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佛山市路桥建设有限公司 528000
摘要：通过总结承台大体积砼施工过程中的经验及专家意见，阐述了工程中大体积混凝土温度裂缝产生的原因、加冰技术对混凝土温度的影响等问题的探讨。
关键词：大体积砼；温度；裂缝；控制；加冰水
1、概述
佛山市龙湾大桥主桥承台尺寸为44.6×17.6×5.5，总体积为4325.8m3，混凝土强度等级为C30，采用泵送施工，要求砼的坍落度为12-16cm。考虑承台体积大，承台内部散热不良引起升温，容易出现结构性裂缝，经专家讨论分析，结合已有经验，应控制砼早期强度不能发展太快，入模温度不超过32℃，相应出厂温度不超过30℃，控制砼的内外温差在25℃以内。
2、产生裂缝的原因
在大体积混凝土中，对温度应力及温度控制具有重要意义。在砼凝固初期，由于各种原因，砼常常出现温度裂缝，影响结构的整体受力和耐久性。砼产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、设计结构的不合理、原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形、基础不均匀沉降等。本文主要介绍、分析温度变化引起的裂缝及处理措施。
砼硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在砼表面引起拉应力，在后期降温过程中，由于受到基础或连接部位砼的约束，在混凝土内部出现拉应力；气温降低也会在混凝土表面产生拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时在砼表面出现裂缝。砼的内部湿度变化较慢，但表面湿度因砼养护不周、时干时湿等原因变化较大，表面干缩形变受到内部砼的约束，也往往产生裂缝。砼是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，运输和浇筑过程中的离析现象，在同一部位砼中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力较低，易出现裂缝的薄弱部位。在钢筋砼中，拉应力主要是由钢筋承担，砼只承受压应力，在素砼内或钢筋砼边缘部位，出现了拉应力则由混凝土自身承担。在施工中砼由最高温度冷却到稳定时期的常温，往往在混凝土内部引起较大的拉应力，有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，必须引起足够的重视。
3、温度应力的分析
温度应力的形成分为三个阶段：
3.1早期：自浇筑砼开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
3.2中期：水泥水化热结束时起至混凝土冷却到常温，温度应力主要是由于砼的冷却及外界气温变化所引起，这应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
3.3晚期：混凝土完全冷却后的稳定期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。
根据温度引起的应力可分为两类：
（1）自身应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，由于内部温度是非线性分布的，结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身结构尺寸相对较大，砼冷却时表面温度低，内部温度高，在砼表面出现拉应力，在中间出现压应力。
（2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力，如箱梁顶板钢筋砼和护栏钢筋砼。
这两种温度应力往往和砼的干缩所引起的应力共同作用。
4、温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝，减轻温度应力，可以从控制温度和改善约束条件这两个方面控制。本文主要介绍温度控制，重点介绍加冰技术的应用。控制温度的措施如下：
4.1采用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂等方法减少水泥用量。本承台采用添加粉煤灰、外加剂的方法减少水泥用量。其配合比及试验结果见表1、表2。
表1
设计材料用量（Kg/m3）
C F S G WO CSP-2 SL（mm）
420 100 608 1034 158 12.50 160
表2
和易性 凝结时间（h） 抗压强度结果（Mpa）
