橋梁工程大體積混凝土全蓄水溫控方案的研究與施工技術(shù)運(yùn)用

李聰　戴洲游

摘要：??隨著我國交通基建逐步向中西部地區(qū)傾斜，橋梁工程在道路工程中所占的比例也越來越高，橋梁病害的防治也逐步成為工程技術(shù)人員所關(guān)注的問題。本文從導(dǎo)致裂縫的設(shè)計(jì)、施工原因，裂縫形成機(jī)理等方面，研究了決定大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的相關(guān)因素，并從配合比設(shè)計(jì)、原材料選擇、冷卻措施等方面提出了多種控制方法。

關(guān)鍵詞： 橋梁承臺(tái);大體積混凝土;全蓄水溫控;混凝土裂縫;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U445.57???????????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2020-04-27

作者簡介：李聰（1978-），男，高級工程師，研究方向：公路、市政道路和橋梁工程的設(shè)計(jì)與研究;戴洲游（1983-），男，高級工程師，研究方向：公路、鐵路工程道路、橋梁和隧道、市政工程的施工與管理。

隨著橋梁工程在我國道路工程領(lǐng)域所占比例的逐漸增大，橋梁病害的防治也越來越受研究者的關(guān)注。通過對橋梁病害的大規(guī)模統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，溫度裂縫已經(jīng)成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑的常見病害。該裂縫將對橋梁的強(qiáng)度、剛度、承載力等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)生較大影響，必須及時(shí)防治。

1 工程概況

某橋梁工程為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面懸澆連續(xù)剛構(gòu)橋，其承臺(tái)為整體式鉆孔灌注嵌巖樁承臺(tái)，高4m，長27.5m，寬11.5m，封底砼厚0.8m，是典型的大體積混凝土承臺(tái)[1]，見圖1：

2大體積混凝土裂縫形成主要原因

2.1設(shè)計(jì)方面原因

（1）隨著車輛荷載和交通荷載的不斷增加，現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對大體積混凝土的要求越來越高，特別是對設(shè)計(jì)承載力的要求大大提高，因此需采用高強(qiáng)混凝土。

（2）大體積混凝土在施工澆筑過程中，多選擇C50以上的高強(qiáng)度水泥，該種水泥水化熱較大，在施工過程中極易由于內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫[2]。

2.2施工方面原因

（1）施工流程不科學(xué)、現(xiàn)場管理混亂、混凝土模板使用不規(guī)范等原因?qū)е禄炷脸霈F(xiàn)裂縫。

（2）大體積混凝土在澆筑時(shí)一般都在其內(nèi)部布設(shè)鋼筋，施工時(shí)極易因?yàn)榕浣钿P蝕變形產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。

2.3大體積混凝土溫度裂縫形成機(jī)理

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫并非單一原因造成的，而是在內(nèi)因、外因共同作用下導(dǎo)致的，其中最主要的是溫度裂縫：

（1）水化熱過大會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生應(yīng)力集中，超過一定限度就可能產(chǎn)生溫度裂縫。如圖2、3所示。

（2）從圖3數(shù)據(jù)圖分析可知，在最高溫度條件下，溫度應(yīng)力和容許抗拉強(qiáng)度初期反應(yīng)較為敏感，而到后期其變化趨勢較為平緩。

（3）在最低溫度條件下，容許應(yīng)力強(qiáng)度的變化規(guī)律和溫度應(yīng)力的變化趨勢呈先下降后上升的規(guī)律，后期變化趨勢較為平緩。

3大體積混凝土裂縫控制關(guān)鍵措施

（1）施工材料是決定大體積混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)，應(yīng)優(yōu)先選用水化熱值較低的水泥，以盡可能減少施工時(shí)混凝土內(nèi)外的溫差[3]。此外還可以通過添加減水劑、壓縮水灰比的方式降低水化熱。

（2）溫度是決定裂縫是否產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，應(yīng)采用灑水法冷卻大體積混凝土的骨料，以達(dá)到嚴(yán)格控制澆筑溫度的目的。此外還可以采用冰水拌和法降低澆筑溫度。

