大体积砼温度控制与防开裂施工技术
一、工程概况
xxx特大桥主桥为一联(72+3x128+72)m刚构—连续组合梁，下部结构为超大群桩和超大型承台，承台砼级别为C18,最大几何尺寸为37.6x18.1x5m，最大砼圬工为3403m3，6个主墩承台圬工总量为14520 m3。
从以往大体积砼的施工经验中可知，大体积砼在施工过程中，由于砼的量大，水泥的水化热热量大，在砼内外散热不均匀以及受到内外约束的情况下，在砼内部产生较大的温度应力，导致砼发生开裂。因此，大体积砼施工中的温度控制是防止砼开裂的关键，如何进行砼的温度控制即采取那些技术措施防止砼开裂，是要研究解决的重要课题。
二、 砼产生开裂的原因分析
根据有关资料和我们以往的施工经验，我们认为产生砼裂纹的主要原因有以下几个方面：
1. 水泥水化热的影响 混凝土浇注后，水泥在水化过程中要释放大量的水化热，而大体积砼结构断面较厚，热量聚集在结构内部不易散发，使结构内部温度升高。由于混凝土的导热性能较差，浇注初期混凝土强度及弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就越来越大，以致产生很大的拉应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂纹。
2. 外界气侯的影响
大体积混凝土浇注时间较长，外界气温昼夜变化大。气温越高，混凝土浇注温度越高，同时在高温条件下，混凝土不易散热，其内部的最高温度可达85～90℃，并且有较长的延散时间。昼夜温差或混凝土浇注后气温突然下降，使混凝土内外产生较大温差(>25℃)，而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的，因此温差越大，温度应力也越大，就越容易出现裂缝。
3. 混凝土的收缩变形影响
混凝土中80％的水分要蒸发，会引起混凝土体积的干缩。在高温下，混凝土中水分蒸发快，很容易引起干缩变形。如拌合、浇注、振捣等方法不当，混凝土内粗细骨料分配不匀，密实度不等，收缩系数不一，在约束不同的情况下，即可在脆弱部位引起开裂。
三、温控防裂方案的制定
温差控制原则：砼的中心温度与表面温度的差值不得超过25℃；砼表面温度与环境空气最低温度的差值不得超过25℃；冷却水管之间砼最高温度与冷却水温度的差值不得超过25℃。
大体积砼温度计算采用公式：
1.砼内部绝热升温
Tmax=To+Q/10+F/50
式中Tmax——砼内部最高升温值（℃）；
To——砼浇注温度（℃），取计划浇注日期及当地旬平均气温；
Q——每m3砼中水泥用量（kg/ m3）；
F——每m3砼中粉煤灰用量（kg/ m3）。
2.砼内部中心温度计算
Tmax=Tj+T(τ)·ξ
Tj ——砼浇注温度（℃）；
T(τ)——在τ龄期时砼的绝热升温（℃）；
ξ——不同浇注块厚度的温降系数；
3.砼表面温度计算：
Tb(τ)=Tq+4 h′/H2 (H-h′)△T(τ)
式中Tb(τ)——龄期τ时，砼的表面温度（℃）；
Tq——龄期τ时，大气的平均温度（℃）；
H——砼的计算厚度（m），H=h+2 h′；
H——砼的实际厚度（m）；
h′——砼的虚厚度（m）， h′=Kλ/U；
λ——砼的导热系数，取2.33W/m·K；
K——计算折减系数，取0.666；
U——模板及保温层的传热系数（W/m2K）；
U=1/Σδi/λi+Rw
δi———各种保温材料的厚度（m）；
λi———各种保温材料的导热系数（W/m·K）；
Rw——外表面散热阻，可取0.043 m2K/ W；
△T(τ)——龄期τ时砼内最高温度与外界气温之差（℃），△T(τ)= Tmax- Tb。
四、温控防裂措施
1.控制温度升降速度，防止出现过大温度应力
