承臺大體積混凝土溫度裂縫分析及控制措施

劉瑞美

摘要： 在四川省雅礱江兩河口水電站庫區(qū)復建縣道X037線普巴絨特大橋承臺大體積砼施工時，采取了配制低水化熱的砼配合比，承臺中設置水管通循環(huán)水冷卻，承臺外表面保溫養(yǎng)護，養(yǎng)護期間嚴格溫控等措施，避免了承臺大體積砼產(chǎn)生溫度應力裂縫。

Abstract： In the large-volume concrete construction of the paclittic bridge of the rebuilt county road X037 line in the Shuanghekou Hydropower Station of the Yalong River in Sichuan Province， the concrete mix ratio of low hydration heat was taken. Water pipe is set in the cap which is access to circulating water for cooling. The outer surface of the cap has insulation conservation. There is strict temperature control during conservation. There measures have avoided the temperature stress cracks of the large concrete of the cap.

關鍵詞： 大體積砼；砼熱工計算；循環(huán)水冷卻；溫度監(jiān)控；表面保溫

Key words： large volume concrete；concrete thermal calculation；circulating water cooling；temperature monitoring；surface insulation

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）14-0138-03

0 引言

四川省雅礱江兩河口水電站庫區(qū)復建縣道X037線普巴絨特大橋孔跨布置為（100+180+100）m連續(xù)剛構(gòu)，下構(gòu)采用樁柱式臺、樁基礎+薄壁空心墩。

普巴絨特大橋共有承臺3個，分別設置在0#臺和兩個主墩位置。橋墩承臺規(guī)格為：長×寬×高=16m×16m×6m，C40砼澆筑；0#臺承臺規(guī)格為：長×寬×高=12.5m×12.5m×3m，C30砼澆筑。

按照《大體積砼施工規(guī)范》GB50496-2009的定義，特大橋3個承臺均為大體積砼。因其幾何尺寸大，表面系數(shù)小，砼水化熱在內(nèi)部聚集且難以散發(fā)至外界，會使砼內(nèi)部溫度過高。當砼結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度值相差過大時，致使砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害的溫度裂縫，破壞結(jié)構(gòu)整體性，降低其安全可靠性及正常使用功能。所以需針對具體條件下的大體積砼產(chǎn)生溫度裂縫的情況進行分析和探索，并采取有效措施來避免溫度裂縫的出現(xiàn)，保證大體積砼的施工質(zhì)量。

本項目針對普巴絨特大橋承臺施工時的具體情況，對承臺可能出現(xiàn)的溫差情況進行了分析與研究，并采取了有效的措施控制了砼內(nèi)外溫差值，確保了承臺的澆筑質(zhì)量。

1 砼溫度裂縫產(chǎn)生機理的分析

1.1 水化熱積聚

水泥在凝結(jié)時的水化反應中放出大量熱量，對于結(jié)構(gòu)尺寸較大的砼結(jié)構(gòu)，因表面系數(shù)小，導熱性能差，熱量積聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部難以及時散失，使得砼內(nèi)部溫度升高，內(nèi)外溫差逐漸變大，溫差使中間部位砼出現(xiàn)壓應力，而外部出現(xiàn)拉應力，應力與溫差成正比。當外部砼拉應力值超出當時砼的容許拉應力時，砼被拉裂，產(chǎn)生裂縫。在實際施工中，砼內(nèi)部溫度在澆筑后3～5天時達到峰期，然后溫度緩慢降低至常溫。故嚴格控制砼澆筑時的結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差（特別是的初期的3～5天），是確保砼不產(chǎn)生裂縫的關鍵。

1.2 外界氣溫變化的影響

大體積施工階段，外界溫度較高時，澆筑入模的砼溫度也較高，當外界溫度驟降時，結(jié)構(gòu)物表面溫度也隨之降低。但內(nèi)部熱量無法及時消散，造成砼結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差增大，溫度應力使砼表面產(chǎn)生溫度裂縫。因此，需采取措施控制外界氣溫變化引起的砼溫度裂縫。

1.3 砼的收縮、徐變

砼水化反應僅消耗了砼拌合用水的20%，而所剩的80%水分將逐漸蒸發(fā)。水分的蒸發(fā)無疑會導致砼的收縮，在徐變收縮與溫差變形的共同作用下，進一步促使砼產(chǎn)生裂縫。

