公路桥梁大体积混凝土温控措施研究

公路桥梁大体积混凝土温控措施研究

发表时间：2018-10-30T10:04:59.350Z 来源：《防护工程》2018年第17期作者：李存金

[导读] 本文以控制公路桥梁施工中大体积混凝土温度裂缝为目的，通过大体积混凝土结构温度裂缝成因与温度应力的分析青海第三路桥建设有限公司青海西宁 810000

摘要：本文以控制公路桥梁施工中大体积混凝土温度裂缝为目的，通过大体积混凝土结构温度裂缝成因与温度应力的分析，结合具体施工过程提出相关控制措施，以此提升大体积混凝土施工水平与结构质量。所得结论具有一定的应用价值，以期在该行业间形成技术交流。

关键词：公路桥梁；混凝土施工；大体积结构；温控措施

1.大体积混凝土温度裂缝成因

混凝土浇筑完成后，随着水泥水化热的释放其会经历升温与降温两个过程。混凝土结构自身的导热性能差，对于大体积混凝土而言，这种现象更加突出，水泥水化反应产生大量的热聚集在混凝土的内部，使得混凝土内部迅速升温，而混凝土外露表面容易散发热量，这就使得混凝土结构内外温差很大，在内胀外缩（形成温度应力）作用下致使混凝土表面拉应力逐渐增大，同时由于混凝土抗拉强度较低（为抗压强度的1/10~1/20），特别是在凝结硬化阶段，其抗拉强度基本可以忽略不计，因此在表面拉应力的直接作用下，其结构便会因细微变形而产生表面裂缝，随着表面拉应力的不断增大，当其超出混凝土自身承受范围时，便会直接越过残余变形而发生脆性断裂。实践表明：单位体积混凝土水泥用量每增加10Kg，其内部温度便会升高1℃，对应（内部）膨胀则会增大0.01mm。

2.大体积混凝土温度应力分析

2.1早期温度应力

该阶段混凝土温度场变化较快且随着时间的推移其弹性模量呈增长趋势，此时混凝土因内部大热量的产生所引起的应力称为早期应力，该阶段开始于混凝土浇筑，终止于水泥水化反应结束，一般持续时间约为30d。混凝土浇筑初期（早期）为升温阶段，此时其内部温度持续上升，如若外部温度较低，在热胀冷缩作用下，则会造成混凝土表面出现开裂。需要注意的是，混凝土初期开裂易被误认为是其表面泌水、养护不当造成的龟裂现象，而实际上这种开裂要深于龟裂很多。

2.2中期温度应力

混凝土浇筑中期，其自身温度因与外界热量交换而逐渐下降，由此产生的应力称为中期应力，并且与早期温度残余应力相叠加，该阶段开始于混凝土水化热释放结束，终止于结构温度场稳定，此时混凝土弹性模量无较大变化。中期通常为混凝土浇筑后3~4d（硬化后期），此时核心混凝土呈降温状态，并且混凝土体积随着温度的降低而逐渐缩小，自水化热释放结束至温度冷却稳定，此时混凝土冷却以及外界温度变化为造成温度应力产生的主要因素，并在与早期残余应力叠加后共同作用使混凝土产生裂缝。

2.3后期温度应力

此时混凝土温度应力主要因外界环境影响而产生，并与前期残余应力叠加后共同形成后期温度应力，该阶段开始于混凝土温度下降至稳定，终止于构件使用寿命结束，此时混凝土弹性模量呈稳定状态。后期主要为混凝土冷却完全后的运营时期，此时如若内外温差较大，一旦内部出现降温，而外部降温相对较小，便会有较大拉应力形成于核心混凝土中，进而演化为拉裂缝。

3.大体积混凝土温度裂缝控制措施

3.1设计控制

（1）优化配合比。在确保混凝土工作性能满足施工需求的基础上，尽量减小混凝土单位体积用水量，结合“一高（高粉煤灰掺量）、二掺（掺加高性能引气剂与高效减水剂）、三低（低水胶比、低坍落度、低砂率）”的设计准则，配制出“低热、中弹、高韧性、高强度以及高抗拉性能”的抗裂混凝土。

（2）采用细钢筋、小间距的方式（根据经验可采用Ф8~16@100~200的防裂钢筋网片，具体可通过计算确定）增配构造筋，同时保证全截面配筋率处于0.3～0.5%范围，以此提升混凝土结构抗裂性能，

