橋梁大體積承臺混凝土溫度裂縫控制分析

鐵留江·俊軍曼

文章以G579庫車至拜城至玉爾滾公路一期工程大橋工程為背景，分析了大體積承臺混凝土裂縫成因，提出了大體積承臺溫控設(shè)計方案，采用了調(diào)整混凝土配比、控制施工溫度、冷卻水處理和后期養(yǎng)護等措施對夏季施工時承臺溫度進行控制。通過一系列溫度控制措施，在外界溫度平均在28 ℃的情況下，混凝土的內(nèi)部最高溫度沒有超過60 ℃，對降低混凝土溫度效果較好，使混凝土的溫度得到了很好的控制，承臺未發(fā)生開裂跡象。

大體積承臺;溫控設(shè)計方案;溫度控制措施;溫度變化

U443.25A321063

0?引言

G579庫車至拜城至玉爾滾公路一期工程主線全長31.946 km，路線走向由東向西，線位總體與S307線縱向伴行，連接線全長19.606 km，主線和連接線全長共計51.552 km。G579庫車至拜城至玉爾滾公路一期工程大橋承臺大體積混凝土，屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。該承臺結(jié)構(gòu)尺寸為（12.5×8.1×2.3） m，承臺混凝土強度等級為C30，承臺鋼筋含量為

12 334.53 kg，該承臺的混凝土總方量為240.753 m3。本文以該工程為例，分析橋梁大體積承臺混凝土溫度裂縫成因與控制措施。

1?混凝土裂縫成因及防治措施

大體積承臺混凝土施工過程中，在內(nèi)因（水化溫度、彈性模量）或者外因（氣溫、濕度、風速）、施工工藝等多種因素變化的情況下，可能產(chǎn)生3類裂縫：表面裂縫、深層裂縫及貫穿裂縫[1]。大體積承臺通過控制溫度變化達到抑制混凝土裂縫開裂發(fā)展的目的，其機理主要為控制大體積承臺的溫度拉應力小于同標號混凝土相應齡期時的抗拉強度。因此控制大體積混凝土溫度的方法主要有：優(yōu)化混凝土的配合比提升混凝土的抗裂性能;采取合理措施控制環(huán)境溫度與混凝土自身溫度;降低大體積承臺施工、養(yǎng)護過程中內(nèi)外的拉應力等[2-3]。為保障大體積混凝土橋梁承臺的施工質(zhì)量，應根據(jù)工程特點制定切實可行的溫控方案，從而避免混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生。

2?橋梁承臺溫控設(shè)計方案

該特大橋某承臺施工時正值初夏，白天氣溫較高，空氣濕度相對較小。在這種情況下澆筑混凝土，容易造成混凝土的內(nèi)外溫差較大，加大了出現(xiàn)溫度裂縫的幾率。一般情況下，混凝土內(nèi)部的中心溫度和外表面的溫度差應≤25 ℃，由此提出承臺溫控設(shè)計方案。

2.1?混凝土配比材料的調(diào)整

（1）水泥

對于大體積混凝土，降低由于水泥水化熱帶來的混凝土內(nèi)部溫度上升，是防止混凝土出現(xiàn)裂縫的重點。大量實驗證明，混凝土配比中水泥的用量對于控制混凝土溫度有緊密聯(lián)系，因此在滿足混凝土設(shè)計強度的要求下應盡量減少混凝土中水泥的用量，降低混凝土水化熱的內(nèi)部溫度。降低水泥中的堿含量至小于水泥用量的0.6%，避免因堿含量高時產(chǎn)生堿骨料反應，并導致混凝土由于不均勻膨脹而產(chǎn)生裂縫。

