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運用

李聰　戴洲游

摘要：??隨著我國交通基建逐步向中西部地區傾斜，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人員所關注的問題。本文從導致裂縫的設計、施工原因，裂縫形成機理等方面，研究了決定大體積混凝土裂縫產生的相關因素，并從配合比設計、原材料選擇、冷卻措施等方面提出了多種控制方法。

關鍵詞： 橋梁承臺;大體積混凝土;全蓄水溫控;混凝土裂縫;施工技術

中圖分類號：U445.57???????????????????????????????文獻標識碼：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計與研究;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注。通過對橋梁病害的大規模統計分析發現，溫度裂縫已經成為大體積混凝土結構澆筑的常見病害。該裂縫將對橋梁的強度、剛度、承載力等關鍵技術指標產生較大影響，必須及時防治。

1 工程概況

某橋梁工程為預應力混凝土變截面懸澆連續剛構橋，其承臺為整體式鉆孔灌注嵌巖樁承臺，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[1]，見圖1：

2大體積混凝土裂縫形成主要原因

2.1設計方面原因

（1）隨著車輛荷載和交通荷載的不斷增加，現行橋梁設計標準對大體積混凝土的要求越來越高，特別是對設計承載力的要求大大提高，因此需采用高強混凝土。

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

2.2施工方面原因

（1）施工流程不科學、現場管理混亂、混凝土模板使用不規范等原因導致混凝土出現裂縫。

（2）大體積混凝土在澆筑時一般都在其內部布設鋼筋，施工時極易因為配筋銹蝕變形產生結構性裂縫。

2.3大體積混凝土溫度裂縫形成機理

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

（1）水化熱過大會導致混凝土內外溫差過大而產生應力集中，超過一定限度就可能產生溫度裂縫。如圖2、3所示。

（2）從圖3數據圖分析可知，在最高溫度條件下，溫度應力和容許抗拉強度初期反應較為敏感，而到后期其變化趨勢較為平緩。

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

3大體積混凝土裂縫控制關鍵措施

（1）施工材料是決定大體積混凝土質量的基礎，應優先選用水化熱值較低的水泥，以盡可能減少施工時混凝土內外的溫差[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生的關鍵因素，應采用灑水法冷卻大體積混凝土的骨料，以達到嚴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）降低混凝土內外溫差，是避免產生溫度裂縫的最佳方案。因此可在混凝土內部鋪設冷卻管，通過循環冷卻水的方法降低內外溫差，見圖4所示。

（4）大體積混凝土澆筑時可選擇斜分層、分段、分層三種澆筑工藝。在具體施工時，需根據現場實際情況，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，相關示意圖見圖5。

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

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

4?大體積混凝土承臺施工技術要點分析

4.1?材料準備

（1）水泥材料：為降低混凝土內外溫差，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：和易性指標是決定拌合質量的關鍵，對于大體積混凝土需選用級配好、質量優、粒徑在5mm-20mm之間、含泥量<1%的碎石骨料[6]。

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

（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，避免產生溫度裂縫。

4.2承臺大體積混凝土的配合比設計

（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間在7h以內[7]，增加經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）大體積混凝土內外溫差過大是導致溫度裂縫產生的關鍵。因此在澆筑時可采用加冰水、用冷水澆灌砂石、灑水等降低拌合溫度的方法，避免產生溫度裂縫;

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

4.3施工段的劃分及澆筑要點

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

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

（3）振搗澆筑時需派遣監理人員旁站施工，確保澆筑一次成功，發現失穩及時采取對應措施處治。

4.4混凝土測溫控制

（1）為保證大體積混凝土內外的溫度差維持在合理范圍內，可在其內部提前布設降溫冷卻循環管后再進行澆筑[9]，該方法可動態調整溫度差在科學范圍內。

（2）溫度測定時間范圍為完工后23d;前3d內，測溫頻率為2h/次;3d-9d范圍內，測溫頻率為4h/次;9d-15d范圍內，測溫頻率為6h/次;16d-20d范圍內，測溫頻率為12h/次;21d-23d范圍內，測溫頻率為24h/次[10]。本工程中實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在第七天，最高值為65℃;

（4）表面覆蓋層厚度需要根據混凝土的監測溫度數據進行動態調整。在夜晚溫度較低時，需恢復保溫層，避免熱量散失[11]。在中午溫度較高時，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℃，混凝土內部中心溫度為38℃，內外溫度差值≤25℃，達到了拆除保溫材料的條件。

5?質量控制要求及措施

大體積混凝土全蓄水溫控施工技術在應用過程中，為保障溫控措施實施到位，需對全蓄水溫控施工的各個環節進行檢查驗收，層層把關，嚴格按照設計及規范要求施工，方能確保工程質量。對于溫控措施檢查重點如下：

（1）承臺大體積混凝土溫度控制標準：針對承臺大體積混凝土的特點，確保混凝土水化熱溫升、內部溫度、內表溫差、降溫速率等滿足規范和設計要求，同時加強對混凝土溫度變化的監測，防止承臺混凝土出現溫度裂紋[12]。

（2）為了最大限度降低承臺內部混凝土溫度峰值，除了嚴格控制入模溫度，還在承臺內部埋設冷卻水管，通水降溫，從原材料供應、混凝土工作性能、混凝土強度指標以及大體積混凝土溫控等方面進行反復對比、優化[13]。冷卻水管采用內徑5Omm鋼管，通過控制通水流量，使冷卻水管的進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、水計量偏差不大于1.0%，粗細集料計量偏差不大于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：對大體積混凝土進行溫度控制時，入模后30min混凝土的最大溫升應小于30℃，且應使其內部最高溫度不大于75℃、內表溫差不大于25℃。在混凝土內外溫度差小于要求前，設專人連續觀測記錄。

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

6?結論

本文從設計、施工因素、裂縫生成機理等方面，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：溫度是導致裂縫產生的內在核心因素。因此需優先選用水化熱值較低的水泥，施工時采用冰水拌和法或灑水法降低拌合溫度，并通過科學設計配合比、選擇高質量原材料、分段分層澆筑等方法，盡可能降低混凝土內外溫差，從各個環節防止產生溫度裂縫。

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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