（3）降低混凝土內(nèi)外溫差，是避免產(chǎn)生溫度裂縫的最佳方案。因此可在混凝土內(nèi)部鋪設(shè)冷卻管，通過循環(huán)冷卻水的方法降低內(nèi)外溫差，見圖4所示。

（4）大體積混凝土澆筑時(shí)可選擇斜分層、分段、分層三種澆筑工藝。在具體施工時(shí)，需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，以最大限度降低水化熱、加快散熱為原則[4]，合理選擇澆筑方案，相關(guān)示意圖見圖5。

（5）大體積混凝土在施工澆筑結(jié)束后，為保持內(nèi)外溫度均衡，控制溫度差，可采用保溫材料減緩表面散熱，以防止內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫;

（6）為減少模板對大體積混凝土澆筑時(shí)的約束力，需保證模板內(nèi)表面光滑，并采用后澆帶減少約束荷載[5]。

4?大體積混凝土承臺(tái)施工技術(shù)要點(diǎn)分析

4.1?材料準(zhǔn)備

（1）水泥材料：為降低混凝土內(nèi)外溫差，需選擇水化熱值較低的普通礦渣硅酸鹽水泥。

（2）粗粒徑骨料：和易性指標(biāo)是決定拌合質(zhì)量的關(guān)鍵，對于大體積混凝土需選用級配好、質(zhì)量優(yōu)、粒徑在5mm-20mm之間、含泥量<1%的碎石骨料[6]。

（3）細(xì)粒徑骨料：為降低拌合時(shí)的用水量，可選用含泥量≤5%，粒徑值>0.6mm的粗砂或中砂進(jìn)行拌合。

（4）粉煤灰：可添加粉煤灰外摻劑以提高混凝土的和易性;

（5）外加劑：外加劑摻量控制在3.8kg/m3以下。通過降低摻量來減少水化熱，避免產(chǎn)生溫度裂縫。

4.2承臺(tái)大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)

（1）混凝土配合比為1：2.41：3.63：0.25： 0.01：0.43;摻加緩凝劑和減水劑保證混凝土材料的初凝時(shí)間在7h以內(nèi)[7]，增加經(jīng)活化處理的粉煤灰材料，以提升混凝土材料的施工和易性和泵送性，借助粉煤灰代替一定量的水泥，起到降低水泥使用量的目的;

（2）大體積混凝土內(nèi)外溫差過大是導(dǎo)致溫度裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵。因此在澆筑時(shí)可采用加冰水、用冷水澆灌砂石、灑水等降低拌合溫度的方法，避免產(chǎn)生溫度裂縫;

（3）為盡可能保證混凝土澆筑時(shí)的內(nèi)外溫度差在較小范圍內(nèi)，可在傍晚進(jìn)行澆筑，并一次性澆筑單一承臺(tái)。

4.3施工段的劃分及澆筑要點(diǎn)

（1）采用斜分層澆筑、分段澆筑、分層澆筑三種方案聯(lián)合澆筑，可最大限度地控制大體積混凝土內(nèi)外的溫度差[8]。此外泵送澆筑時(shí)需采用斜坡混凝土澆筑法施工。

（2）施工澆筑時(shí)可采用7cm直徑的振搗棒插入混凝土內(nèi)部，在10cm深度位置反復(fù)進(jìn)行振搗，以提高水泥和骨料之間的粘合度;

（3）振搗澆筑時(shí)需派遣監(jiān)理人員旁站施工，確保澆筑一次成功，發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)及時(shí)采取對應(yīng)措施處治。

4.4混凝土測溫控制

（1）為保證大體積混凝土內(nèi)外的溫度差維持在合理范圍內(nèi)，可在其內(nèi)部提前布設(shè)降溫冷卻循環(huán)管后再進(jìn)行澆筑[9]，該方法可動(dòng)態(tài)調(diào)整溫度差在科學(xué)范圍內(nèi)。

