论文部分内容阅读
摘要：通过对桥梁工程大体积混凝土施工质量问题产生原因进行分析，提出了降低混凝土温度应力、防止混凝土产生裂缝的施工控制措施，以及在构造设计上对大体积混凝土应采取的防裂措施。
关键词：桥梁；大体积混凝土；质量控制
随着时代的发展，各种大型、超大型建筑物越来越多，混凝土的体积也越来越大。所谓大体积混凝土，美国混凝土学会的规定为：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂的混凝土”。日本建筑学会的定义是：“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土称为大体积混凝土”。
大型桥梁工程一些悬索桥锚碇、桥梁承台和基础结构采用了很大几何尺寸的设计方案，庞大的混凝土体积达上万立方米。其结构厚实、混凝土体积量大、工程条件复杂、施工技术要求高，以及水泥水化热大易使结构产生温度和收缩变形，出现桥梁大体积混凝土工程质量问题，给工程正常使用和耐久性带来不同程度的危害。本文从设计、施工和质量管理等角度，研究如何保证大体积混凝土结构质量问题。
1 大体积混凝土施工质量问题产生原因分析
多年的工程实践证明，大体积混凝土施工质量问题不是力学上的结构强度问题，而是混凝土温度应力产生裂缝问题。大体积混凝土结构由外荷载引起裂缝的可能性较小，而由于水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化和混凝土收缩，而产生的温度应力和收缩应力，是其产生裂缝的主要因素。因此，控制温度应力和温度变形裂缝的开展，是大体积混凝土结构施工中的一个重要课题。
混凝土桥梁大体积混凝土设计强度一般较高，多为C30或C40混凝土，水泥用量达到400kg/m3以上。由于混凝土体积庞大，往往要经历几个月甚至一年多施工期，混凝土是热的不良导体，集中大量地长时间浇筑大体积高强度混凝土，其截面及厚度大且内部水泥水化放热时间相对集中，水化热聚集在结构内部不易散发，导致温升很大。混凝土浇筑初期弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土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。
大体积混凝土内部的最高温度，实际上是由浇注温度、水泥水化热引起的温升和混凝土的散热速率3部分所决定，其中由水泥水化热引起的温升是主要因素，当气温为15-20℃时，在初期升温阶段约占总温升的65%-70%。大量的工程实测结果，当浇筑底板厚度小于1m时，混凝土内部温度不会超过60℃；当浇筑底板厚度大于1.5-2.0m后，混凝土内部温度将在浇筑后2-3d内达到70-80℃；大体积混凝土内部最高温度大于70℃的工程实例相当普遍。为防止混凝土温度应力产生裂缝，就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能两方面综合考虑。
2 大体积混凝土施工质量控制措施
2.1 大体积混凝土配合比设计
2.1.1水泥：应选用水化热较低，后期强度高，质量稳定的水泥，同时减少水泥用量是减少水泥水化热和降低内外温差的重要办法，实践表明，如果充分利用混凝上的后期强度，则
可使每立方米混凝上的水泥用量减少40-70 kg左右，混凝土温度相应降低4℃-70℃，因此应将水泥用量控制在450kg/ m3以下。
2.1.2细集料：宜采用级配良好的中粗砂，根据工程实际经验细度模数宜控制在2.4-2.8之间。
2.1.3粗集料：要优先选用天然连续级配的粗集料，使混凝土具有较好的可泵性。
2.1.4掺加掺和料：应用添加粉煤灰技术根据工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且粉煤灰有润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，并且能提高混凝土的可泵性。但是对早期抗裂要求较高的混凝土，粉煤灰掺量不宜太多，宜在10%-15%左右。
2.1.5掺加外加剂：外加剂的掺量品种对混凝土水化速度有很大的影响。根据混凝土的要求和特点不同，可采用减水剂、缓凝剂、防水剂、膨胀剂等其中的一种或多种的混合剂。
2.2 温控措施及施工现场控制
2.2.1温度预测分析。根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场和温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准，进行保温养护优化选择。
2.2.2混凝土浇筑方案。采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度、前后浇筑的搭接时间；控制混凝土入模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振和过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，一般浇筑后3-4h内初步用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。
2.2.3混凝土温度监测。在混凝土内部、外部设置温度测点，设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析。每一测点的温度值、各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。
2.2.4为反映温控效果可在少数混凝土层中埋设应变计进行温度应力检测，应变计沿水平方向布置，检测水平方向应力分量。
2.2.5通水冷却。采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中布设冷却水管，冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水和阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及温度。
3 構造设计上对大体积混凝土采取防裂措施
设计合理的结构形式，可以减少工程数量，减低水化热。如可根据悬索桥锚碇受力特点，设计挖空非关键受力部分混凝土体积，利用土方压重方案，来减少混凝土结构体积。
充分利用混凝土在基坑有侧限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下形成一定的预压力，补偿混凝土内部温度、收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。
大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，依据结构受力情况可合理地确定混凝土评定验收龄期，打破正常标准28d的评定验收龄期，改为60d或更多天，评定验收龄期充分考虑混凝土的后期强度，从而减低设计标号，达到减少混凝土水泥用量减低水化热的目的。
由于边界存在约束才会产生温度应力，采用改善边界约束的构造设计，如遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。在外约束的接触面上全部设滑动层，则可大大减弱外约束。
还应重视合理配筋对混凝土结构抗裂的有益作用，可采取增配构造钢筋。配筋应尽可能采用小直径、小间距，全截面含筋率控制在0.3%-0.5%之间。在混凝土表面增设金属扩张网等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。
参考文献：
[1]叶延勇.桥梁大体积混凝土施工技术探讨[J].交通标准化，2012.12.
