂风险评估，定量分析出不同因素对索塔混凝土开裂风险系数的影响；/n(2)依据开裂风险评估结果对索塔混凝土进行配合比优化设计，设计出具有低温升、高抗裂性能索塔混凝土，该索塔混凝土具有早期低水化热温升、分阶段全过程的补偿收缩性能；/n(3)在步骤(2)中配合比优化设计后的索塔混凝土结构内部合理的布置冷却水管，根据开裂风险评估结果在混凝土易开裂的部位长度的1/2处、1/4处中心及侧表面埋设相应的温度变形元件；/n(4)索塔混凝土预拌时，严格控制新老混凝土浇筑间隔期≤10d，在夏季高温天气，加入占用水量的质量比例为30％～50％的片冰取代拌和水拌和，控制入模温度≤26℃；/n(5)索塔混凝土浇筑前2h，冷却水管以最大流量全部打开，浇筑完毕后，混凝土表面使用冷却水管出水口流出的温水进行蓄水养护，蓄水深度不低于20cm，养护水与混凝土表面的温度温差≤15℃，混凝土侧表面采用木模板带模养护，养护时间不低于7d；/n(6)对步骤(5)养护结束的索塔混凝土拆模后，该混凝土侧表面切割拉杆完成立即粘贴保温保湿养护布，养护时间不小于10d；/n(7)步骤(6)中索塔混凝土养护结束后，拆除保温保湿养护布后开始对混凝土表面裂缝进行检测、观察，结合对混凝土结构的温度及变形监测结果分析，然后对混凝土结构评价及验收；/n步骤(2)中所述低温升、高抗裂性能索塔混凝土，其胶凝材料组成包括硅酸盐水泥、I级粉煤灰、S95级矿粉和抗裂剂，其中所述抗裂剂包括膨胀材料和水化热温升调控材料，所述膨胀材料由氧化钙与不同活性的氧化镁复合而成，其中氧化钙膨胀剂中游离氧化钙不低于55wt％，氧化镁膨胀剂活性反应时间为120s～300s。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高强大体积强约束索塔混凝土裂缝控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)基于混凝土“水化-温度-湿度-约束”多场耦合机制与模型，在Ansys基础上进行了二次开发，形成了可视化的结构混凝土早期开裂风险计算评估软件，对索塔混凝土整体结构的不同部位，包括下塔柱、塔柱连接段、中塔柱、上塔柱，分别进行开裂风险评估，定量分析出不同因素对索塔混凝土开裂风险系数的影响；
(2)依据开裂风险评估结果对索塔混凝土进行配合比优化设计，设计出具有低温升、高抗裂性能索塔混凝土，该索塔混凝土具有早期低水化热温升、分阶段全过程的补偿收缩性能；
(3)在步骤(2)中配合比优化设计后的索塔混凝土结构内部合理的布置冷却水管，根据开裂风险评估结果在混凝土易开裂的部位长度的1/2处、1/4处中心及侧表面埋设相应的温度变形元件；
(4)索塔混凝土预拌时，严格控制新老混凝土浇筑间隔期≤10d，在夏季高温天气，加入占用水量的质量比例为30％～50％的片冰取代拌和水拌和，控制入模温度≤26℃；
(5)索塔混凝土浇筑前2h，冷却水管以最大流量全部打开，浇筑完毕后，混凝土表面使用冷却水管出水口流出的温水进行蓄水养护，蓄水深度不低于20cm，养护水与混凝土表面的温度温差≤15℃，混凝土侧表面采用木模板带模养护，养护时间不低于7d；
(6)对步骤(5)养护结束的索塔混凝土拆模后，该混凝土侧表面切割拉杆完成立即粘贴保温保湿养护布，养护时间不小于10d；
(7)步骤(6)中索塔混凝土养护结束后，拆除保温保湿养护布后开始对混凝土表面裂缝进行检测、观察，结合对混凝土结构的温度及变形监测结果分析，然后对混凝土结构评价及验收；
步骤(2)中所述低温升、高抗裂性能索塔混凝土，其胶凝材料组成包括硅酸盐水泥、I级粉煤灰、S95级矿粉和抗裂剂，其中所述抗裂剂包括膨胀材料和水化热温升调控材料，所述膨胀材料由氧化钙与不同活性的氧化镁复合而成，其中氧化钙膨胀剂中游离氧化钙不低于55wt％，氧化镁膨胀剂活性反应时间为120s～300...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘加平，徐文，张士山，姚婷，张桂忠，闫志刚，李军堂，
申请(专利权)人：东南大学，江苏苏博特新材料股份有限公司，中国铁路总公司，中铁大桥局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32