(1) 选用低水化热水泥，降低砼内部热量：选用“水钢”矿碴425#水泥，28天水化热335KJ／Kg，比普通水泥低42KJ／Kg。 (2) 掺加缓凝剂，推迟水化热的峰值：掺加HB—2型缓凝剂1％，砼缓凝时间可推迟8～10小时，从而延缓水泥的水化速度。
(3) 掺加粉煤灰，降低水泥用量，减少水泥水化热：承台砼设计标号为C18，通过多次试验最后选定1组水泥用量最少的配合比，水泥用量为271kg／m3，比一般配比低约30Kg。
(4) 降低砼的入模温度：砼的入模温度一般控制在15℃—20℃．7#～9#承台是在夏季施工，我们采取用地下水浇撤砂石进行降温，地下水温比砂石低约3℃。本桥址为高原气候，昼夜温差大，但因砼量大，无法避免白天高温时施工，因此采取白天减缓施工速度和夜间加快施工的方法。
施工中选用“水钢”矿碴425#水泥，水泥用量Q＝271Kg／m3，水化热取Qo=335KJ／kg，粉煤灰掺量F＝100kg／m3，7#～9#承台砼入模温度To=20℃，10#～11#承台砼入模温度To=15℃，则计算砼内部绝热温升最高温度：Tmax=To+Q/10+Qo/50，7#～9#承台Tmax=49.1℃，10#～11#承台Tmax＝44.1℃。砼最高温度峰值出现在砼浇注后的第3天，砼实际温升要考虑浇注块厚度(5m)的降温系数ζτ=3d＝0.77，则7#～9#、10#～11#承台实际温升最高温度为tmax＝To+Tmax *ζτ＝57.8℃和49℃。
通过采取以上措施，浇注的砼比普通砼的最高温度(约为55～60℃)低5～10℃左右。
2. 浇筑工艺
(1)浇筑方法 浇筑方法采用“斜面分层、薄层浇筑、连续推进、自然流淌、一次到顶”的方案。采用4辆运输车、75m3/h的拌和能力、塔吊、缆索吊垂直吊运，避免出现施工冷缝。
(2)振捣 根据砼自然形成的流淌斜坡度，在浇筑带前、后各布置2道振捣器，随着砼向前推进浇筑，振捣器相应跟进。
(3)表面处理 砼浇筑约3～4h后，初步按设计标高用长括尺括平，在初凝前用木蟹打压实，紧接着用铁抹刀抹光封闭收水裂缝。
3. “内排外保”，减少砼内外温差：
根据国内外经验，大体积砼内外温差控制在25℃以内，可避免砼出现温度收缩裂缝，为此我们采取了以下措施：
测温………(要补充)
(1)“内排”:尽快排出砼内部热量，降低砼内部温度。在砼浇注以前，预先在砼内按间距a=2m放置Ф＝219mm的钢管作散热管，砼灌注中和灌注后每隔2h换冷水循环散热一次，可降低砼内部温度5～8℃，待砼内外温差降至25℃以下可停止换水，砼达28天后用同标号砼将散热管灌实。
(2)“外保”：在砼表面采取保温措施，控制砼内外温差及表面与空气温差，避免出现深层裂纹和表面裂纹。全部承台四周采用浆砌或砼圬工作外模，既可保温又可增加其抗裂外约束条件，同时在砼顶面采取两种保温措施：一是7#～9#承台在夏季施工，散热管内水温较高，一般超过40℃，在承台四周筑堤，待砼终凝后将抽换的热水覆盖砼表面20cm深，既可保温，又作养生；二是10#～11#承台在11月份施工，大气温度较低，在表面覆盖厚5cm的草袋或水泥袋。 4. 改善砼的性能和施工工艺，提高砼抗裂能力 (1) 采用干净的砂、石料，含泥量分别控制在3％和1％以下，并用人工进行冲洗。 (2) 掺加高效缓凝减水剂，配制自密实流态砼，既减少砼用水量，又能延缓终凝时间，同时增加砼前期强度，防止砼在温升最大时发生开裂。 (3) 掺加一定粉煤灰，除减少水泥用量外还能增加砼的抗渗、抗裂能力。 (4) 优化施工工艺，提高砼抗裂性能。采用全面分层的方法浇注，每层厚度控制在0.5m，浇注顺序由一端往另一端进行，砼连续浇注。加强砼的捣固，增加砼密实度。
五、实施效果
通过采取以上措施，主跨承台施工的全部14520 m3砼没有发生任何开裂现象。