[2]王军.桥梁工程大体积混凝土裂缝形成原因及防治[J].山西建筑，2011.18.
关键词：桥梁；大体积混凝土；质量控制
随着时代的发展，各种大型、超大型建筑物越来越多，混凝土的体积也越来越大。所谓大体积混凝土，美国混凝土学会的规定为：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂的混凝土”。日本建筑学会的定义是：“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土称为大体积混凝土”。
大型桥梁工程一些悬索桥锚碇、桥梁承台和基础结构采用了很大几何尺寸的设计方案，庞大的混凝土体积达上万立方米。其结构厚实、混凝土体积量大、工程条件复杂、施工技术要求高，以及水泥水化热大易使结构产生温度和收缩变形，出现桥梁大体积混凝土工程质量问题，给工程正常使用和耐久性带来不同程度的危害。本文从设计、施工和质量管理等角度，研究如何保证大体积混凝土结构质量问题。
1 大体积混凝土施工质量问题产生原因分析
多年的工程实践证明，大体积混凝土施工质量问题不是力学上的结构强度问题，而是混凝土温度应力产生裂缝问题。大体积混凝土结构由外荷载引起裂缝的可能性较小，而由于水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化和混凝土收缩，而产生的温度应力和收缩应力，是其产生裂缝的主要因素。因此，控制温度应力和温度变形裂缝的开展，是大体积混凝土结构施工中的一个重要课题。
混凝土桥梁大体积混凝土设计强度一般较高，多为C30或C40混凝土，水泥用量达到400kg/m3以上。由于混凝土体积庞大，往往要经历几个月甚至一年多施工期，混凝土是热的不良导体，集中大量地长时间浇筑大体积高强度混凝土，其截面及厚度大且内部水泥水化放热时间相对集中，水化热聚集在结构内部不易散发，导致温升很大。混凝土浇筑初期弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土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。
大体积混凝土内部的最高温度，实际上是由浇注温度、水泥水化热引起的温升和混凝土的散热速率3部分所决定，其中由水泥水化热引起的温升是主要因素，当气温为15-20℃时，在初期升温阶段约占总温升的65%-70%。大量的工程实测结果，当浇筑底板厚度小于1m时，混凝土内部温度不会超过60℃；当浇筑底板厚度大于1.5-2.0m后，混凝土内部温度将在浇筑后2-3d内达到70-80℃；大体积混凝土内部最高温度大于70℃的工程实例相当普遍。为防止混凝土温度应力产生裂缝，就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能两方面综合考虑。
2 大体积混凝土施工质量控制措施
2.1 大体积混凝土配合比设计
2.1.1水泥：应选用水化热较低，后期强度高，质量稳定的水泥，同时减少水泥用量是减少水泥水化热和降低内外温差的重要办法，实践表明，如果充分利用混凝上的后期强度，则
可使每立方米混凝上的水泥用量减少40-70 kg左右，混凝土温度相应降低4℃-70℃，因此应将水泥用量控制在450kg/ m3以下。
2.1.2细集料：宜采用级配良好的中粗砂，根据工程实际经验细度模数宜控制在2.4-2.8之间。
2.1.3粗集料：要优先选用天然连续级配的粗集料，使混凝土具有较好的可泵性。
2.1.4掺加掺和料：应用添加粉煤灰技术根据工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且粉煤灰有润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，并且能提高混凝土的可泵性。但是对早期抗裂要求较高的混凝土，粉煤灰掺量不宜太多，宜在10%-15%左右。
2.1.5掺加外加剂：外加剂的掺量品种对混凝土水化速度有很大的影响。根据混凝土的要求和特点不同，可采用减水剂、缓凝剂、防水剂、膨胀剂等其中的一种或多种的混合剂。
2.2 温控措施及施工现场控制
2.2.1温度预测分析。根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场和温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准，进行保温养护优化选择。
2.2.2混凝土浇筑方案。采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度、前后浇筑的搭接时间；控制混凝土入模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振和过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，一般浇筑后3-4h内初步用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。
2.2.3混凝土温度监测。在混凝土内部、外部设置温度测点，设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析。每一测点的温度值、各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。
2.2.4为反映温控效果可在少数混凝土层中埋设应变计进行温度应力检测，应变计沿水平方向布置，检测水平方向应力分量。
2.2.5通水冷却。采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中布设冷却水管，冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水和阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及温度。
3 構造设计上对大体积混凝土采取防裂措施
设计合理的结构形式，可以减少工程数量，减低水化热。如可根据悬索桥锚碇受力特点，设计挖空非关键受力部分混凝土体积，利用土方压重方案，来减少混凝土结构体积。
充分利用混凝土在基坑有侧限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下形成一定的预压力，补偿混凝土内部温度、收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。
大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，依据结构受力情况可合理地确定混凝土评定验收龄期，打破正常标准28d的评定验收龄期，改为60d或更多天，评定验收龄期充分考虑混凝土的后期强度，从而减低设计标号，达到减少混凝土水泥用量减低水化热的目的。
由于边界存在约束才会产生温度应力，采用改善边界约束的构造设计，如遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。在外约束的接触面上全部设滑动层，则可大大减弱外约束。
还应重视合理配筋对混凝土结构抗裂的有益作用，可采取增配构造钢筋。配筋应尽可能采用小直径、小间距，全截面含筋率控制在0.3%-0.5%之间。在混凝土表面增设金属扩张网等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。
参考文献：
[1]叶延勇.桥梁大体积混凝土施工技术探讨[J].交通标准化，2012.12.
[2]王军.桥梁工程大体积混凝土裂缝形成原因及防治[J].山西建筑，2011.18.