某大橋承臺大體積混凝土溫度應力與防裂

摘 要：橋梁承臺大體積混凝土結構在施工中容易出現裂縫的溫度裂縫問題。本文針對在建的橋梁項目，對混凝土內部溫度應力情況的進行了分析，通過采取溫控措施，確定合理的配合比以降低水泥水化熱，加冷卻循環水管等措施，來降低混凝土的內部溫升，減少表層與中心溫差，從而盡可能的避免在混凝土表面和內部產生溫度裂縫。

關鍵詞：大橋承臺；大體積混凝土；溫度應力；防裂措施

1、引言

隨著我國城市化的高速發展，基礎設施建設規模不斷擴大，即基礎建設正在向大體量和復雜結構的方向發展。特別是近年來我國在交通基礎設施的快速發展，大型的筏板基礎、承臺基礎以及水利設施等都采用大體積混凝土建造。如果大體積混凝土施工不當，將會引起混凝土內部水化熱過大，導致混凝土在溫度應力的作用下開裂，因而大體積混凝土早期溫度應力裂縫的預防和控制已成為人們極為關注的工程問題之一。

本文結合筆者所在的大橋項目，對混凝土內部溫度變化情況的進行了分析，通過采取一系列措施來降低混凝土的內部溫升，從而盡可能地避免在混凝土表面和內部產生溫度裂縫。

2、工程概況

本工程位于河南省南陽市白河下游。橋梁墩臺主要結構形式有1220×320×200cm、1980×220×200cm，澆注混凝土體積分別為78.08m3、87.12m3，均屬大體積混凝土。混凝土的設計強度等級為C30，水泥采用P.O42.5水泥，摻料為I級粉煤灰(FA)，砂為中砂，碎石采用5-25mm。借鑒已有工程[1]的施工經驗，墩臺采用一次澆筑。為防止溫度裂縫的產生，施工中需采用嚴格的降溫和控溫措施。

3 、溫度及應力分析

3.1混凝土配合比

針對水泥用量多水化熱大這一問題，在保證強度的前提下，盡量減少水泥用量，增加FA和外加劑的摻量，控制粗骨料粒徑及骨料含泥量。設計出的混凝土配合比見表1。

表1 大橋承臺混凝土配合比kg/m3

水泥FA碎石砂水外加劑

16020010507801804.26

3.2 混凝土內部理想溫升值

在理想的絕熱條件下，水泥水化反應產生的水化熱將全部使得混凝土內部溫度升高。混凝土的絕熱溫升值[2]按公式1計算：

（1）可知，水泥最終水化熱Q=335kJ/kg，單位體積砼水泥用量W水泥=160kg/m3，單位體積砼摻料用量F摻料=200kg/m3，粉煤灰摻料水化熱折減系數k=0.25，混凝土比熱取c=0.96 kJ(kg℃)，混凝土密度取ρ=2400kg/m3，代入公式可算得Tmax=30.5℃，假定入模溫度同環境溫度，則混凝土內外溫差超過規范規定25℃，因此必須采取適當的降溫措施來避免溫度裂縫的出現。

3.3 混凝土的溫度應力

大體積混凝土中由于平均降溫差和收縮差引起過大的收縮應力過大會造成溫度裂縫的產生，嚴重時會產生貫穿性裂縫，危機到結構安全。混凝土內外約束引起的溫度應力，一般可用“王鐵夢法”[3]的簡化公式2來計算出約束應力。

(2)

式中：E—混凝土的彈性模量（N/mm2）；

α—混凝土線膨脹系數，取1.0×10-5；

T—混凝土的最大綜合溫差（℃）；

S—考慮徐變影響的松弛系數，取0.3；

ν—混凝土的泊松比，取0.15；

β—約束狀態影響系數；

l—基礎的長度。

根據混凝土的配合比和現場澆注溫度，計算綜合溫差為46.5℃。由公式（2）可算出約束應力為0.926MPa，根據規范[4]C30的ft=1.39MPa， 1.39/0.926=1.50>1.15，滿足規范要求，說明溫變和收縮引起的溫度應力不至于引起貫穿裂縫，采用一次澆筑在技術上是可行的。

4、防裂措施[5]

承臺大體積混凝土防裂措施可以歸納為：

（1）優化配合比和合理選用原材料，并摻加高效外加劑和摻料，以減少水和水泥的用量。如采用“超量取代法”進行配合比設計的混凝土中，一部分粉煤灰取代了等體積的水泥，超量部分粉煤灰則取代了等體積的砂子，是一種既能保持混凝土強度及和易性，又能節約水泥用量的混凝土配合比設計方法。按需要選用低水化熱水泥(如礦渣硅酸鹽水泥)。

（2）可在混凝土內部合理的布置并預埋冷卻水管，通過冷卻水的循環流動，對混凝土內部的溫度進行主動降溫，冷卻水與混凝土之間的溫差不應超過20℃。

（3）降低混凝土的入模溫度。因工程施工臨近夏季，盡量避免在高溫天氣的外界環境下施工，在施工過程中還應采取淋水、遮陽等措施對混凝土的原材料溫度進行控制，降低混凝土的入模溫度。

（4）混凝土保溫措施一般采用“內散外蓄”的保溫措施，承臺表面在混凝土終凝后覆蓋一層薄膜保濕，上覆兩層麻袋保溫。

（5）承臺的配筋除應滿足承載力及構造要求外，還應結合大體積混凝土的施工方法增配承受因水泥水化熱引起的溫度應力及控制溫度裂縫開展的鋼筋，以構造鋼筋控制裂縫。

5 結語

雖然大體積混凝土結構的溫度裂縫現象比較普遍，只要通過采取溫控措施，確定合理的配合比以降低水泥水化熱，加冷卻循環水管等措施，來降低混凝土的內部溫升，減少表層與中心溫差，從而盡可能地避免在混凝土表面和內部產生溫度裂縫，可以有效地提高工程建設質量。

參考文獻：

[1] 顧海歡等．上海閔浦大橋承臺大體積混凝土施工技術[J]．建筑施工．2009.12

[2] 朱伯芳．大體積混凝土溫度應力與溫度控制[M]．北京：中國水利水電出版社，1998．

[3] 王鐵夢．工程結構裂縫控制[M]．北京：中國建筑工業出版社.1997

[4] 公路鋼筋混凝土級預應力混凝土橋涵設計規范（JTGD62-2004）[S] 北京：中國建筑工業出版社.2004

[5] 龔召熊．水工混凝土的溫控與防裂[M].北京：中國水利水電出版社，1999