橋梁大體積混凝土溫度控制與防裂分析

夏廣新

遼寧天一建設(shè)有限責任公司 遼寧沈陽 110011

混凝土是脆性材料，其抗拉強度僅為抗壓強度的約1/10。大體積混凝土具有大的橫截面，水泥的水化熱使混凝土的內(nèi)部溫度急劇上升。在未來的冷卻過程中，在某些約束條件下會產(chǎn)生相當大的拉應(yīng)力。然而，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，通常只有少量鋼筋或沒有鋼筋放置在表面上。因此，拉應(yīng)力主要由混凝土本身承擔，從而產(chǎn)生裂縫。

1 橋梁大體積混凝土溫度裂縫原因分析

1.1 水化熱

一般發(fā)生在施工過程和維修階段。在大體積混凝土澆筑和初養(yǎng)護階段，水泥水化過程中會產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致內(nèi)部溫度較高。所以我們應(yīng)該采取措施來控制內(nèi)外溫差不超過25℃，但往往由于管理不善，缺乏保溫措施，導(dǎo)致內(nèi)部和外部的溫差太大，表面裂縫[1]。根據(jù)實際情況，選擇水化熱較低的水泥品種盡量在建設(shè)，限制了水泥單位消費，減少聚合成模具的溫度，減少內(nèi)部和外部的溫差，緩慢冷卻，如果必要的話，可以使用循環(huán)冷卻系統(tǒng)內(nèi)部散熱或使用薄層連續(xù)鑄造加速散熱。

1.2 混凝土的收縮

混凝土收縮是混凝土在空氣中硬化后體積減小的現(xiàn)象。這種無外力作用的混凝土自發(fā)性變形，在受到外部約束(支護條件、鋼筋等)時，會在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂?；炷灵_裂的主要原因是塑性收縮、干收縮和溫度收縮。硬化初期主要是水泥在水化硬化過程中的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水蒸發(fā)引起的干縮變形。

1.3 溫度突變

橋梁工程中鑄件由于太陽暴曬邊容易使得部分混凝土溫度明顯高于其他地區(qū)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度的上升產(chǎn)生的非線性，使它的作用下形成自己的約束過度局部拉應(yīng)力引起的溫度裂縫；此外，當混凝土澆注后由于突然下雨，冷空氣入侵和其他天氣效果造成的表面溫度突然下降，也會使其內(nèi)部和外部的溫度梯度，溫度應(yīng)力也增加到一定程度時，將導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生[2]。

2 橋梁大體積混凝土溫度控制與防裂

2.1 設(shè)計控制措施

（1）選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和劈裂縫、砌塊，改善大體積混凝土澆筑時的內(nèi)外溫度環(huán)境，減少混凝土內(nèi)外溫差。（2）考慮溫度應(yīng)力和設(shè)計荷載的共同作用，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度場進行模擬分析，校核溫度應(yīng)力和收縮力。（3）合理設(shè)置水泥水化放熱引起的溫度應(yīng)力，控制混凝土開裂。（4）優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束條件，降低約束應(yīng)力。

2.2 合理分縫分塊

在大體積混凝土的施工過程中，為了有效地減小大體積混凝土內(nèi)外的溫差，經(jīng)常使用砌塊鑄造。塊狀鑄造可分為兩種方式：分層澆注和分段澆注。目前有三種類型的澆注方案：集成澆注，分段澆鑄和斜面澆鑄。當時間允許時，大體積混凝土結(jié)構(gòu)可以分層澆筑多次，施工層按照施工節(jié)點進行處理，即薄層澆筑技術(shù)，使混凝土內(nèi)部的水化熱充分分布。重要的是要注意分層鑄造的間歇時間。目前，大型水工混凝土一般遵循薄層間距短的原則，對施工縫的處理非常嚴格。在大體積混凝土橋梁的施工中，由于體積相對較小，經(jīng)常使用一次性整體澆筑和多層澆筑。

2.3 降低澆筑溫度

為降低混凝土的最高溫度和溫差，更直接的措施是降低澆注溫度，但其實施必須具備一定的條件才能實現(xiàn)，可用于大型工程。降低澆注溫度的具體措施包括：（1）降低原料的溫度，如水泥冷卻，集料冷卻和預(yù)冷；（2）與混合水和冰混合；（3）澆注前預(yù)先冷卻混凝土；（4）減少運輸過程中傾倒的熱量，包括縮短運輸距離，使用特殊的隔熱罐車，并用混凝土泵管包裹絕緣材料。在大體積橋梁混凝土施工中，實際措施是水泥的散熱，骨料的冷卻，冷卻水和混合水的使用，縮短運輸距離[3]。

2.4 冷卻水管

目前，在大型混凝土現(xiàn)場溫控措施中，冷卻水管道由于其直接，經(jīng)濟，便捷的施工而在橋梁中得到廣泛應(yīng)用。使用冷卻水管時，影響冷卻效果的因素有：管道，管道直徑，管道長度，埋設(shè)方式，間距，冷卻水溫度，水流量等。管道長度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件確定 ，但長度不應(yīng)超過400米；在鑲嵌方法中，它分為矩形排列，梅花排列和交錯排列；當然，冷卻水的溫度越低越好。但是，還應(yīng)考慮冷卻水和混凝土之間的溫差，以防止裂縫周圍的冷卻水管。水流的速度確保管中的紊流[4]。

2.5 維護措施

大體積混凝土的常用固化方法是保溫隔熱。托克托古爾方法可用于寒冷地區(qū)。表面保溫材料包括：保溫棉被，泡沫塑料板，聚苯乙烯泡沫板，草袋，保溫砂和噴涂保溫。固化的主要目的是保持適當?shù)臏囟群蜐穸葪l件，而混凝土的保溫措施往往起到保濕作用。保溫的目的有兩個：（1）減少混凝土表面的熱擴散，降低混凝土表面的溫度梯度，防止表面裂縫的形成；（2）延長散熱時間，充分發(fā)揮混凝土強度潛力和材料松弛特性，使混凝土拉伸應(yīng)力引起的溫差小于混凝土的抗拉強度，防止產(chǎn)生裂縫。濕固化的作用是：（1）澆注仍處于混凝土凝固階段，水化速度快，適宜的濕度條件可以防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生收縮裂縫；（2）在保溫和濕度條件下，混凝土可以順暢地水化，提高混凝土的抗拉強度。

3 結(jié)論

合理的混凝土配合比和適當?shù)脑牧鲜谴篌w積混凝土溫度控制成功的基礎(chǔ)。通過對混凝土原材料的選擇和優(yōu)化，可以有效降低水泥的水化熱，降低混凝土的外溫差。合理的施工組織、正確的施工方案和有效的溫控監(jiān)測方案是大體積混凝土溫控成功的保證。