（2）溫度測定時(shí)間范圍為完工后23d;前3d內(nèi)，測溫頻率為2h/次;3d-9d范圍內(nèi)，測溫頻率為4h/次;9d-15d范圍內(nèi)，測溫頻率為6h/次;16d-20d范圍內(nèi)，測溫頻率為12h/次;21d-23d范圍內(nèi)，測溫頻率為24h/次[10]。本工程中實(shí)際測定的溫度曲線見如圖6。

（3）大體積混凝土的溫度高峰值出現(xiàn)在第七天，最高值為65℃;

（4）表面覆蓋層厚度需要根據(jù)混凝土的監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在夜晚溫度較低時(shí)，需恢復(fù)保溫層，避免熱量散失[11]。在中午溫度較高時(shí)，需減少保溫層厚度，加快散熱能力。

（5）3周后檢測到的外部溫度為14℃，混凝土內(nèi)部中心溫度為38℃，內(nèi)外溫度差值≤25℃，達(dá)到了拆除保溫材料的條件。

5?質(zhì)量控制要求及措施

大體積混凝土全蓄水溫控施工技術(shù)在應(yīng)用過程中，為保障溫控措施實(shí)施到位，需對全蓄水溫控施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查驗(yàn)收，層層把關(guān)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求施工，方能確保工程質(zhì)量。對于溫控措施檢查重點(diǎn)如下：

（1）承臺(tái)大體積混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)：針對承臺(tái)大體積混凝土的特點(diǎn)，確?；炷了療釡厣?、內(nèi)部溫度、內(nèi)表溫差、降溫速率等滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，同時(shí)加強(qiáng)對混凝土溫度變化的監(jiān)測，防止承臺(tái)混凝土出現(xiàn)溫度裂紋[12]。

（2）為了最大限度降低承臺(tái)內(nèi)部混凝土溫度峰值，除了嚴(yán)格控制入模溫度，還在承臺(tái)內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，通水降溫，從原材料供應(yīng)、混凝土工作性能、混凝土強(qiáng)度指標(biāo)以及大體積混凝土溫控等方面進(jìn)行反復(fù)對比、優(yōu)化[13]。冷卻水管采用內(nèi)徑5Omm鋼管，通過控制通水流量，使冷卻水管的進(jìn)出水溫差控制不超過10℃。

（3）外加劑控制：本工程要求粉料、外加劑、水計(jì)量偏差不大于1.0%，粗細(xì)集料計(jì)量偏差不大于1.5%，混凝土拌合物入模溫度不大于26℃。

（4）混凝土澆筑溫度控制：對大體積混凝土進(jìn)行溫度控制時(shí)，入模后30min混凝土的最大溫升應(yīng)小于30℃，且應(yīng)使其內(nèi)部最高溫度不大于75℃、內(nèi)表溫差不大于25℃。在混凝土內(nèi)外溫度差小于要求前，設(shè)專人連續(xù)觀測記錄。

（5）大體積混凝土的澆筑應(yīng)在一天中氣溫較低時(shí)進(jìn)行，入模溫度不低于5℃，不高于26℃。

6?結(jié)論

本文從設(shè)計(jì)、施工因素、裂縫生成機(jī)理等方面，綜合分析了大體積混凝土裂縫形成的主要原因，從分析中可知：溫度是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的內(nèi)在核心因素。因此需優(yōu)先選用水化熱值較低的水泥，施工時(shí)采用冰水拌和法或?yàn)⑺ń档桶韬蠝囟?，并通過科學(xué)設(shè)計(jì)配合比、選擇高質(zhì)量原材料、分段分層澆筑等方法，盡可能降低混凝土內(nèi)外溫差，從各個(gè)環(huán)節(jié)防止產(chǎn)生溫度裂縫。

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Abstract：?As transportation in?frastructure gradually tilts towards the midwest， the proportion of bridge projects in road projects is also increasing. The prevention and treatment of bridge diseases has gradually become a concern. In this paper， the relevant factors that determine the cracks of mass concrete are studied from the aspects of design， construction and mechanism. A variety of control methods are proposed in light of mix ratio design， raw material selection， and cooling measures.

Keywords： Bridge cap; Mass concrete; Temperature control using full storage water; Concrete crack; Construction technology