鐵路橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土施工溫度控制技術(shù)

王小平

中國通號 （鄭州） 電氣化局鄭州鐵路工程有限公司，河南鄭州 450016

1 大體積混凝土施工溫度控制的依據(jù)

混凝土是水與水泥發(fā)生反應(yīng)而形成的，在這過程中產(chǎn)生了大量的水化熱，混凝土溫度也隨著水化熱反應(yīng)的不斷進(jìn)行而上升，混凝土作為一種不良導(dǎo)體，在體積較大并且散熱條件不好的前提下，水熱化大部分會凝聚在混凝土內(nèi)部，混凝土溫度會隨之上升，這就使得混凝土內(nèi)外部的溫度存在明顯的差異，混凝土體積受溫度影響而發(fā)生不均勻變化，當(dāng)溫度變形受到影響而無法自由伸縮時(shí)就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，最終也會因?yàn)闇囟茸兓a(chǎn)生裂縫。這和許多化學(xué)反應(yīng)一樣，水化是放熱的過程，由于混凝土自身的傳導(dǎo)性較差，大體積的混凝土發(fā)生水熱化反應(yīng)導(dǎo)致澆筑體內(nèi)的溫度急劇上升，這就很容易使混凝土的外部散熱和內(nèi)部生熱產(chǎn)生明顯的溫度梯度，因此，會由于較大的溫度效力而產(chǎn)生溫度裂縫，所以必須對大體積的混凝土的水熱化反應(yīng)的放熱速度和放熱量進(jìn)行控制，從而降低溫度上升的速度，保證散熱時(shí)間延長，防止混凝土發(fā)生開裂現(xiàn)象。

大體積的混凝土在施工的過程中，由于受到內(nèi)外溫度差距較大的影響而產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。此外，由于受到外部結(jié)構(gòu)以及混凝土內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)的約束，導(dǎo)致這種形變受到一定程度的影響。因此，一旦混凝土內(nèi)部發(fā)生的應(yīng)力超過了混凝土本身具有的抗拉強(qiáng)度時(shí)，施工過程中就會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，但這種裂縫一般在施工標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)，不會嚴(yán)重影響到施工結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，但會影響到結(jié)構(gòu)的耐久性程度。

2 大體積混凝土發(fā)生溫度裂變的原因

2.1 水熱化反應(yīng)

水熱化的反應(yīng)過程中會釋放一定的熱量，體積較大的混凝土由于其結(jié)構(gòu)斷面相對較厚，表面系數(shù)又相對較小，混凝土內(nèi)部的熱量集聚不易散發(fā)，從而導(dǎo)致水熱化反應(yīng)過程中的熱量無法及時(shí)流失，混凝土內(nèi)部的溫度越積越高。但是單位時(shí)間里混凝土水熱化所散發(fā)的熱量、水泥的用量和水泥的品質(zhì)有一定的關(guān)系，混凝土表面可以自然散熱，但其內(nèi)部溫度居高不下，這種情況下溫度不均勻的變化會使其發(fā)生結(jié)構(gòu)形成的變化，從而產(chǎn)生溫度裂變的現(xiàn)象。

2.2 外界溫度變化

大體積混凝土的澆筑溫度會隨著外界溫度的影響而變化，尤其外界溫度突然驟降，更是會在一定程度上加劇了混凝土內(nèi)外部的溫度差距，這對大體積的混凝土施工是極為不利的；所謂溫度應(yīng)力就是由較大的溫度差異引起的溫度變形，溫度差越大，溫度應(yīng)力的效果越強(qiáng)，在外界溫度越高的情況下，混凝土內(nèi)部的溫度更加不容易散熱，一般情況下，混凝土內(nèi)部的溫度最高達(dá)到60～65℃時(shí)，并且能夠保持在較長的時(shí)間范圍內(nèi)。所以必須對混凝土內(nèi)部的溫度進(jìn)行控制，防止因?yàn)闇囟葢?yīng)力而產(chǎn)生溫度變形的問題。

