PPP路橋項(xiàng)目施工中大體積混凝土溫度裂縫防治技術(shù)研究

徐 偉

（武漢江夏路橋工程總公司，湖北 武漢 430207）

0 前言

隨著公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展以及政府財(cái)政壓力的不斷增加，公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正逐步向私人企業(yè)參與的多元化融資管理模式轉(zhuǎn)變。國家財(cái)政部指出政府和社會資本合作（Public-Private-Partnership，以下簡稱“PPP”）模式是貫徹“大幅度減少政府對資源的直接配置”要求的體制變革。交通領(lǐng)域作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，正處于關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期。

隨著不斷深化的管理制度改革和財(cái)政體制變革，尤其是政府還貸二級公路取消，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)籌融資面臨很大困難。2013 年，黨的十八屆三中全會《決定》提出，“允許社會資本通過特許經(jīng)營等方式參與城市基礎(chǔ)設(shè)施投資和運(yùn)營”，打開了發(fā)展PPP 的新局面。2014 年11 月，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域投融資機(jī)制鼓勵社會投資的指導(dǎo)意見》，讓社會資本全面了解PPP 的參與方式、運(yùn)營方式、盈利模式和投資回報(bào)等相關(guān)政策。PPP 項(xiàng)目稅收支持策略也逐漸得到了發(fā)展[1]。

2014 年12 月，財(cái)政部首批公布了30 個PPP 示范項(xiàng)目，總投資約1 800 億元人民幣，拉開了PPP 發(fā)展的大幕。2015 年3 月，交通運(yùn)輸部印發(fā)了《交通基礎(chǔ)設(shè)施政府與社會資本合作等模式試點(diǎn)方案》，對國道公路項(xiàng)目中政府與社會資本的運(yùn)作方式、融資與建設(shè)、經(jīng)營與監(jiān)管、政策與支持等做了明確的指引。在國家財(cái)政頂層力推PPP 模式的同時(shí)，交通部門針對交通領(lǐng)域開展PPP 模式研究，將進(jìn)一步開拓交通設(shè)施建設(shè)融資渠道。

在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過程中通過PPP 模式能夠有效緩解政府出資的壓力。通過對PPP 項(xiàng)目全生命周期現(xiàn)金流規(guī)律分析，找出有效現(xiàn)金流[2]，將有助于化解地方政府債務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，減輕財(cái)政壓力。J 國道是J 區(qū)重要的對外聯(lián)系道路，關(guān)系到該地區(qū)對外經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與區(qū)域脫貧致富。但是，由于長期的超負(fù)荷利用和缺乏全面的維護(hù)，J 國道J 區(qū)段已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的損壞，進(jìn)行道路改造迫在眉睫。

1 J國道改造工程與大體積混凝土溫度裂縫主要成因

1.1 J國道改造工程項(xiàng)目

J 國道是國家公路網(wǎng)中的南北大通道之一，是進(jìn)出武漢南大門的重要通道，J 國道J 區(qū)段道路全長45.2 km。根據(jù)J 區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，以新南環(huán)為界，北部為城市發(fā)展區(qū)，南部為都市農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)。規(guī)劃定位的不同使該項(xiàng)目對應(yīng)路段的功能存在差異。參考交通量預(yù)測結(jié)果，該項(xiàng)目擬采用一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，兼顧城市主干道功能，設(shè)計(jì)速度60 km/h。其中龔家鋪至新南環(huán)公路段主要承擔(dān)著過境交通和鄭店綜合物流園等區(qū)間內(nèi)交通的需求。新南環(huán)至賀站段主要承擔(dān)著過境交通的需求，擬采用32 m 雙向六車道。

1.2 J國道改造工程大體積混凝土溫度裂縫主要成因

1.2.1 水泥水化熱對溫度裂縫影響的技術(shù)分析

在水泥與水的融合過程中會釋放出一定的熱量，而對于大體積的混凝土來說，由于其體系厚實(shí)，其內(nèi)部形成的水化熱往往不容易散去而積聚在混凝土構(gòu)件的內(nèi)部；這種內(nèi)部熱量會引起混凝土的不均勻收縮，而當(dāng)這種收縮遇到約束時(shí)，就產(chǎn)生了混凝土裂縫[3-4]。由水泥遇水引起的熱量狀況與水泥的使用量和水泥的型號有關(guān)，并與混凝土的年齡呈正相關(guān)?；炷恋慕^對升溫與時(shí)間的關(guān)系如下：式中：T（t）代表的是t時(shí)期的混凝土絕對升溫?cái)?shù)值，單位為 ℃；而Th則是代表混凝土的最后升溫?cái)?shù)值。t代表時(shí)間，以d 為單位。m代表水泥品種所釋放的熱量系數(shù)，該系數(shù)值在（0.3d，0.5d）-1。

1.2.2 外界氣溫和澆筑溫度對溫度裂縫影響的技術(shù)分析

由溫度的原因引起的混凝土裂縫是受到混凝土的內(nèi)外部不同的溫度差（ΔT）而引起的，而這種內(nèi)外溫差是由T（t）、混凝土的澆筑溫度Tj、外界大氣溫度Ta（t）以及混凝土自身所具有的降溫能力Ts（t）共同組成的。