（3）设置暗梁于易裂边缘部位，同时对该部位适当加大配筋率，以此使混凝土极限抗拉强度得到有效提升。

（4）结构设计时结合施工气候特征合理设置后浇缝，其主要作用是减小混凝土结构的约束范围，进而实现构件整体性的保护，其在主体混凝土浇筑后应采用膨胀性水泥配制的混凝土实施浇筑处理。后浇缝间距一般按20~30m布设。

3.2材料控制

3.2.1水泥

选择初凝时间长、水化热低的水泥。水化热作为温度应力产生的主导因素，因此水泥选用应以425R等级的矿渣硅酸盐水泥为首选，其具有硅酸三钙含量少、水化热低、水化速度慢等特点，可以很好的预防混凝土结构温度裂缝的产生。

3.2.2骨料

（1）粗骨料。由于自然连续级配的粗骨料所配制配制的混凝土不仅和易性较高，对水与水泥节约明显，而且其抗压强度较高，因此筏板基础大体积混凝土对粗骨料的选择应结合工程实况以颗粒半径较大、级配良好的骨料为首要选择。试验表明：就石子粒径来说，选用5~40mm比5~20mm的配制混凝土可每方减少用水量约15Kg，并可有效降低混凝土温度1.5℃左右。

（2）细骨料。细骨料应以细度模数为2.6~2.9范围的中、粗砂为首选，同时确保质地优良。研究表明：采用平均粒径与细度模数较大的中、粗砂拌制混凝土，可有效降低混凝土的收缩幅度与温升速率，对于大体积混凝土温度裂缝的控制拥有很好的抑制作用。

3.2.3外加剂

采用外加剂双掺技术。适量粉而煤灰的掺加可因水泥用量的减少而降低水化热，其用量需经试验确定，一般不大于30%；缓凝剂的使用不仅可在水化热的释放速率与峰值出现上起到延缓与推迟作用，而且还可减缓混凝土的凝结速率，延长凝结时间，推迟混凝土强度的早期发展，同时对于混合料和易性的改善和水泥与水用量的减少起到促进作用，进而达到水化热降低的目的。

3.3施工控制

实践表明，大体积混凝土采用分块浇筑法可对其内表温差的控制实现有效降低，而分块浇筑一般以分层法与分段跳仓法应用最多，本文以分层法为具体介绍：

（1）全面分层。以整个浇筑平面为分层（沿高度方向分成2~3层），浇筑完第一层并在其初凝之前实施第二层浇筑。该方法适用于浇筑面积较小的情况。

（2）分段分层。混凝土从底层开始浇筑一定距离后实施第二层浇筑，同时确保第一层混凝土未初凝，如此浇筑至设计标高后进行剩余部分的浇筑作业。该方法适用于浇筑面积适中且尺寸较长的情况。

（3）斜面分层。浇筑过程在保证一定坡度的同时分层浇筑，混凝土振捣应从浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量。该方法适用于浇筑长度大于高度3倍的情况。

3.4养护控制

为防止混凝土表面失水过多并为其早期水化反应提供所需水分，大体积混凝土应在浇筑完成12h内开始进行养护工作，养护方式一般采用覆盖洒水法。此外，对于大体积混凝土内表温差的控制，具体应对温度阶梯与构件尺寸综合考虑后合理确定，通常为不大于25℃，并且核心最高温度不应超过60℃，此时可认为温差应力不会对混凝土结构造成裂缝。基于此，对于大体积混凝土内表温差的控制可从结构内外同时着手，具体可对内部通水（冷却水）循环降温的同时适当提升结构表面温度，以此达到减小内表温差、降低温度应力的目的。具体养护操作时，由于混凝土结构在浇筑完成2d内内部温度上升速率较快，其冷却水循环降温后温度上升明显，因此可利用混凝土结构内部降温循环出来的热水进行外部喷洒养护，以此通过外部温度的提升来有效减小结构内表温差。

结语

基于以上论述，公路桥梁大体积混凝土温控措施的研究为一项系统而复杂的任务，并且该控制任务贯穿于工程全寿命建设周期内，并在施工过程处于动态控制。因此，只有做好各个环节的控制措施，方能使大体积混凝土结构的施工质量得到有效提升。

参考文献：

[1]GB50496-2009 大体积混凝土施工规范[S].

[2]张健.桥梁大体积承台砼施工控制技术[J].城市建设理论研究，2014年9期.

[3]刘海宽.桥梁大体积混凝土配合比设计与温度控制[D].长沙理工大学硕士学位论文，2011.