良好 初凝 终凝 1d 3d 5d 7d 14d 28d
微粘 13：27 15：57 14.3 17.8 21.9 25.6 28.7 34.5
4.2混凝土用料及拌和站采用遮阴防晒、砂石料洒水降温、拌合砼时在拌和水中加冰水作为拌和水的一部分（具体在4.3中介绍）。经过这些措施，较好地降低了砼出厂温度。计算方法如下：
砼出机温度计算：
T0=∑TiGiCi-80ηGc+Q/∑GiCi （1）
式中：
T0 —砼出机温度，℃；
Ti-第i种材料的平均进料温度，℃；
Gi-第i种材料的重量，Kg，见表3；
Ci-第i种材料的比热，kcal/Kg.℃，见表3；
Gc-每m3砼加冰水，Kg；
η-冰的冷量利用率，一般取0.9；
80-冰的融化潜热，kcal/Kg；
Q-每m3砼拌制过程中的附加热（包括机械热和环境交换热），Kcal/ m3；
表3
材料 水泥 粉煤灰 砂 5-10石 10-25石 外加剂 水 冰
比热kcal/kg.℃ 0.184 0.184 0.229 0.229 0.229 1 1 0.5
最低温度 70 35 18 17 17 18 5 -3
最高温度 90 50 33 31 31 31 31 -3
由式（1）可以看出影响砼出机温度的主要材料除加冰量G外，还与各种材料的用量、比热有关。
关于Q值的确定，其包含了搅拌机械和环境交换热，由于搅拌机非绝热环境，必然有热交换，所以孤立的搅拌机械热和环境交换热定量测定是困难的，通过综合考虑附加热则可将进、出物料温度代入（1）式求出。试验表明，Q值随环境温度影响较大。表4列出了8、9、10月份对Q值的抽测结果。
承台在8～10月份施工，佛山地区正处于高温天气，大部分时间气温高达35℃以上（见表4），砂、石的含水率分别取5%和1.5%，Q取2000kcal/ m3代入（1）式得需加碎冰75.51Kg/ m3。根據经验，加冰量一般不宜大于60 Kg/ m3，否则由于搅拌用水量太少，砼出机坍落度将难以保证，如采用添加碎冰的方法，必须采用粒径小碎冰和延长搅拌时间，使冰全部搅拌变为水，这将影响生产速度，无法满足泵送施工的需要；另一方面，加冰量太大，碎冰的制备、存储、添加及计量都增加许多设备，增加施工成本。
根据理论计算及实际经验，如果较好的控制原材料的温度，则只需使用冰水系统就可以达到控制砼温度的目的。如材料的平均进料温度，水泥90℃，粉煤灰40℃，砂、石、外加剂20℃，砂、石含水率分别取5%和1.5%，
摘要：通过总结承台大体积砼施工过程中的经验及专家意见，阐述了工程中大体积混凝土温度裂缝产生的原因、加冰技术对混凝土温度的影响等问题的探讨。
关键词：大体积砼；温度；裂缝；控制；加冰水
1、概述
佛山市龙湾大桥主桥承台尺寸为44.6×17.6×5.5，总体积为4325.8m3，混凝土强度等级为C30，采用泵送施工，要求砼的坍落度为12-16cm。考虑承台体积大，承台内部散热不良引起升温，容易出现结构性裂缝，经专家讨论分析，结合已有经验，应控制砼早期强度不能发展太快，入模温度不超过32℃，相应出厂温度不超过30℃，控制砼的内外温差在25℃以内。
2、产生裂缝的原因
在大体积混凝土中，对温度应力及温度控制具有重要意义。在砼凝固初期，由于各种原因，砼常常出现温度裂缝，影响结构的整体受力和耐久性。砼产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、设计结构的不合理、原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形、基础不均匀沉降等。本文主要介绍、分析温度变化引起的裂缝及处理措施。
砼硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在砼表面引起拉应力，在后期降温过程中，由于受到基础或连接部位砼的约束，在混凝土内部出现拉应力；气温降低也会在混凝土表面产生拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时在砼表面出现裂缝。砼的内部湿度变化较慢，但表面湿度因砼养护不周、时干时湿等原因变化较大，表面干缩形变受到内部砼的约束，也往往产生裂缝。砼是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，运输和浇筑过程中的离析现象，在同一部位砼中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力较低，易出现裂缝的薄弱部位。在钢筋砼中，拉应力主要是由钢筋承担，砼只承受压应力，在素砼内或钢筋砼边缘部位，出现了拉应力则由混凝土自身承担。在施工中砼由最高温度冷却到稳定时期的常温，往往在混凝土内部引起较大的拉应力，有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，必须引起足够的重视。