2.3 混凝土的收縮影響

混凝土中必須有20%的水分是混凝土形成所需要的，其他剩余的80%的水分是要蒸發(fā)的，如果過多的水分被蒸發(fā)掉，則會引起混凝土的收縮。如果混凝土完成收縮之后，其體內(nèi)的水分仍然達(dá)到飽和狀態(tài)，這種情況下混凝土還可能恢復(fù)到膨脹或者到原來的體積，但頻繁的干濕交替會引起混凝土的體積發(fā)生變化，這對大體積的混凝土施工也是極為不利的。

3 體積混凝土施工過程中的溫度控制要點(diǎn)

首先，在具體開展施工工程之前，施工組織要制定具體的施工設(shè)計(jì)，尤其要根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對于施工階段的大體積混凝土在澆筑過程中的溫度以及溫度應(yīng)力進(jìn)行相關(guān)的預(yù)算，初步確定把體積混凝土在施工過程中的溫度以及內(nèi)外溫度差控制到范圍指標(biāo)內(nèi)，以此作為依據(jù)來制定相關(guān)的措施和計(jì)劃；其次，混凝土在硬化期間水泥會放出大量的水熱化，此時(shí)混凝土內(nèi)部的溫度會不斷上升，混凝土表面會形成較強(qiáng)的拉應(yīng)力，而在冷卻的后期，溫度驟降的過程中混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)又會出現(xiàn)較強(qiáng)的拉應(yīng)力，由于混凝土自身的脆弱性和均勻性，同時(shí)可能受到設(shè)計(jì)誤差或施工材料選擇不當(dāng)?shù)挠绊懀划?dāng)這些強(qiáng)烈的拉應(yīng)力超過了混凝土本身抗裂能力的范圍時(shí)，就會在混凝土表面出現(xiàn)裂縫等問題。因此，在施工過程中要將溫度控制與施工質(zhì)量保障結(jié)合起來考慮。

4 大體積混凝土溫度控制的技術(shù)措施

4.1 施工中的原材料選擇和質(zhì)量控制

一是水泥材料的選擇，鐵路橋梁在建設(shè)的過程中，為了防止水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的溫度無法散發(fā)，在施工過程中要選擇水熱化較低的水泥材料，盡量減少單位面積內(nèi)水泥的用量，根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)材料證明，單位體積內(nèi)對水泥的用量減少10kg左右，溫度則會降低1.2℃。所以在鐵路橋梁建設(shè)的過程中，一般要選擇水熱化較低據(jù)時(shí)間較長的水泥質(zhì)量，單位體積水泥的用量要根據(jù)具體的水泥配合優(yōu)化設(shè)計(jì)來確定。二是對粗細(xì)集料的選擇，在粗集料的選擇上，要選擇無鋼31.5的連續(xù)集配碎石，這種原料能夠減少10kg以上的用水量，而且在水灰比例相同的情況下水泥用量能夠減少20kg左右，細(xì)集料應(yīng)該采用中粗砂，這種原料比采用細(xì)砂能夠每立方米節(jié)約20kg以上的水泥用量，同時(shí)也可以降低混凝土水化熱的程度，防止混凝土發(fā)生干縮的現(xiàn)象。三是對摻合料及外加劑的選擇，摻入的粉煤灰要滿足二級粉煤灰指標(biāo)的要求，不僅要在一定程度上改善混凝土的和易性，還要提高混凝土的強(qiáng)度改善其分子結(jié)構(gòu)的組織情況，同時(shí)能夠降低水泥的用量，緩解混凝土由于內(nèi)外溫度差距而引起的溫度梯度，從而緩解溫度差距造成的溫度裂縫現(xiàn)象。

4.2 混凝土的配合優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用絕對體積法來合理安排混凝土的配合比設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)檢測的方法來合理確定配合比，嚴(yán)格按照 《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的規(guī)程》 要求至少確定出三個方面的水灰配比試驗(yàn)結(jié)果：水灰配比分別為0.56、0.61和0.66，但是經(jīng)過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)檢測，在其中摻入的混凝土初凝為5h，由于粉煤灰具有改善混凝土和易性，降低水熱化程度的特點(diǎn)，有利于大體積混凝土的施工，實(shí)驗(yàn)證明0.61水灰配比相對較為合理。當(dāng)然，不同的施工季節(jié)和施工環(huán)境都會影響到水灰配比的合理結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)該根據(jù)具體的施工環(huán)節(jié)來確定具體的水灰配比。

