大体积混凝土施工重难点探讨

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　　摘要：桥梁施工中，温度应力一直是大体积混凝土浇筑的重难点。本文通过分析影响大体积混凝土施工质量的若干因素，对大体积混凝土的施工提出了几点意见，具有一定的参考意义。
　　关键词：裂缝,温度效益,施工质量
　　
　　一、引言
　　现代桥梁施工中，经常会遇到大体积混凝土结构施工。大体积混凝土结构，一般是指结构构件最小的断面任何一个方向尺寸大于0.8m以上的混凝土结构。对于大体积混凝土施工，其重难点便是对温度应力以及温度次应力的控制。因此，相对于小体积混凝土施工，大体积混凝土的施工复杂性大大增强。如不能得到有效的控制，将削弱桥梁结构的正常使用寿命和极限承载能力，以及耐久性能。有鉴于此，必须对大体积混凝土的施工质量进行控制。
　　二、大体积混凝土施工质量影响因素
　　影响大体积混凝土施工质量的因素众多，主要包括混凝土的塑性收缩和干缩、施工冷缝、水泥细度和温度应力等，其中影响最大的是温度应力，水泥的细度对其的影响也不容忽视。
　　2.1、温度应力
　　一般说来，引起混凝土温度应力原因，除了浇注温度、水泥水化热和碱骨料反应引起的绝对温升和混凝土的散热速率外，和浇筑环境也有莫大的关系。其中对占主导地位的是浇筑温度、混凝土的散热速率以及水泥水化热引起的绝对温升。
　　混凝土桥梁大体积混凝土所使用的一般是高标号混凝土，其使用的胶凝材料随之经常达到400kg/m3以上。由于工程量大，工期长，而混凝土又是热的不良导体,如集中的、大量的长时间浇筑高标号混凝土,会造成结构内部水泥的水化放热时间相对较集中,水化热大量聚集在结构内部不易散发排出,导致温升很大。由于混凝土在浇筑初期强度和弹性模量都较低，对混凝土降温收缩变形的约束能力不强，因而对水化热急剧温升引起的变形约束不大,温度应力也随之较小。但随着混凝土龄期的不断增长,强度和弹性模量都相应有所提高,对混凝土降温收缩变形的约束能力愈来愈强，进而产生很大的温度应力。如没有降温措施或浇筑温度过高,混凝土内部的温度还会更高。混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3～5d,由于混凝土结构内部和表面的散热环境不同,所以混凝土中心温度较高,而表面温度较低,从而形成温度梯度,造成温度变形和温度应力。当此时的混凝土抗拉强度小于该时刻的温度应力时,便开始产生温度裂缝。初期出现的裂缝一般较细，随着时间的发展会慢慢扩大,甚至达到贯穿整个结构。
　　前面已经谈到大体积混凝土的温度应力,实际上是由浇注温度、水泥水化热引起的绝对温升和混凝土的散热速率3部分所决定。而在这3部分之中,由水泥水化热引起的绝对温升又是主要因素(当浇筑温度在20℃左右时,初期阶段的升温约占总温升的70%～75%)。相关实验数据表面，水泥水化过程中产生大量的热量,每克水泥放出502J的热量,如果水泥用量以400～550kg/m3来计算,每m3混凝土将放出20000～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升高,在浇筑温度的基础上,通常升高35℃左右,如果浇筑温度为28℃，则混凝土内部温度将达到65℃左右。而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1.5～2m后,混凝土内部温度将在浇筑后的3～5d内达到70～80℃,一次浇筑的大体积混凝土内部最高温度大于70℃的工程实例相当普遍。
　　2.2、水泥细度
　　水泥颗粒的细度，一般是用比表面积来衡量。比表面积越大，对结构越不利，尤其是大体积的混凝土结构。具体是：
　　（1）水泥颗粒过细，使得混凝土早期干燥收缩变形趣大，更容易产生早期收缩裂缝。水泥颗粒愈细，需水量愈大，从而导致水泥混凝土干燥收缩变形增大，混凝土更容易开裂。
　　（2）水泥颗粒过细，使水泥早期水化热过分集中。桥梁工程结构一般体积、尺寸较大，水泥颗粒过细将导致水泥水化速度加快，早期水化热过大且过分集中，使混凝土结构早期易于产生温度差异裂缝，从而影响混凝土的结构强度和长期耐久性。
　　（3）水泥颗粒过细，混凝土早期强度发展快，但混凝土后期强度发展潜力小，相当于混凝土强度的“拔苗助长”。水泥颗粒过细，虽然3天和28天龄期强度满足设计强度等级需要，但实际混凝土中长期强度增长幅度趋小，使实际结构安全度大大降低。
　　三、质量控制措施
　　大体积混凝土的施工，影响因素多，施工技术复杂，需认真对待，尤其需注意以下几点：温控和原料选择。
　　3.1、温度控制措施
　　温度控制一直是大体积混凝土施工时的重难点。在进行施工前，应综合材料性质、气候环境、可能突发的施工不可预测因素、施工方案以及结构的本身特点等，制定出一套合理的温控方案（应包括分层厚度、长度与宽度及前后浇筑的搭接长度和搭接时间）；在混凝土的拌合和浇筑时，应根据当时的天气情况，原料的温度等因素，适当的对原料进行升温或是降温处理。并采用延缓温度峰值出现时刻与降温度梯度的措施,严格按照浇筑前的计算结果，安排分层、分块浇筑；同时要控制混凝土入模时的温度，加强对其的振捣，严格控制振捣时间，插入深度以及移动距离，保证振捣的质量，确保混凝土的均匀密实；做好现场的组织管理,保证施工按计划顺利进行，确保不出现施工冷缝；浇筑工作完成后，对混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，尽量避免表面龟裂现象的出现；混凝土浇灌完及拆模后的养护也很重要，需严格按相关规定进行覆盖养护。
　　3.2、温度监控
　　由于在施工时，单靠经验和感觉是不准确，不够科学的。施工监控，作为现代施工过程中的重要组成部分，其工作内容之一便是温度的监控。对桥梁的大体积混凝土施工，必须引进施工控制。在浇筑的混凝土外部和内部均布置温度测点，同时设置保温材料与养护水温度测点，混凝土的温度监测数据由现场的数据采集仪自动采集，并对其进行分析，分析所得的每一测点的温度值以及表层测点与各测位中心测点的温差，可作为调整研究具体温控措施的依据，以防温度裂缝的出现。
　　3.3、原料优选
　　原料对大体积混凝土施工质量的影响，也是举足轻重的。针对大体积混凝土施工时，水化热问题比较突出的现象和水泥细度对其的影响，在进行原料选择时，水泥应选用水化热较低的类型，如中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥等，同时尽可能的减少水泥用量，所选的水泥颗粒细度也不可过低，有必要时，需对其进行相关实验后再进行筛选；在选择粗骨料时，宜优先选用粒径5-20mm连续级配的石子，并配以泵送，以减少混凝土的塑性收缩与干缩；细骨料在选择时，宜优先选用Ⅱ区中砂，使用中砂可减少水及水泥的用量，减小水化热；需要指出的是，骨料需现场取样实测，石子含泥量应控制在1.5％以内，砂的含泥量应控制在2.5％以内，从而在一定程度上控制其抗拉强度和抗裂性。