綜上所述，存在內(nèi)部與外部的溫差是引起砼產(chǎn)生裂縫的關鍵，只要能控制內(nèi)外溫差就能從根本上確保砼不出溫度裂縫，確保結(jié)構(gòu)安全使用。

以下以尺寸為16m×16m×6m的2號墩的承臺為例闡述大體積砼熱工計算，冷卻水管布置方案，溫控措施等。

2 大體積砼熱工計算

2.1 相關資料

2.1.1 配合比及材料

水泥：砂：碎石：粉煤灰：外加劑：水=1：2.1：2.9：0.25：0.012：0.44

材料：每立方砼含P.O42.5水泥366kg、龍洞砂石廠產(chǎn)機制砂770kg、龍洞砂石廠5～10mm連續(xù)級配碎石319kg、龍洞砂石廠10～20mm連續(xù)級配碎石744kg、粉煤灰91kg、減水劑4.57kg、拌合水160kg。

2.1.2 氣象資料

年平均氣溫7.1℃，極端最高氣溫為35.9℃，極端最低氣溫為-15.9℃。

2.1.3 砼拌和方式

拌和站拌和，泵送入模。

2.2 承臺砼的溫控計算

2.2.1 水化熱最高溫升及3d、7d時水化熱絕熱溫升

①承臺水化熱最高溫升。

T（t）=WQ/Cρ（1-e-mt）

式中T（t）-第t天齡期時的絕熱溫升（℃）；t-砼齡期（d）；W-水泥用量（kg/m3）；Q-水泥的水化熱總量，取377（kJ/kg）；C-砼比熱，取0.97[kJ/（kg·k）]；ρ-砼密實，取2450（kg/m3）；e-等于2.718的常數(shù)；m-系數(shù)，隨水泥品種、澆筑溫度而改變，取0.3（d-1）。

Tmax=CQ/Cρ=（366×377）/（0.97×2450）=58.06℃

3 溫差控制措施

本項目采取了減少水泥水化熱、承臺內(nèi)部設置水管通循環(huán)水冷卻、承臺外表保溫等綜合處理措施，確保將溫差控制在要求的25℃以內(nèi)。

3.1 降低水泥水化熱及砼收縮徐變措施

砼內(nèi)熱源來自于水泥的水化熱，控制熱量源頭才能最大程度地降低水化熱量。故本項目采用了低水化熱的P.O42.5水泥。并摻入部分粉煤灰以改善砼的泵送性能，同時粉煤灰替代了部分水泥用量，降低了水化熱。

砼中摻入高效緩凝減水劑，降低了水灰比，增加了砼的和易性，降低了水泥用量，減少了拌和用水。

選用規(guī)格級配好，符合篩分曲線，針片狀少，連續(xù)級配的碎石，增大了砼的密實性和強度，減少了砼的空隙率，降低了水泥用量。細骨料采用機制砂，但控制機制砂的石粉含量≯7%，降低砼收縮、徐變量。

3.2 減少環(huán)境氣溫的影響

對砂石料采取遮陽覆蓋措施，以免烈日使集料的溫度增加。拌制砼前，抽取河底部溫度較低的河水對集料進行降溫，降低砼混合料的溫度。

規(guī)劃砼運輸路線，縮短運輸距離，降低砼澆筑前吸熱升溫量。

砼澆筑后，在承臺四周覆蓋一層麻袋后再覆蓋一層不透風帆布進行表面保溫。承臺頂部蓄水保溫。

3.3 設置水管通循環(huán)水冷卻

3.3.1 冷卻循環(huán)水的水管布置

承臺砼的溫差控制按內(nèi)部溫度降低，外部保溫的原則進行。即在承臺內(nèi)部設置水管通循環(huán)水冷卻，冷卻水管采用鋼管，外徑為40mm，壁厚2.5mm。