3、温度应力的分析
温度应力的形成分为三个阶段：
3.1早期：自浇筑砼开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
3.2中期：水泥水化热结束时起至混凝土冷却到常温，温度应力主要是由于砼的冷却及外界气温变化所引起，这应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
3.3晚期：混凝土完全冷却后的稳定期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。
根据温度引起的应力可分为两类：
（1）自身应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，由于内部温度是非线性分布的，结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身结构尺寸相对较大，砼冷却时表面温度低，内部温度高，在砼表面出现拉应力，在中间出现压应力。
（2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力，如箱梁顶板钢筋砼和护栏钢筋砼。
这两种温度应力往往和砼的干缩所引起的应力共同作用。
4、温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝，减轻温度应力，可以从控制温度和改善约束条件这两个方面控制。本文主要介绍温度控制，重点介绍加冰技术的应用。控制温度的措施如下：
4.1采用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂等方法减少水泥用量。本承台采用添加粉煤灰、外加剂的方法减少水泥用量。其配合比及试验结果见表1、表2。
表1
设计材料用量（Kg/m3）
C F S G WO CSP-2 SL（mm）
420 100 608 1034 158 12.50 160
表2
和易性 凝结时间（h） 抗压强度结果（Mpa）
良好 初凝 终凝 1d 3d 5d 7d 14d 28d
微粘 13：27 15：57 14.3 17.8 21.9 25.6 28.7 34.5
4.2混凝土用料及拌和站采用遮阴防晒、砂石料洒水降温、拌合砼时在拌和水中加冰水作为拌和水的一部分（具体在4.3中介绍）。经过这些措施，较好地降低了砼出厂温度。计算方法如下：
砼出机温度计算：
T0=∑TiGiCi-80ηGc+Q/∑GiCi （1）
式中：
T0 —砼出机温度，℃；
Ti-第i种材料的平均进料温度，℃；
Gi-第i种材料的重量，Kg，见表3；
Ci-第i种材料的比热，kcal/Kg.℃，见表3；
Gc-每m3砼加冰水，Kg；
η-冰的冷量利用率，一般取0.9；
80-冰的融化潜热，kcal/Kg；
Q-每m3砼拌制过程中的附加热（包括机械热和环境交换热），Kcal/ m3；
表3
材料 水泥 粉煤灰 砂 5-10石 10-25石 外加剂 水 冰
比热kcal/kg.℃ 0.184 0.184 0.229 0.229 0.229 1 1 0.5
最低温度 70 35 18 17 17 18 5 -3
最高温度 90 50 33 31 31 31 31 -3
由式（1）可以看出影响砼出机温度的主要材料除加冰量G外，还与各种材料的用量、比热有关。
关于Q值的确定，其包含了搅拌机械和环境交换热，由于搅拌机非绝热环境，必然有热交换，所以孤立的搅拌机械热和环境交换热定量测定是困难的，通过综合考虑附加热则可将进、出物料温度代入（1）式求出。试验表明，Q值随环境温度影响较大。表4列出了8、9、10月份对Q值的抽测结果。
承台在8～10月份施工，佛山地区正处于高温天气，大部分时间气温高达35℃以上（见表4），砂、石的含水率分别取5%和1.5%，Q取2000kcal/ m3代入（1）式得需加碎冰75.51Kg/ m3。根據经验，加冰量一般不宜大于60 Kg/ m3，否则由于搅拌用水量太少，砼出机坍落度将难以保证，如采用添加碎冰的方法，必须采用粒径小碎冰和延长搅拌时间，使冰全部搅拌变为水，这将影响生产速度，无法满足泵送施工的需要；另一方面，加冰量太大，碎冰的制备、存储、添加及计量都增加许多设备，增加施工成本。
根据理论计算及实际经验，如果较好的控制原材料的温度，则只需使用冰水系统就可以达到控制砼温度的目的。如材料的平均进料温度，水泥90℃，粉煤灰40℃，砂、石、外加剂20℃，砂、石含水率分别取5%和1.5%，