大体积混凝土温度应力施工控制探讨

关键词：桥梁工程 大体积混凝土结构 温度应力

　　桥梁结构中，混凝土的结构尺寸过大，施工时内外温差超过25℃，就容易产生温度裂缝。所以，在桥梁工程中，温度应力是不可忽视的问题。贵州省六盘水至盘县高速公路老鹰岩特大桥主墩承台尺寸：21.6×20.4×4m，圬工总方量达1763m3，是典型的大体积混凝土。施工中，结合现场实际情况，采取了相应的措施，减小温度应力的破坏，确保了承台混凝土的质量。

　　1 桥梁大体积混凝土与温度应力

　　1.1 大体积混凝土定义 大体积砼指的是最小断面尺寸大于1m以上的砼结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的砼结构。由于大体积的混凝土在其硬化的过程中，产生的混凝土很难散发出去，如果在施工过程中不采取措施的话，很容易出现裂缝。

　　1.2 温度应力 应力的定义是单位面积上物体所承受的附加内力；温度应力也叫做“热应力”，指的是物体体积不能够随着温度的上升或者是下降自由地伸缩，物体的结构或构件内部由此产生的应力就是温度应力。

　　产生温度应力的主要原因是结构物的内外温差，一个是年温差的影响，一个是局部温差的影响。所谓的年温差指的是气节的变换导致气温随之发生周期性的变化，这种周期性变化的气温对结构物产生的作用就是年温差的影响。所谓的局部温差，指的是日照的温差，或者是混凝土内部水化热的影响。本文主要讨论的就是混凝土内部水化热引起的局部温差对结构物的影响。

　　2 混凝土温度应力的影响因素

　　2.1 结构尺寸的影响 一般情况下，结构物内部温度的变化都不是均匀的。温度应力不仅与温度的变化有关，还与混凝土结构的位置，以及材料的特性都有直接的关系。通常温度应力最大时，不是温度变化最大的时候，而是内外温差最大的时候。所以在工程施工中，通常是通过控制内外温度差来控制大体积混凝土的放热，其实质是通过对温差的控制来减小温度应力。如果结构物尺寸越大，其体积越大，混凝土内部水化热就会越大，也就越不容易散发出来。因此通常在条件允许的情况下可以通过减小构件的结构尺寸来控制温度应力的破坏。在老鹰岩特大桥承台施工中，为降低温度应力对承台的影响，我们将承台分两次浇筑，即每次浇筑高度2m，混凝土方量约882m3，这样每层混凝土中心离最近外表大气环境只有1m，有利于内部水化热的散发，有效控制了承台内部温度应力的影响。

　　2.2 外部温度影响 由于桥梁施工大都在野外进行，混凝土都裸露在大自然中，受外部环境及温度影响很大，弄清施工所处的气象特征，是防控温度应力破坏的重要参考依据。通常情况下在气侯条件比较恶劣的条件下如空气干燥、昼夜温差大、风沙大、日照强的环境下，减小外部环境温度的影响要采用保温保湿法；对于在气侯条件较好的地区如相对湿度大（超过60％）、昼夜温差小、无风沙影响、光照弱可采用覆盖洒水养护法。贵州水盘高速公路位于云贵高原山地季风气候区，气候温和，四季分明，热量丰富，雨水充沛。降雨多集中在5-10月份，年平均气温在14℃左右，极端最低气温-11.7℃，极端最高气温36.7℃。老鹰岩特大桥承台浇筑在8、9月份进行，其时外部温度条件见下表：

　　从上表可以看出气温比较稳定，没有较大的波动，承台浇筑后在表面采用土工布覆盖并洒水养护，很好的控制了混凝土内外温差不超过25℃，减小了承台内部温度应力的影响。

　　2.3 原材料影响 优质的原材料能给混凝土温度裂缝控制带来有利条件，低水化热的水泥和低水泥用量能使混凝土内部温度明显降低，但不宜使用早强水泥，适量掺用缓凝减水剂和适宜的掺合料，这样可以减小水泥用量和避免水化热过于集中。事实证明，混凝土温度应力产生的裂缝是从混凝土最薄弱的地方开始的，优质的骨料能提高混凝土的弹性模量，对温度应力有较高的抵抗能力,尤其是骨料的粒径、粒形、级配及洁净程度对混凝土的强度影响最大，而混凝土的强度与弹性模量是成正比的，因此选择优质的骨料至关重要。对粗骨料而言，宜选用母材坚硬、连续级配、针片状含量少、吸水率低的碎石。对于细骨料要求洁净、级配合理，含泥量小。由于条件限制，本地区工程施工细骨料均采用机制砂，通过试验细骨料含泥(粉尘)量控制在5%以内、细度在2.9~3.1之间。

