陳星安

【摘 要】橋梁施工過程中經常遇到大體積混凝土施工，筆者針對大體積混凝土特點，結合工程實例，分析施工過程中溫度裂縫產生的原因，并提出相應的防治措施，探討大體積混凝土施工技術。

【關鍵詞】大體積混凝土；溫度應力；施工技術 大體積混凝土是指混凝土結構實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。隨著我國高速公路的興建，在橋梁施工過程中經常會遇到大體積砼的澆注。如何確保其施工質量是一個非常重要的問題。筆者就大思高速公路DSTJ-18合同段烏江特大橋主墩承臺施工過程中遇到的一些施工技術問題進行探討。

1.工程概況

大思高速公路DSTJ-18合同段烏江特大橋是杭瑞高速公路上的一座特大型橋梁。主橋采用雙幅五跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋。跨徑布置為108+3×200+108m，主橋長816m。

烏江特大橋主橋10#墩承臺左、右幅橫向連成一體，承臺長30m，寬19m，高6m，混凝土方量為3420方，混凝土強度等級為C40。為了保證承臺良好的整體性，決定不設施工縫，一次性澆筑完成。

2.大體積混凝土裂縫成因分析

2.1水泥水化熱

水泥在水化過程中要產生大量的熱量，是大體積砼內部熱量的主要來源。由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散失，使砼內部的溫度升高。砼內部的最高溫度，大多發(fā)生在澆筑后的3～5d，當砼的內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成比，溫差越大，溫度應力也越大。當砼的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產生裂縫的主要原因。

2.2 約束條件

大體積鋼筋砼與地基澆筑在一起，當早期溫度上升時產生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應力。由于砼的彈性模量小，徐變和應力松弛度大，使砼與地基連接不牢固，因而壓應力較小。但當溫度下降時，產生較大的拉應力，若超過砼的抗拉強度，砼就會出現垂直裂縫。

2.3外界氣溫變化

大體積砼在施工期間，外界氣溫的變化對大體積砼的開裂有重大影響。砼內部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和砼的散熱溫度三者的疊加。外界溫度越高，砼的澆筑溫度也越高。外界溫度下降，尤其是驟降，大大增加外層砼與砼內部的溫度梯度，產生溫差應力，造成大體積砼出現裂縫。因此控制砼表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環(huán)。

2.4砼的收縮變形

砼的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸發(fā)。砼中多余水分的蒸發(fā)是引起砼體積收縮的主要原因之一。這種收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產生收縮應力而出現裂縫。

3.大體積混凝土的施工技術

從混凝土溫度計算得知，在混凝土澆筑后第3天混凝土內部中心最高溫度為69.5℃，比當時的室外溫度30℃高出39.5℃，超出施工規(guī)范規(guī)定的25℃。因此，混凝土裂縫的產生是不可避免的。為此，為了避免有害裂縫的出現，在施工中應采取相應的措施，防止大體積混凝土承臺因溫差過大而產生裂縫。

3.1混凝土質量的控制措施

3.1.1精心設計配合比

混凝土配合比設計既要保證混凝土的強度滿足設計要求，又要考慮到大體積混凝土容易產生裂縫的特性，所以在保證混凝土具有良好工作性能的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）”的設計準則，生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。本工程經反復試驗，最后確定的配合比為：水泥：砂：石：粉煤灰：外加劑：水=309：867：939：132：3.5：153，水灰比為0.5。

3.1.2正確選用水泥

本工程中選用水化熱較低的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。在配合比中注意盡量降低水泥混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高硬化后體積的穩(wěn)定性。

3.1.3正確選用粗細骨料

在選擇粗骨料時，根據現場條件盡量選用粒徑較大極配良好的粗骨料，工程中選用了4.75～26.5mm石子，即可以減少用水量，也可以相應減少水泥用量，還可以減少混凝土的收縮和泌水現象。

在選擇細骨料時，選擇平均粒徑較大的中砂，從而減少混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫有重要控制作用。

3.1.4合理摻加外加劑

工程中采用了聚羧酸系高性能減水劑，實驗檢測得減水率為42.5%，相應的也減少了水泥用量，降低了混凝土水化熱；并且使混凝土緩凝，保證混凝土初凝時間大于6h，以推遲水泥水化熱峰值的出現，使混凝土表面溫度梯度減少，可使混凝土抗裂性能提高。

