单桩承台防裂钢筋断体积混凝土温度应力与防裂

单桩承台防裂钢筋断体积混凝土温度应力与防裂
随着我国城市化的高速发展，基础设施建设规模不断扩大，即基础建设正在向大体量和复杂结构的方向发展。

特别是近年来我国在交通基础设施的快速发展，大型的筏板基础、承台基础以及水利设施等都采用大体积混凝土建造。

如果大体积混凝土施工不当，将会引起混凝土内部水化热过大，导致混凝土在温度应力的作用下开裂，因而大体积混凝土早期温度应力裂缝的预防和控制已成为人们极为关注的工程问题之一。

本文结合笔者所在的大桥项目，对混凝土内部温度变化情况的进行了分析，通过采取一系列措施来降低混凝土的内部温升，从而尽可能地避免在混凝土表面和内部产生温度裂缝。

2、工程概况
本工程位于河南省南阳市白河下游。

桥梁墩台主要结构形式有1220×320×200cm、1980×220×200cm,浇注混凝土体积分别为78.08m3、87.12m3,均属大体积混凝土。

混凝土的设计强度等级为C30，水泥采用P.O42.5水泥，掺料为I级粉煤灰(FA)，砂为中砂，碎石采用5-25mm。

借鉴已有工程的施工经验，墩台采用一次浇筑。

为防止温度裂缝的产生,施工中需采用严格的降温和控温措施。

3 、温度及应力分析
3.1混凝土配合比
针对水泥用量多水化热大这一问题，在保证强度的前提下，尽量减少水泥用量，增加FA和外加剂的掺量，控制粗骨料粒径及骨料含泥量。

设计出的混凝土配合比见表1。

表1 大桥承台混凝土配合比kg/m3
水泥FA 碎石砂水外加剂
160 200 1050 780 180 4.26
3.2 混凝土内部理想温升值
在理想的绝热条件下，水泥水化反应产生的水化热将全部使得混凝土内部温度升高。

混凝土的绝热温升值按公式1计算：（1）可知，水泥最终水化热Q=335kJ/kg，单位体积砼水泥用量W水泥=160kg/m3，单位体积砼掺料用量F掺料=200kg/m3，粉煤灰掺料水化热折减系数k=0.25，混凝土比热取c=0.96 kJ(kg℃),混凝土密度取ρ=2400kg/m3，代入公式可算得Tmax=30.5℃,假定入模温度同环境温度，则混凝土内外温差超过规范规定25℃，因此必须采取适当的降温措施来避免温度裂缝的出现。

3.3 混凝土的温度应力
大体积混凝土中由于平均降温差和收缩差引起过大的收缩应力过大会造成温度裂缝的产生，严重时会产生贯穿性裂缝，危机到结构安全。

混凝土内外约束引起的温度应力，一般可用“王铁梦法”的简化公式2来计算出约束应力。

(2)
式中：E―混凝土的弹性模量（N/mm2）；
α―混凝土线膨胀系数，取1.0×10-5；
T―混凝土的最大综合温差（℃）；
S―考虑徐变影响的松弛系数，取0.3；
ν―混凝土的泊松比，取0.15；
β―约束状态影响系数；
l―基础的长度。

根据混凝土的配合比和现场浇注温度，计算综合温差为46.5℃。

由公式（2）可算出约束应力为0.926MPa，根据规范C30的ft=1.39MPa, 1.39/0.926=1.501.15,满足规范要求，说明温变和收缩引起的温度应力不至于引起贯穿裂缝，采用一次浇筑在技术上是可行的。

4、防裂措施
承台大体积混凝土防裂措施可以归纳为：
（1）优化配合比和合理选用原材料，并掺加高效外加剂和掺料，以减少水和水泥的用量。

如采用“超量取代法”进行配合比设计的混凝土中，一部分粉煤灰取代了等体积的水泥，超量部分粉煤灰则取代了等体积的砂子，是一种既能保持混凝土强度及和易性，又能节约水泥用量的混凝土配合比设计方法。

按需要选用低水化热水泥(如矿渣硅酸盐水泥)。

（2）可在混凝土内部合理的布置并预埋冷却水管，通过冷却水的循环流动，对混凝土内部的温度进行主动降温，冷却水与混凝土之间的温差不应超过20℃。

（3）降低混凝土的入模温度。

因工程施工临近夏季，尽量避免在高温天气的外界环境下施工，在施工过程中还应采取淋水、遮阳等措施对混凝土的原材料温度进行控制，降低混凝土的入模温度。

（4）混凝土保温措施一般采用“内散外蓄”的保温措施，承台表面在混凝土终凝后覆盖一层薄膜保湿，上覆两层麻袋保温。

（5）承台的配筋除应满足承载力及构造要求外，还应结合大体积混凝土的施工方法增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂缝开展的钢筋，以构造钢筋控制裂缝。

5 结语
虽然大体积混凝土结构的温度裂缝现象比较普遍，只要通过采取温控措施,确定合理的配合比以降低水泥水化热，加冷却循环水管等措施，来降低混凝土的内部温升，减少表层与中心温差，从而尽可能地避免在混凝土表面和内部产生温度裂缝，可以有效地提高工程建设质量。