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【摘 要】桥梁施工过程中经常遇到大体积混凝土施工，笔者针对大体积混凝土特点，结合工程实例，分析施工过程中温度裂缝产生的原因，并提出相应的防治措施，探讨大体积混凝土施工技术。
【关键词】大体积混凝土；温度应力；施工技术 大体积混凝土是指混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。随着我国高速公路的兴建，在桥梁施工过程中经常会遇到大体积砼的浇注。如何确保其施工质量是一个非常重要的问题。笔者就大思高速公路DSTJ-18合同段乌江特大桥主墩承台施工过程中遇到的一些施工技术问题进行探讨。
1.工程概况
大思高速公路DSTJ-18合同段乌江特大桥是杭瑞高速公路上的一座特大型桥梁。主桥采用双幅五跨预应力混凝土连续刚构桥。跨径布置为108+3×200+108m，主桥长816m。
乌江特大桥主桥10#墩承台左、右幅横向连成一体，承台长30m，宽19m，高6m，混凝土方量为3420方，混凝土强度等级为C40。为了保证承台良好的整体性，决定不设施工缝，一次性浇筑完成。
2.大体积混凝土裂缝成因分析
2.1水泥水化热
水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积砼内部热量的主要来源。由于大体积砼截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度升高。砼内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当砼的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比，温差越大，温度应力也越大。当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。
2.2 约束条件
大体积钢筋砼与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于砼的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使砼与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过砼的抗拉强度，砼就会出现垂直裂缝。
2.3外界气温变化
大体积砼在施工期间，外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。砼内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温度三者的叠加。外界温度越高，砼的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层砼与砼内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积砼出现裂缝。因此控制砼表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。
2.4砼的收缩变形
砼的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发是引起砼体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。
3.大体积混凝土的施工技术
从混凝土温度计算得知，在混凝土浇筑后第3天混凝土内部中心最高温度为69.5℃，比当时的室外温度30℃高出39.5℃，超出施工规范规定的25℃。因此，混凝土裂缝的产生是不可避免的。为此，为了避免有害裂缝的出现，在施工中应采取相应的措施，防止大体积混凝土承台因温差过大而产生裂缝。
3.1混凝土质量的控制措施
3.1.1精心设计配合比
混凝土配合比设计既要保证混凝土的强度满足设计要求，又要考虑到大体积混凝土容易产生裂缝的特性，所以在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。本工程经反复试验，最后确定的配合比为：水泥：砂：石：粉煤灰：外加剂：水=309：867：939：132：3.5：153，水灰比为0.5。
3.1.2正确选用水泥
本工程中选用水化热较低的P.O42.5普通硅酸盐水泥。在配合比中注意尽量降低水泥混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高硬化后体积的稳定性。
3.1.3正确选用粗细骨料
在选择粗骨料时，根据现场条件尽量选用粒径较大极配良好的粗骨料，工程中选用了4.75～26.5mm石子，即可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减少混凝土的收缩和泌水现象。
在选择细骨料时，选择平均粒径较大的中砂，从而减少混凝土的干缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝有重要控制作用。
3.1.4合理掺加外加剂
工程中采用了聚羧酸系高性能减水剂，实验检测得减水率为42.5%，相应的也减少了水泥用量，降低了混凝土水化热；并且使混凝土缓凝，保证混凝土初凝时间大于6h，以推迟水泥水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少，可使混凝土抗裂性能提高。
3.2施工过程控制措施
3.2.1降低混凝土的入模温度
入模温度的高低，与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。
选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热阳光太强烈的天气；采用遮阳棚对露天的砂石进行遮盖，并洒水降温；采用温度较低的乌江水进行混凝土拌合；混凝土運输和浇筑过程中均采用遮阳保护和洒水降温，有效地降低了混凝土的入模温度（28℃以下）。