（2）添加劑

摻入適量粉煤灰的混凝土，初凝時間變長，早期強度較低，同樣水化熱釋放熱量的過程也較為緩慢，降低了混凝土內(nèi)部溫度的上升速度。適量添加礦粉代替水泥，一方面節(jié)約了成本，另一方面降低了由于水泥水化熱產(chǎn)生的混凝土的內(nèi)部溫升。另外，礦粉的摻入能使水泥顆粒更為分散，使水泥的水化反應也更為徹底，從而釋放出更多的水泥漿體來潤滑骨料，起到了很好的潤滑作用。本方案中粉煤灰和礦粉互摻，兩者效應互補，提高了混凝土的性能。

（3）減水劑

減水劑的摻入，改善了混凝土的密實度，提高了混凝土的耐久性，延緩了水泥的硬化速度。因此早期混凝土強度較低，同樣水化熱釋放熱量的過程也較為緩慢，放慢了混凝土內(nèi)部溫度的上升速度，降低了混凝土水化熱的內(nèi)部溫度。

2.2?施工溫度控制

施工溫度主要包括澆筑溫度和入模溫度。澆筑溫度是指混凝土澆筑時周圍的環(huán)境溫度。入模溫度是指混凝土出料倉后，運輸至澆筑地點進行澆筑時的混凝土自身的溫度。對于澆筑溫度和入模溫度均要求夏季施工時，應控制在≤35 ℃，冬季施工時≥5 ℃。本工程所屬地區(qū)晝夜溫差大，在白天氣溫較高時進行澆筑，可采取搭設(shè)涼棚、風冷法來降低混凝土的澆筑溫度。而為了降低混凝土的入模溫度，采取了如下措施：

（1）儲存過程中，骨料不宜堆積過高，避免溫度上升;搭設(shè)料倉、涼棚等避免陽光直射造成砂石料的溫度提高;骨料溫度過高時，可采取人工噴水、吹冷風法降低骨料的溫度。

（2）混凝土拌合過程中，加入溫度較低的水或者冰，降低拌合料的溫度。

（3）在混凝土的振搗過程中，在一層混凝土入倉后振搗結(jié)束到下一層混凝土入倉前，需采取隔熱保溫措施對剩余的混凝土進行遮擋。

2.3?冷卻水處理

以上采取的降溫措施主要是在混凝土澆筑前期進行，在混凝土的降溫過程中可采取埋設(shè)冷卻水管的方法來降低混凝土的內(nèi)部溫度。工程施工中所采取的冷卻用水是工地現(xiàn)場的井水，水溫偏低，降溫效果較好。冷卻管采用的是42.3×3.25 mm的輸水鐵管，水流量≥30 L/s。依據(jù)混凝土內(nèi)部溫度的分布特征，在承臺的厚度方向布設(shè)三層冷卻水管，如圖1所示。

2.4?后期的養(yǎng)護

混凝土的標準養(yǎng)護條件是在溫度為20±3 ℃，相對濕度為90%以上的情況下養(yǎng)護28 d。在實際施工中，混凝土的標準養(yǎng)護條件無法達到，因此需采取人為措施進行養(yǎng)護。夏季施工時，應防止混凝土出現(xiàn)脫水現(xiàn)象甚至是出現(xiàn)干縮裂縫的現(xiàn)象。混凝土的散熱時間需盡量延長，從而充分發(fā)揮混凝土的潛力使混凝土的強度得到保證，使混凝土的溫度應力始終小于混凝土的極限抗拉強度，避免出現(xiàn)溫度裂縫，影響混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性。在混凝土灌注終凝后的10～12 h內(nèi)，在承臺混凝土外露的表面澆水濕潤以加強養(yǎng)護，將混凝土內(nèi)部的最高溫度和外表溫度差始終控制在≤25 ℃。

3?混凝土溫度監(jiān)測

對于大體積混凝土進行溫度監(jiān)測有助于現(xiàn)場人員了解溫度變化，及時掌握混凝土溫度情況，并以此為根據(jù)及時調(diào)整措施，使混凝土的溫度始終處在可控范圍內(nèi)。

