冬期大體積混凝土施工中溫度裂縫的控制

1、    冬期大體積混凝土施工中溫度裂縫的控制    武光摘要：結(jié)合遼寧省朝陽市黃河路大橋在低溫條件下對(duì)承臺(tái)大體積混凝土施工溫度裂縫的有效控制，介紹在低溫條件下進(jìn)行大體積混凝土施工中溫度裂縫控制的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：低溫 大體積混凝土 溫度裂縫控制1 工程概況遼寧省朝陽市黃河路大橋全長508.32米，主橋?yàn)槿珉p索面預(yù)應(yīng)力混凝土自錨式懸索橋，主跨為180米，邊跨為73米，全長326米。主橋索塔基礎(chǔ)墩（4#、5#墩）承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為11×11×4米的立方體結(jié)構(gòu),每個(gè)承臺(tái)設(shè)計(jì)c30混凝土484方,整個(gè)承臺(tái)混凝土采取一次澆注；同時(shí)根據(jù)工期要求，承

2、臺(tái)混凝土需要在3月上旬進(jìn)行澆注，由于地處東北地區(qū)，3月平均氣溫在8左右，因此該承臺(tái)混凝土屬低溫條件下的大體積混凝土施工。2 混凝土溫度裂縫的理論分析在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。2.1 裂縫的原因 混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。

3、后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有（0.61.0）×104，長期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有（1.22.0）×104由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均

4、勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。2.2 溫度應(yīng)力的分析2.2.1 根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征，一

5、是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。2.2.2 根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，混凝

6、土冷卻時(shí)表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。3 大體積混凝土溫度控制措施通過對(duì)產(chǎn)生溫度裂縫的機(jī)理分析，針對(duì)承臺(tái)混凝土體積較大，并在低溫下施工的特點(diǎn)，我單位對(duì)溫度裂縫的控制尤其重視，主要采取“降低水化熱、內(nèi)排外保、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)”的方法來防止溫度裂縫的產(chǎn)生。3.1 降低水化熱主要通過混凝土配合比設(shè)計(jì)完成：在保證混凝土要求的前提下，摻加一定量的粉煤灰取代水泥，減小水泥用量，降低水化熱。摻加一定量的高效緩凝減水劑，改善混凝土的和

7、易性，降低水灰比，同時(shí)推遲混凝土溫度高峰值的出現(xiàn)時(shí)間，相應(yīng)提高同齡期混凝土的容許拉應(yīng)力。3.2 合理布置散熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)排3.2.1 混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算tmax=t0=(+0)/(c)*式中：t0=：混凝土的入模溫度，混凝土澆注時(shí)實(shí)際測量數(shù)據(jù)；w：每方混凝土水泥用量；0=：水泥28天水化熱；c：混凝土比熱：混凝土密度：混凝土散熱系數(shù)。當(dāng)混凝土入模溫度為9時(shí)，計(jì)算混凝土中心最高理論溫度為65.8。3.2.2 溫度控制標(biāo)準(zhǔn) 混凝土的內(nèi)表溫度差25；拆模時(shí)內(nèi)外溫差25；最大降溫速率2/天。3.2.3 冷卻管及測溫孔布置 在承臺(tái)頂部安裝水泵，與基坑聚集地下水相連，待承臺(tái)混凝土澆筑完畢，即通入循環(huán)冷水

8、，根據(jù)混凝土不同時(shí)期、不同位置的不同溫度情況，進(jìn)行通水散熱，保證溫度梯度差小于25，實(shí)現(xiàn)內(nèi)排。為提供可靠的溫度數(shù)據(jù)控制混凝土內(nèi)外溫差，采取擴(kuò)散狀布設(shè)不同溫度的測溫孔，對(duì)混凝土的澆注過程中、混凝土澆注完成后的不同齡期溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)在模板外側(cè)保溫層內(nèi)側(cè)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集。3.3 混凝土的保溫與養(yǎng)護(hù)3.3.1 混凝土的保溫 由于外界氣溫較低，為保證混凝土澆注質(zhì)量及減小混凝土的內(nèi)外溫差，在混凝土澆注前便開始采取在承臺(tái)周圍模板外側(cè)基坑內(nèi)布置蒸氣孔道排放蒸氣，并在表面利用塑料布及毛氈覆蓋，同時(shí)利用排氣量來調(diào)整模板外部溫度。3.3.2 混凝土的養(yǎng)護(hù) 在低溫條件下養(yǎng)護(hù)主要是保證混凝土的濕度和減小混凝土表

9、面的熱擴(kuò)散，降低表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫。在混凝土澆注完成后，最后一層混凝土終凝前即用毛氈覆蓋，內(nèi)部通入蒸氣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。3.4 嚴(yán)格控制拆模時(shí)間 根據(jù)測量混凝土的內(nèi)外溫差來決定拆模時(shí)間，直至外部溫度與混凝土內(nèi)部溫差小于25時(shí)才進(jìn)行模板的拆除。4 溫度變化結(jié)果分析根據(jù)溫度數(shù)據(jù)對(duì)混凝土總體溫度變化過程分析：混凝土入模12小時(shí)內(nèi)升溫迅速，升溫近25，3天后溫度達(dá)到峰值62，隨后開始下降，下降梯度為2/天；11天后溫度梯度趨于平緩。溫度沿高度方向，在承臺(tái)中心偏下位置溫度最高，并延此點(diǎn)向上下逐漸降低，在距離頂面1米內(nèi)梯度最大。5 結(jié)束語朝陽市黃河路大橋主塔墩承臺(tái)模板拆除后，混凝土表面平整、光潔，未發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，由此證明所采取的溫度裂縫控制措施是有效的，總結(jié)施工過程，得出以下結(jié)論：冬期大體積混凝土的施工首先從混凝土的配合比設(shè)計(jì)開始控制；合理的設(shè)置降溫系統(tǒng)是大體積混凝土施工成