　　3 混凝土温度应力的防治措施

　　3.1 合理的配合比 配合比设计总的要求是配制的混凝土水化热量低、释放速度慢不集中，强度及弹性模量高，对温度应力具有较强的抵抗能力。最大限度地减小水泥用量是减小水化热最有效的途径，但必须保证混凝土的强度和耐久性符合设计要求。掺加优质粉煤灰和化学外加剂，既能保证混凝土的强度和耐久性不受损又能减小水泥用量。在老鹰岩特大桥承台施工中我们加入了一定数量的优质粉煤灰，既经济又实用，收到了良好的效果。本桥承台设计标号为C30，通过试验配比，施工配合比见下表：

　　3.2 加强拌合控制 拌合站对原材料的控制除了监控质量外，还要测试各种组成材料的温度。尤其是在夏季施工大体积混凝土时，特别要注意各种原材料对混凝土温度的影响：粗骨料温度影响最大，其次是细骨料和水的温度，水泥温度的影响较小些，但也不容忽视，一般温度不宜超过40℃。为了降低混凝土机口温度，最有效的方法是降低粗细骨料的温度，在没有冷却措施的条件下，由于日照的影响，原材料温度将高于当时气温，我们必须采取搭棚遮阳，抽深层地下水等措施降温。

　　3.3 增设冷却管 在大体积混凝土施工过程中，一般多用冷却水管的布设来降低混凝土结构水化热的影响。利用冷水管的布设降低温度，主要是对对流方式的利用，经过水管的水会将一部分的水化热带走，以达到降低混凝土结构的温度。一般的情况水管的横截面积越大，而流过的水温度越低、速度越快，那么散热的效果肯定越好，但考虑到结构安全、实施的可行性、经济性等原因，这些参数不是可以无限制的增加的。所以实施过程中冷却管循环水只能带走一部分水化热，但是其效果显著，实用。在老鹰岩特大桥承台施工中，我们在每层混凝土正中设置了一层冷却管，冷却管距每次浇筑混凝土顶、底面及各侧面均为1m，由于承台结构尺寸较大，结合浇筑的先后顺序和快慢，每层冷却管设置了两个进水口，四个出水口，每个进水口均设置阀门控制水流速度。进水管为冷却管直径的两倍，以保证冷却管内水流量的最大，在承台正中设置测温点，根据测定的内部温度来调节冷却管内水流循环的速度及大小，如下图所示：

　　冷却管布置图

　　混凝土温度测试记录表

　　经试验表明，混凝土在温度上升阶段很少开裂，裂缝一般出现在降温阶段，此阶段为温度监控的重点。由上表可见，24小时左右是混凝土水化热高峰值，持续100小时左右，逐渐下降，因此，对大体积混凝土工程来说，早期的温度监测工作非常重要。尤其是混凝土浇筑后24～120小时最为重要。当混凝土中心温度与表层温度差超过了25℃时靠模板自身保温已不能满足要求了，需采取一定的措施，如包裹、覆盖等措施来进行养护处理以控制内外温差。

　　4 总结

　　混凝土产生温度裂缝的原因是多方面的，这就要求我们在施工过程中要精心设计，精心施工，每一道工序都要细心管理，才有可能避免裂缝的出现。温度测试只能预控，合理的养护措施才能达到最后的目的。在混凝土施工前一定要制定相应的养护措施，把混凝土内表温差控制在25℃以内。

　　参考文献：

　　[1]陈磊，侯磊磊，李富亭.大体积混凝土结构裂缝控制措施[J].中国西部科技，2010(25).

　　[2]纪宏伟，王新平.混凝土裂缝产生的原因分析[J].山西建筑，2007(11).

　　[3]李盛泽.大体积混凝土的温度控制方案优化分析[J].山西建筑，2010(35).