在大體積混凝土中內(nèi)部形成的熱量會通過物理的熱傳導(dǎo)方式將熱量輸送到構(gòu)件的表面，并進(jìn)一步由此以對流交換的方式將熱量向外界散發(fā)出去，具體的計(jì)算公式如下：

式中：Q代表對流交換系數(shù)；F代表外界空氣與混凝土的接觸面積；Tb（t）代表混凝土的外表面溫度；t代表時(shí)間，a代表常數(shù)。

2 J國道改造工程大體積混凝土水泥水化放熱規(guī)律的試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)用原材料

在該文的研究中，使用的原材料包括水泥、砂、粉煤灰、減水劑、膨脹劑。

2.2 水化熱測試方法

在該文的試驗(yàn)研究中進(jìn)行的水泥水化熱試驗(yàn)是根據(jù)《水泥水化熱試驗(yàn)方法（直接法）》（GB 2002—80）來進(jìn)行的。對測試的結(jié)果做出如下的記錄：在升溫過程中每小時(shí)記錄一次溫度變化；而溫度下降過程中則是每2 h 記錄一次；當(dāng)出現(xiàn)持續(xù)的溫度下降或者是溫度變化較為緩慢時(shí)則采用4 h 或8 h 記錄一次；該研究的測試精度設(shè)置為0.1 ℃。

2.3 試驗(yàn)研究小結(jié)

通過該文的試驗(yàn)研究可以得出以下具體的結(jié)論：當(dāng)大體積混凝土的澆筑溫度升高時(shí)，水泥的水化速度加快[5]。單獨(dú)加入粉煤灰后水泥水化放熱的最高峰值出現(xiàn)了下降，并且出現(xiàn)的峰值時(shí)間也會相應(yīng)的往后延遲；當(dāng)摻入的粉煤灰含量不斷增加時(shí)，最高峰值會進(jìn)一步下降，而峰值出現(xiàn)的時(shí)間也會進(jìn)一步延后。單獨(dú)加入粉煤灰可以降低水化溫升與溫降的速度，從而降低混凝土構(gòu)件內(nèi)外溫差的變化速度，使混凝土的溫度梯度平緩，這也使溫度裂縫發(fā)生的概率降低。

3 J國道改造工程大體積混凝土溫度裂縫防治技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 通過混凝土配合比設(shè)計(jì)降低水化放熱速率

學(xué)者焦彬如等提出了簡便易行和實(shí)用經(jīng)濟(jì)的裂縫控制新技術(shù)措施，結(jié)合對其研究成果的分析與筆者的工作實(shí)踐[6]，筆者提出在該工程項(xiàng)目中混凝土的具體配比可以參考如下3 個標(biāo)準(zhǔn)。1）采用具有較低水化放熱性能的礦渣酸鹽水泥，其比表面積的要小于350 m2/kg，整體的含堿量要小于6%。2）在項(xiàng)目中選用的粗骨料為大小在5 mm～40 mm 的連續(xù)級配石子，這些石頭的含泥量不能大于1%；選用的細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)應(yīng)當(dāng)高于2.3；加入骨料可以減少混凝土制作過程中對水泥以及水的用量，從而減少水化放熱和混凝土的收縮。3）在混凝土中加入II 級磨細(xì)粉煤灰以及減水劑和膨脹劑，以改善混凝土的性能。

3.2 結(jié)合環(huán)境條件進(jìn)行針對性的溫度應(yīng)力控制

該項(xiàng)目大體積混凝土的澆筑工期設(shè)計(jì)在7 月～8 月進(jìn)行，這一時(shí)期的大氣溫度較高，取平均溫度Tq為35 ℃?；炷恋陌韬蠝囟萒c見表1。

表1 混凝土的拌合溫度

因?yàn)榛炷潦窃诼短斓沫h(huán)境下攪拌的，所以其輸出時(shí)的溫度也就等于拌合溫度，即TI=Tc=35 ℃；混凝土的澆筑溫度Tj=31.3 ℃；混凝土7 d 內(nèi)的絕熱溫升T7為44.8 ℃；在混凝土澆筑后該項(xiàng)目采用的是毛氈+塑料薄膜的混合保溫措施，保溫層的厚度為2 cm。

3.3 動態(tài)監(jiān)測混凝土水化熱溫升、溫降過程

根據(jù)具體的工程施工要求，對底板大體積混凝土的溫度變化進(jìn)行測量。測試的頻率設(shè)計(jì)為：在混凝土澆筑的前7 d 時(shí)間內(nèi)每小時(shí)測量一次，7 d 以后按照6 h 每測一次的頻率進(jìn)行測量。在本次測試過程中選用的測試儀器是自動測溫儀，其在25 ℃的外界溫度下誤差控制在0.3 ℃以內(nèi)，采用的是PT100 傳感器，測試的溫度為-30 ℃～150 ℃。