大体积混凝土施工质量控制措施

大体积砼施工质量控制专项措施

****桥主桥下部结构为水中大体积砼高桩承台，承台尺寸20m ×50m ×3m ，混凝土体积较大，对于大体积混凝土常常因为早期水化热引起混凝土内外表面温差过大而产生较大的温度应力，又由于早期混凝土强度较低，这样的温度应力可能会引起承台混凝土的开裂，故需对水泥水化热形成的温度场以及承台的应力场进行分析研究，以便在承台的施工过程中有针对性地采取措施，控制温度裂缝的出现，从而提高工程的可靠性和耐久性。

一、大体积砼裂缝产生的主要原因分析

大体积砼产生裂缝的原因和机理是一个比较复杂的问题，根据大量的工程实践及相关参考资料表明，一般认为主要由温差（包括收缩）、材料的弹性模量常数、砼的极限拉伸强度、砼板的厚度、结构的连续长度、砼本身的徐变、约束及地基变形等因素。其中水泥水化热产生较大的温度变化及收缩作用，是导致砼出现裂缝的主要原因，大体积砼在浇注后升温阶段由于体积大，聚集在内部的水化热不易散发，导致砼内部温度显著升高，这样便在砼内部产生压应力，在外表面产生拉应力，由于刚浇注完时砼本身的强度低，有可能产生表面裂缝。在降温阶段新浇砼收缩又受封底约束而不能自由收缩，且浇注前期升温快，弹性模量相对较低，徐变影响大，所以降温产生的拉应力大于升温产生的压应力。差值过大时将在砼内部产生贯通裂缝，所以用通过合理的控制温差变化是保证不产生裂缝的根本。

任何一降温差（水化热温差加上收缩当量温差）都可以分解为平均降温差及非均匀降温差。前者产生外约束应力，是产生贯穿性裂缝的主要原因，后者引起自约束应力，主要引起表面裂缝。因此首先要控制好两个降温差，减少和避免裂缝的开展。非均匀降温差一般将砼的内外温差控制在25℃内。在一般情况下，现浇混凝土结构升温阶段出现裂缝的可能性不大。

二、大体积承台砼施工温差的理论计算(以承台一次浇注进行开裂计算)

1、砼水化热温升Q τ的计算

a ）绝热最高温升计算

ρθC W Q 0m ax 0=

Q0max ：因水化热产生的砼最高绝热温升，是指在基础四周无任何散热条件、无任何热损耗条件下，水泥与水化合后的反应热（水化热）全部转化为温升后的最高温度；

W ：每方水泥用量（㎏/m3），暂取为320㎏/m3

θ0：选用低碱普P32.5水泥，3天水化热为：193J/g ，7天水化热为：217J/g ，参考国内若干品种水泥的水化热，最终的水化热可能在一年或更长时间后才达到，θ0定为320J/g ；

C ：为砼比热，因比热随温度和拌和用水的增加而增加，且受骨料的影响，参考相关资料，承台砼平均比热为0.98KJ/Kg. 0C,

ρ:为C30砼的密度，根据配合比为2400kg/ m3

所以绝热最高温生为:

o C C W Q 44240098.03203200m ax 0=⨯⨯==ρθ

b)砼在龄期τ时的水化热绝热温升Q τ(0C)

此项只计算水化热产生的温升，不包括砼浇注温度和底部封底砼的传递温度。因现场施工时的气温和砼浇注的温度差值及砼绝热温升产生的同时也在放热的因素用另外两个常数进行修正单独列表计算。具体计算公式如下：