3.2.2科学进行混凝土浇筑施工
大体积混凝土浇筑采用斜面分层，分层振捣的方法，浇筑时混凝土自由流淌而形成斜面，混混凝土振捣时从混凝土层下端开始逐渐上移，严格控制上下层混凝土浇筑间歇时间，要保证上层混凝土在下层混凝土初凝之前浇筑完毕，并在振捣上层混凝土时插入到下层混凝土内5mm～20mm，使上下层混凝土之间更好的结合。
3.2.3浇筑后混凝土养护 混凝土浇筑完成后立即进行保温、保湿养护，顶面先用一层塑料薄膜覆盖，再加盖两层草袋养护，对于结构侧面，在模板外面包裹两层草袋保温，以减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土内外温差。保湿养护的持续时间不得少于14d，应经常检查塑料薄膜的完整情况，保证混凝土表面处于湿润状态。
3.2.4浇筑后混凝土温度控制
采用大体积混凝土“内降外保”的原则来控制混凝土里表温差，使之不高过规范规定的25℃。工程中采用Φ48×2.5的金属管作为冷却水管，共设置5层，每层间距为1m，最低层和最高层冷却管至混凝土底面和顶面的间距都为1m，管平面间距为2m，每层管的1/2长度作为一个独立的通水系统（即共10个进水口、10个出水口）。根据冷却管布置方案，计算4天阶段计算水化热产生的温度、应力以及变形得到10小时后水化热产生的拉应力为0.85Mpa，压应力0.67Mpa且内外温差15度；45小时后水化热产生的拉应力为0.59Mpa，压应力1.13Mpa且内外温差15度；130小时后水化热产生的拉应力为0.6Mpa，压应力1.3Mpa且内外温差15度均满足规范要求，故冷却水管布置方案合理。
冷却管持续通水，控制进出水温差在10℃左右，防止进水温度太低使混凝土内部冷却管周围附近温度骤降，而形成温度应力场，使混凝土开裂。并由监控技术人员通过测温点测量承台内部温度，掌握混凝土内部测点温度，及时调整冷却水流量，严格控制里表温差，并使内部降温以1℃～2℃/天的速度降温，直至内部核心温度（下转第398页）（上接第294页）降至50℃左右方能停止循环水降温。
混凝土表面采用两层草袋进行覆盖保温，保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，方可全部拆除。
4.结语
本工程经各有关单位检查，未发现有害裂缝，混凝土强度、弹性模量等各项指标均合格，取得圆满成功，现总结经验如下：其一，正确分析大体积混凝土裂缝产生的原因，預防为主，制定合理的施工方法，采取得当的技术措施，温度裂缝的产生可以得到有效控制；其二，合理选择混凝土原材料，科学制定配合比，能有效降低混凝土水化热；其三，大体积混凝土采用推移式分层施工，控制上下层混凝土的浇筑间歇时间，能有效降低混凝土内部温升；其四，采用“内降外保”的温控措施（混凝土内部用冷却水冷却，外表面用保温材料覆盖保温），能有效降低大体积混凝土的里表温差。
【参考文献】
[1]周水兴，何北益，邹毅松编著.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001，5.
[2]江正荣主编.建筑施工计算手册.北京：中国建筑出版社，2001，7.
【关键词】大体积混凝土；温度应力；施工技术 大体积混凝土是指混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。随着我国高速公路的兴建，在桥梁施工过程中经常会遇到大体积砼的浇注。如何确保其施工质量是一个非常重要的问题。笔者就大思高速公路DSTJ-18合同段乌江特大桥主墩承台施工过程中遇到的一些施工技术问题进行探讨。
1.工程概况
大思高速公路DSTJ-18合同段乌江特大桥是杭瑞高速公路上的一座特大型桥梁。主桥采用双幅五跨预应力混凝土连续刚构桥。跨径布置为108+3×200+108m，主桥长816m。
乌江特大桥主桥10#墩承台左、右幅横向连成一体，承台长30m，宽19m，高6m，混凝土方量为3420方，混凝土强度等级为C40。为了保证承台良好的整体性，决定不设施工缝，一次性浇筑完成。
2.大体积混凝土裂缝成因分析
2.1水泥水化热
水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积砼内部热量的主要来源。由于大体积砼截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度升高。砼内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当砼的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比，温差越大，温度应力也越大。当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。
2.2 约束条件
大体积钢筋砼与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于砼的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使砼与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过砼的抗拉强度，砼就会出现垂直裂缝。
2.3外界气温变化
大体积砼在施工期间，外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。砼内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温度三者的叠加。外界温度越高，砼的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层砼与砼内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积砼出现裂缝。因此控制砼表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。