3.2施工過程控制措施

3.2.1降低混凝土的入模溫度

入模溫度的高低，與出機溫度密切相關，另外還與運輸工具、運距、轉運次數、施工氣候等有關。

選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱陽光太強烈的天氣；采用遮陽棚對露天的砂石進行遮蓋，并灑水降溫；采用溫度較低的烏江水進行混凝土拌合；混凝土運輸和澆筑過程中均采用遮陽保護和灑水降溫，有效地降低了混凝土的入模溫度（28℃以下）。

3.2.2科學進行混凝土澆筑施工

大體積混凝土澆筑采用斜面分層，分層振搗的方法，澆筑時混凝土自由流淌而形成斜面，混混凝土振搗時從混凝土層下端開始逐漸上移，嚴格控制上下層混凝土澆筑間歇時間，要保證上層混凝土在下層混凝土初凝之前澆筑完畢，并在振搗上層混凝土時插入到下層混凝土內5mm～20mm，使上下層混凝土之間更好的結合。

3.2.3澆筑后混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑完成后立即進行保溫、保濕養(yǎng)護，頂面先用一層塑料薄膜覆蓋，再加蓋兩層草袋養(yǎng)護，對于結構側面，在模板外面包裹兩層草袋保溫，以減少混凝土表面的熱擴散，減少混凝土內外溫差。保濕養(yǎng)護的持續(xù)時間不得少于14d，應經常檢查塑料薄膜的完整情況，保證混凝土表面處于濕潤狀態(tài)。

3.2.4澆筑后混凝土溫度控制

采用大體積混凝土“內降外?！钡脑瓌t來控制混凝土里表溫差，使之不高過規(guī)范規(guī)定的25℃。工程中采用Φ48×2.5的金屬管作為冷卻水管，共設置5層，每層間距為1m，最低層和最高層冷卻管至混凝土底面和頂面的間距都為1m，管平面間距為2m，每層管的1/2長度作為一個獨立的通水系統(tǒng)（即共10個進水口、10個出水口）。根據冷卻管布置方案，計算4天階段計算水化熱產生的溫度、應力以及變形得到10小時后水化熱產生的拉應力為0.85Mpa，壓應力0.67Mpa且內外溫差15度；45小時后水化熱產生的拉應力為0.59Mpa，壓應力1.13Mpa且內外溫差15度；130小時后水化熱產生的拉應力為0.6Mpa，壓應力1.3Mpa且內外溫差15度均滿足規(guī)范要求，故冷卻水管布置方案合理。

冷卻管持續(xù)通水，控制進出水溫差在10℃左右，防止進水溫度太低使混凝土內部冷卻管周圍附近溫度驟降，而形成溫度應力場，使混凝土開裂。并由監(jiān)控技術人員通過測溫點測量承臺內部溫度，掌握混凝土內部測點溫度，及時調整冷卻水流量，嚴格控制里表溫差，并使內部降溫以1℃～2℃/天的速度降溫，直至內部核心溫度（下轉第398頁）（上接第294頁）降至50℃左右方能停止循環(huán)水降溫。

混凝土表面采用兩層草袋進行覆蓋保溫，保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行，當混凝土的表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20℃時，方可全部拆除。

4.結語

本工程經各有關單位檢查，未發(fā)現有害裂縫，混凝土強度、彈性模量等各項指標均合格，取得圓滿成功，現總結經驗如下：其一，正確分析大體積混凝土裂縫產生的原因，預防為主，制定合理的施工方法，采取得當的技術措施，溫度裂縫的產生可以得到有效控制；其二，合理選擇混凝土原材料，科學制定配合比，能有效降低混凝土水化熱；其三，大體積混凝土采用推移式分層施工，控制上下層混凝土的澆筑間歇時間，能有效降低混凝土內部溫升；其四，采用“內降外?！钡臏乜卮胧ɑ炷羶炔坑美鋮s水冷卻，外表面用保溫材料覆蓋保溫），能有效降低大體積混凝土的里表溫差。

【參考文獻】

[1]周水興，何北益，鄒毅松編著.路橋施工計算手冊.北京：人民交通出版社，2001，5.

[2]江正榮主編.建筑施工計算手冊.北京：中國建筑出版社，2001，7.