承台一次浇注完成，砼浇注后相应龄期的水化热产生的平均内部温度Q τ：

∑⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∏∏-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∏--n l

n m m l n n e Q e l m l l m l l m l Q 6,3,122224/20481/cos //sin 222ααττ

Q τ：砼相应龄期τ的平均温度；

Q0：因水化热产生的砼最高绝热温度39.050C

L: 砼板厚度，14#承台的厚度为3米

M:水泥的水化热散发系数，参考下表

M 取值

因各墩承台砼浇注计划在5～10月份进行，结合当地气象资料平均气温为

20℃左右，取m=0.362/d 。

α砼导温系数:因砼导温系数随水灰比及浇注温度和骨料性质有关取α=0.11m2/天。根据相应公式计算。

2、砼浇注块内部平均温度变化

以上计算是在绝热条件下求得砼内部绝热温升，然而现场实际施工情况是砼内部在产生水化热的同时也在通过表面（主要是上表面）不断的散热，而且有散热管不断通水散热作用的影响，所以实际砼浇注块内部平均温度变化应该按下式计算：

)

1()()()(211X E T T X E T T X E T T T T T a w a p a b r a m --+-+-++=

式中：Tm: 砼浇筑块中的平均温度；

Ta: 外界温度，取当时浇筑气温；

Tr ： 相应龄期砼绝热温度。

Tb ： 承台底部封底砼温度；

Tp ： 浇筑温度（即砼入模温度）；

E1： 底部砼残留系数；

E2： 新浇注砼温度表面散热残留系数；

X ： 冷却水管散热残留比；

Tw ： 散热管通水水温。

在理论计算中暂不考虑散热管的影响，偏于安全地采用下式：

Tm= T a+ T r+ (T a- Tp)×E2 其中E2值根据 20L F ατ

=查相关表格求得

F 0：傅立叶准数；

α：砼导温系数，它随水灰比及浇注温度和骨料性质有关取α=0.11㎡/d

3、承台浇注30天内外总温差及其相应温度应力分析

温度应力计算中，首先须算出总降温差，若以水化热最高温升与基础最终稳定温度之差作为总降温差，计算偏于安全。实际上，根据以往的施工经验，对于此类承台结构，水化热最高温度只发生在截面的中下部，全截面的平均温度略低于水化热最高温度，控制贯穿性裂缝的温差应该是平均最高温度与稳定温度之

差，由于承台施工在5月—10月内（这是对施工极为有利的时间），环境温度均处于上升阶段。

三、承台大体积砼施工温度控制措施

1、尽量降低承台砼受约束作用

因承台砼在浇注完成后要受到封底砼及钻孔灌注桩桩头锚固筋约束的作用，在砼浇注初期其弹性模量低，有可能在底部产生收缩裂缝，为尽量减少承台砼受约束作用，封底砼及吊箱与钢管桩之间采用膨胀止水条，另外封底砼的顶面采用C30砼进行找平后在浇注承台封底砼前在封底砼的表面喷洒沥青油作为隔离剂，尽量减少约束。

2、材料控制

2.1水泥

产生承台大体积砼结构裂缝的最主要原因是水泥水化热的大量积聚，使砼出现早期温升及后期降温现象。水泥应选用低热普硅水泥，水泥含量中严格控制C3A含量小于6%，碱含量小于0.6%；这样水泥水化热较普通水泥就大为降低。

2.2外加剂和掺合料

为满足现场浇筑时砼的坍落度，如果单纯增加单位用水量，不仅多用了水泥，加剧砼的干燥收缩，而且使水化热增大，容易引起开裂，可掺加高效缓凝减水剂，它起到延长砼缓凝时间，改善砼和易性，同时减少拌和用水量，降低水灰比，从而降低水化热；同时考虑掺加超细粉，结合国内外相关资料，它起到明显降低水化热的作用。同时还推迟了浇筑最高温度峰值出现的时间。另外要通过优化配比，降低水泥用量。

2．3粗细骨料级配控制

石子级配选用连续级配，细集料选用中砂。这样可以尽可能减少用水量和水泥用量，施工中严格控制粗细骨料的含泥量；

3、控制出机温度：

对砼出机温度影响最大的是石子和水的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响较小。因此降低出机温度的最有效的办法是降低石子的温度。在夏季气温较高时，为防止太阳的直接照射，砂、石堆场宜设置遮阳棚，必要时部分拌合用水以碎冰形式加入，为了砼的均匀性，在搅拌终了前，应使砼拌合物中的冰全部溶化；