2.4砼的收缩变形
砼的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发是引起砼体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。
3.大体积混凝土的施工技术
从混凝土温度计算得知，在混凝土浇筑后第3天混凝土内部中心最高温度为69.5℃，比当时的室外温度30℃高出39.5℃，超出施工规范规定的25℃。因此，混凝土裂缝的产生是不可避免的。为此，为了避免有害裂缝的出现，在施工中应采取相应的措施，防止大体积混凝土承台因温差过大而产生裂缝。
3.1混凝土质量的控制措施
3.1.1精心设计配合比
混凝土配合比设计既要保证混凝土的强度满足设计要求，又要考虑到大体积混凝土容易产生裂缝的特性，所以在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。本工程经反复试验，最后确定的配合比为：水泥：砂：石：粉煤灰：外加剂：水=309：867：939：132：3.5：153，水灰比为0.5。
3.1.2正确选用水泥
本工程中选用水化热较低的P.O42.5普通硅酸盐水泥。在配合比中注意尽量降低水泥混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高硬化后体积的稳定性。
3.1.3正确选用粗细骨料
在选择粗骨料时，根据现场条件尽量选用粒径较大极配良好的粗骨料，工程中选用了4.75～26.5mm石子，即可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减少混凝土的收缩和泌水现象。
在选择细骨料时，选择平均粒径较大的中砂，从而减少混凝土的干缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝有重要控制作用。
3.1.4合理掺加外加剂
工程中采用了聚羧酸系高性能减水剂，实验检测得减水率为42.5%，相应的也减少了水泥用量，降低了混凝土水化热；并且使混凝土缓凝，保证混凝土初凝时间大于6h，以推迟水泥水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少，可使混凝土抗裂性能提高。
3.2施工过程控制措施
3.2.1降低混凝土的入模温度
入模温度的高低，与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。
选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热阳光太强烈的天气；采用遮阳棚对露天的砂石进行遮盖，并洒水降温；采用温度较低的乌江水进行混凝土拌合；混凝土運输和浇筑过程中均采用遮阳保护和洒水降温，有效地降低了混凝土的入模温度（28℃以下）。
3.2.2科学进行混凝土浇筑施工
大体积混凝土浇筑采用斜面分层，分层振捣的方法，浇筑时混凝土自由流淌而形成斜面，混混凝土振捣时从混凝土层下端开始逐渐上移，严格控制上下层混凝土浇筑间歇时间，要保证上层混凝土在下层混凝土初凝之前浇筑完毕，并在振捣上层混凝土时插入到下层混凝土内5mm～20mm，使上下层混凝土之间更好的结合。
3.2.3浇筑后混凝土养护 混凝土浇筑完成后立即进行保温、保湿养护，顶面先用一层塑料薄膜覆盖，再加盖两层草袋养护，对于结构侧面，在模板外面包裹两层草袋保温，以减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土内外温差。保湿养护的持续时间不得少于14d，应经常检查塑料薄膜的完整情况，保证混凝土表面处于湿润状态。
3.2.4浇筑后混凝土温度控制
采用大体积混凝土“内降外保”的原则来控制混凝土里表温差，使之不高过规范规定的25℃。工程中采用Φ48×2.5的金属管作为冷却水管，共设置5层，每层间距为1m，最低层和最高层冷却管至混凝土底面和顶面的间距都为1m，管平面间距为2m，每层管的1/2长度作为一个独立的通水系统（即共10个进水口、10个出水口）。根据冷却管布置方案，计算4天阶段计算水化热产生的温度、应力以及变形得到10小时后水化热产生的拉应力为0.85Mpa，压应力0.67Mpa且内外温差15度；45小时后水化热产生的拉应力为0.59Mpa，压应力1.13Mpa且内外温差15度；130小时后水化热产生的拉应力为0.6Mpa，压应力1.3Mpa且内外温差15度均满足规范要求，故冷却水管布置方案合理。
冷却管持续通水，控制进出水温差在10℃左右，防止进水温度太低使混凝土内部冷却管周围附近温度骤降，而形成温度应力场，使混凝土开裂。并由监控技术人员通过测温点测量承台内部温度，掌握混凝土内部测点温度，及时调整冷却水流量，严格控制里表温差，并使内部降温以1℃～2℃/天的速度降温，直至内部核心温度（下转第398页）（上接第294页）降至50℃左右方能停止循环水降温。
混凝土表面采用两层草袋进行覆盖保温，保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，方可全部拆除。
4.结语
本工程经各有关单位检查，未发现有害裂缝，混凝土强度、弹性模量等各项指标均合格，取得圆满成功，现总结经验如下：其一，正确分析大体积混凝土裂缝产生的原因，預防为主，制定合理的施工方法，采取得当的技术措施，温度裂缝的产生可以得到有效控制；其二，合理选择混凝土原材料，科学制定配合比，能有效降低混凝土水化热；其三，大体积混凝土采用推移式分层施工，控制上下层混凝土的浇筑间歇时间，能有效降低混凝土内部温升；其四，采用“内降外保”的温控措施（混凝土内部用冷却水冷却，外表面用保温材料覆盖保温），能有效降低大体积混凝土的里表温差。
【参考文献】
[1]周水兴，何北益，邹毅松编著.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001，5.
[2]江正荣主编.建筑施工计算手册.北京：中国建筑出版社，2001，7.