3.1?測點布置

測溫點的布置能準確地反映混凝土內(nèi)部最高溫度、外表溫度、溫差以及混凝土的降溫速率等，以作為計算混凝土溫度應力的依據(jù)。因此，需在具有特點的部位、標高變化的部位以及溫度變化大容易冷卻的部位設(shè)置測溫點。在實際施工中，在混凝土的外表面以內(nèi)3～5 cm處設(shè)置測溫點測得的溫度作為混凝土的外表溫度;在承臺高度的1/3～1/2處設(shè)置測溫點測得的溫度作為混凝土的內(nèi)部溫度。測點布置見圖2。

3.2?結(jié)果分析

根據(jù)測溫人員提供的實時溫度數(shù)據(jù)，繪制了大體積承臺混凝土在12 d內(nèi)的溫度變化曲線，如圖3所示。

（1）由圖3可知，混凝土溫度變化分為三個階段：第一個階段混凝土的溫度呈現(xiàn)快速升溫的過程，持續(xù)2～3 d左右，這是由于水泥水化反應釋放了大量的熱量，促使混凝土溫度上升;第二個階段混凝土的溫度呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，持續(xù)3～8 d左右，這是由于水化熱產(chǎn)生的熱量在緩慢地向外界擴散;第三階段混凝土的溫度下降得更為緩慢，并逐漸接近外界溫度。三層測點第一階段溫度上升的速率均較快，之后溫度下降的速率逐漸趨緩。

（2）承臺斷面的溫度受到了混凝土入模溫度、外界溫度、測點的位置以及混凝土分層厚度的影響，溫度在20 ℃～60 ℃之間?；炷恋娜肽囟仍礁?，外界溫度越高，測點的位置越靠近中心位置，混凝土分層的厚度越厚，混凝土斷面的溫度就越高。

（3）第三層中第11 d的溫度有一個驟降的過程，這是由于當?shù)貧鉁赝蝗蛔兓脑驅(qū)е?。由此表明，在混凝土澆筑后的前期，混凝土溫度主要受水化熱的影響，而在混凝土澆筑后期，外界溫度的變化對于混凝土溫度的影響較大。

（4）由于在混凝土中埋設(shè)了冷卻水管，在外界溫度平均為28 ℃的情況下，混凝土的內(nèi)部最高溫度沒有超過60 ℃。根據(jù)對承臺冷卻水的監(jiān)測，進水和排水溫度的溫差在5 ℃～13 ℃左右，這對于降低混凝土的早期溫度的最大值起了一定的作用，使混凝土的溫度得到了很好的控制。

4?結(jié)語

本文以G579庫車至拜城至玉爾滾公路一期工程大橋為背景，通過對特大橋承臺大體積混凝土溫度控制與監(jiān)測以及結(jié)果分析可知，采取的一系列溫度控制措施取得較好的效果，承臺未出現(xiàn)溫度裂縫，工程質(zhì)量得到了保障。得到了以下結(jié)論：

（1）對混凝土的配合比進行了調(diào)整，減少了水泥的用量，加大了礦粉和粉煤灰的用量，降低了混凝土的水化反應帶來的溫升幅度。適當摻入了減水劑，提高了混凝土的早期強度和耐久性，減緩了混凝土內(nèi)部溫度的上升速度。

（2）對于澆筑溫度和入模溫度，進行多方面的控制來降低混凝土的澆筑溫度和入模溫度，最終降低了混凝土的溫度。加強混凝土的養(yǎng)護，延長混凝土的散熱時間，避免混凝土出現(xiàn)脫水現(xiàn)象甚至是出現(xiàn)干縮裂縫的現(xiàn)象，避免出現(xiàn)溫度裂縫，加強結(jié)構(gòu)的可靠性。

（3）通過混凝土承臺的現(xiàn)場溫度監(jiān)測可知，混凝土溫度變化分為三個階段，由快速升溫至緩慢下降最后逐漸接近外界溫度。

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