冷卻管平面、立面布置如圖1所示。相鄰兩層之間旋轉(zhuǎn)90度錯開布置，共計5層。

3.3.2 砼內(nèi)部通水降溫的溫控要求

進出口水的溫差≤10℃；

水溫與內(nèi)部砼的溫差≯20℃，降溫速度≯2℃/d；

承臺頂蓄水養(yǎng)護的水溫與砼表面溫度的差值≯15℃。

3.3.3 砼結(jié)構(gòu)測溫點設置

本工程采用預埋測溫線測溫。溫度測點分四層布置，每層設置3個測溫點，共12個。相鄰兩層之間旋轉(zhuǎn)90度錯開布置。

第1層距承臺底面為50cm，第2層距承臺底面為230cm，第3層距承臺底面為410cm，第4層距承臺底面為590cm。

測點布置如圖2所示。

4 養(yǎng)護期間溫控措施

①在承臺附近布設1個5m3的水箱作為承臺砼降溫、養(yǎng)護用，用水來源采用高壓水泵從河中不間斷抽送至水箱，在水箱內(nèi)安置水泵，不間斷將抽水至承臺冷卻管內(nèi)。

②利用較高溫度的冷卻水管的出水在承臺頂蓄水保溫養(yǎng)護，提高了承臺砼表面的溫度。

③砼澆筑到冷卻管高度即通河水冷卻，3d內(nèi)間隔2h測溫一次，4～7d間隔4h測溫一次。8～9d間隔6～8h測溫一次，同時要測量承臺內(nèi)的環(huán)境溫度，隨時記錄。如發(fā)現(xiàn)承臺的內(nèi)外溫差或承臺外表與大氣溫差接近25℃，或砼溫度降幅過快（接近2.0℃/天）。則及時采取調(diào)整水溫及水流量等措施控制溫差和降溫速率。

④循環(huán)入口的水溫與承臺中部最高溫差控制在22℃內(nèi)，以避免冷卻管周邊砼出現(xiàn)溫差裂縫。2號墩承臺澆筑后第三天遇到劇烈降溫天氣，溫測表明入口的江水溫度與承臺中部最高溫差達到20.6℃，且根據(jù)氣候情況，溫差還存在增大趨勢，采取了加熱入口蓄水池內(nèi)水溫的措施，控制了溫差。

⑤降溫后，承臺外側(cè)與大氣溫差也呈超25℃的趨勢，立即在承臺上搭設保溫暖棚，暖棚采用鋼管架搭設，大于承臺尺寸，外罩帆布，接頭采用鐵絲綁扎牢固，防起風掀開而降溫，進人口設棉被門簾，在保溫暖棚內(nèi)生了8個電暖器升溫。

⑥當承臺中心與表面、表面與環(huán)境溫度差≮20℃時，方可清拆保溫材料及設施。

5 結(jié)果及分析

2號墩承臺在第4d時測點出現(xiàn)最高溫度（59.3℃），第6d出現(xiàn)最大內(nèi)外溫差（23.1℃），第7d出現(xiàn)最大的降溫速率（1.7℃/天）。全過程溫差均滿足溫控的要求。

拆模后進行承臺檢查，沒有出現(xiàn)裂縫，外觀質(zhì)量良好。

說明溫差控制采取的降溫、保溫措施是科學合理的，有效避免了大體積砼承臺出現(xiàn)溫度裂縫。

6 總結(jié)及建議

①冷卻管嚴格按設計的位置及間距進行埋設，以確保承臺各部位砼降溫均勻。嚴格監(jiān)測冷卻管進、出水口的水溫差，根據(jù)溫差量測值，對冷卻水的流速進行調(diào)整。

②承臺砼采取水平分層法澆筑，澆筑時確保承臺砼面均勻抬升，避免局部砼堆積過厚，承臺砼分層澆筑厚度取20～30cm為宜。

③澆筑承臺砼后，在承臺上方搭設遮陽棚，避免烈日爆曬承臺砼表面。承臺表面采用要注意養(yǎng)護，使砼緩慢降溫，緩慢干燥，減少砼內(nèi)外溫差。

④建議在合適的天氣情況下。逐漸降溫的方式進行養(yǎng)護保溫材料的拆除，避免承臺砼面溫度降溫速率過快而使承臺砼面產(chǎn)生溫度裂縫。

7 結(jié)束語

本文以普巴絨特大橋為依托，對大體積砼承臺的水化熱溫升的理論分析和計算方法及采取的溫控措施進行了闡述。希望能給其他工程技術人員在大體積砼溫差控制施工時起到一些啟示。

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