4.3 混凝土澆筑的施工方案

鐵路橋梁施工過程中涉及的施工面積相對較大。因此，混凝土澆筑應(yīng)該采用分層的斜坡澆筑方案，分層厚度一般控制在40cm左右，主要通過九步完成澆筑過程，遵循薄層澆筑、先深后淺、連續(xù)澆筑的原則，這種方法能夠滿足施工工藝的要求，同時(shí)也能夠很好地控制混凝土上下層覆蓋時(shí)的時(shí)間，當(dāng)下層混凝土還未進(jìn)行初凝時(shí)，要對上層混凝土進(jìn)行澆筑，以免在澆筑的過程中出現(xiàn)混凝土冷縫的問題。為了滿足混凝土的密實(shí)性，需要在混凝土的不同部位用五臺振動棒進(jìn)行振搗，同時(shí)要反復(fù)刮平表面繼續(xù)搓壓，保證混凝土的表面密實(shí)。為了防止混凝土表面會出現(xiàn)龜裂的現(xiàn)象，要及時(shí)對混凝土進(jìn)行二次抹面，在完成終凝之前要采用泥到壓平表面，防止混凝土在終凝之前出現(xiàn)失水沉降而造成縮裂紋等現(xiàn)象。

4.4 混凝土施工過程中的溫度控制

一是采用內(nèi)降和外保的方法合理控制溫度，外部溫度控制主要從增加保溫層厚度入手，但如果這種厚度不太現(xiàn)實(shí)的情況下，可以考慮混凝土內(nèi)部降溫的方法，內(nèi)部降溫一般采用埋置冷卻水管的方法，目的是為了減少混凝土內(nèi)表面及其內(nèi)部的溫度差，防止因?yàn)闇囟炔钸^大造成表面裂縫的現(xiàn)象。在不同的橋梁建設(shè)工程中則需要根據(jù)不同的情況區(qū)別對待，比如在主墩承臺大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置單根間距為2m的鐵水管，能有效排出承臺中心的水熱化，在一定程度上縮短水路，同時(shí)能夠根據(jù)出水口以及承臺內(nèi)部的溫度合理調(diào)節(jié)控制混凝土與外界的溫度。二是及時(shí)掌握大體積混凝土施工中的溫度控制變化規(guī)律，在橋梁施工過程中首先要派相關(guān)人士按照一定的時(shí)間間隔對混凝土的溫度進(jìn)行電子監(jiān)測，在具有代表性的地方分別設(shè)了上、中、下三點(diǎn)，并且對每處底板進(jìn)行編號排序，在澆筑混凝土施工之前要完成埋設(shè)工作，溫度傳感的灘涂要防止接觸到鋼筋，在具體的測溫過程中要將測溫線插頭插入主機(jī)中，并打開電源開關(guān)，這時(shí)屏幕就會顯示測量溫度。從一般的測試記錄來看，混凝土的中心以表面溫度升降呈現(xiàn)一致的步伐，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般出現(xiàn)在澆筑后的3h內(nèi)，最大溫度一般為60.8℃。與混凝土表面的溫度差一般控制在25℃之內(nèi)，這就在一定程度上有效預(yù)防和控制了溫度梯度的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

大體積混凝土施工是鐵路橋梁建筑中經(jīng)常會遇到的一種施工情況，而溫度控制技術(shù)會直接影響到施工的質(zhì)量和效果，因此，在鐵路橋梁施工中必須做好大體積混凝土的溫度控制技術(shù)，文章主要從材質(zhì)選擇、水灰配比、澆筑方案、溫度控制等方面探討了溫度控制的相關(guān)措施，希望在具體的施工中對現(xiàn)有溫度控制技術(shù)發(fā)揮相應(yīng)的理論彌補(bǔ)和發(fā)展作用。

[1] 黃杰. 淺析橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)及溫度控制[J]. 廣東科技，2012，21（ 7）：109-110.

[2] 許強(qiáng). 淺析鐵路橋梁大體積混凝土施工技術(shù)[J]. 中外建筑，2015（9）：135-136.

[3] 唐荷淋. 鐵路橋梁大體積承臺混凝土溫度裂縫控制技術(shù)[J]. 安徽建筑，2010，17（ 3）：107-108，140.