周学宁
中铁交通投资集团有限公司 广西南宁 530012
摘要：随着经济和技术（材料技术、施工技术）的发展，混凝土单次施工体积也越来越大，达到几千几万立方米，其特征是体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部升温快，难以散热，当内外温差过大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用，因此必须从根本上进行研究，采取措施保证施工质量。
关键词：大体积混凝土；水化热；温控；裂缝；
前言
随着大跨度桥梁的建设,桥梁工程中大体积混凝土的采用日益增多,水化热产生的温度应力和由此引起的温度裂缝问题引起了众多学者的关注。在大体积混凝土施工过程中，由于控制不当，结构往往会出现裂缝，而这些裂缝的产生，就会破坏结构的整体性，从而降低强度，恶化受力性能，还会增加混凝土的透水性，减少使用寿命，因此，在施工过程中，必须认真加以控制，确保混凝土的施工质量。运用裂缝控制理论，研究裂缝原因，较好地做到了裂缝防止及控制。如何综合利用各类水化热温度控制措施,是施工的关键技术之一。为减小温度裂缝的发生,除了在水泥中掺加适量的粉煤灰、减水剂、缓凝剂,并严格控制混凝土入模温度外,在承台内设置冷却水管,进水管口、出水管口温差控制在15 ℃～20℃。
1、工程概况
本研究以高速铁路中少见的主跨168m矮塔斜拉桥承台基础为对象，对混凝土（C40）浇筑作业从技术及组织上进行了研究。
主墩承台：主墩承台19.1m×24.4m, 开挖深度7-8m，承台混凝土约2517.93m3，承台基坑开挖临近既有公路主干道，开挖深度较深，基坑支护和大体积混凝土的浇筑为难点工程。
2、施工关键技术控制
（1）承台大体积混凝土施工配合比（原材料控制）研究技术。
（2）承台大体积混凝土施工温控技术。
（3）承台大体积混凝土浇筑施工技术。
3 关键技术研究
3.1承台大体积混凝土施工质量保证技术研究
3.1.1 研究目的
大体积混凝土凭借其结构厚实，强度高等特点逐渐被应用于工程施工中，但是因其具有水化热高、收缩量大、容易开裂等特征，导致施工中具有一定的难度。
针对上述情况，在施工前分析了大体积混凝土施工中存在的问题，并主要从配合比设计、水化热温度的监控及混凝土浇筑工艺等方面进行施工控制，保证大体积混凝土施工的质量。
3.1.2配合比（原材料）的比选及优化
大体积混凝土施工过程中，配合比对大体积混凝土施工质量有着决定性影响，大体积混凝土施工主要难点就是混凝土开裂及控制温度保证混凝土强度，主要表现在一下几个方面：
1.选用水化热低的水泥品种水。水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。但是，水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出，这种泌水现象不仅影响施工速度，同时影响施工质量，施工时要及时进行表层水的排除。
2.优化混凝上配合比，掺加外加料和外加剂，减少水泥用量，外加剂的种类繁多，但一般常用的有两种：木钙减水剂和活性粉料-粉煤灰。掺木质素磺酸钙（简称木钙）减水剂（水泥用量的0.25%），可延迟水化热释放速度，热峰也有所降低，可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝，提高工作性及流动性，对收缩及抗拉强度几乎没有影响。掺粉煤灰能改善混凝土的粘塑性，还可降低水化热约15%（掺水泥用量的15%）。
3.大体积混凝土的骨料控制粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。粗骨料应选取粒径大、强度高、级配好的骨料，以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小混凝土裂缝的开展。
4.提高混凝土的抗拉强度。包括：控制集料含泥量。砂、石含泥量过大，不仅增加混凝土的收缩，而且降低混凝土的抗拉强度，对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量，将石子含泥量控制在1%以下，中砂含泥量控制在2%以下，减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响；改善混凝土施工工艺。可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆（浮浆）等方法；
加强早期养护，提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量；在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋，以改善应力分布，防止裂缝的出现。
最终通过多轮试验与比选，确定了满足现场施工的配合比：
3.1.3承台大体积混凝土施工温控技术
以桂丹立交特大桥主跨斜拉桥主墩承台为研究对象，开展工作。主墩（51号及52号）承台底台尺寸设计为24.4m×19.1m×4.5m，上台10.2m×17.5m×2.5m，混凝土强度为C40，拟承台分两次浇筑，第一次浇筑混凝土方量为2097.2m3，第二次浇筑混凝土421m3，施工组织及温控防裂尤为重要，承台大体积混凝土施工温控技术研究主要是通过冷却系统布置（Φ50mm钢管）、温度监测及温度控制，保证混凝土的芯部温度、表面温度、环境温度等温差值在允许范围之内，确保大体积混凝土的施工质量。
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根据承台断面尺寸及《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009)对温控施工现场监测点布置的要求，选择承台1/4体积范围作为温度监测范围（即浇筑体平面对称轴线的半条轴线为测试区），共计布设10个温控监测点，具体布设点位在混凝土浇筑体中心温度测点、外表温度测点、底面温度测点及其它断面位置测点。
中心温度测点位于混凝土浇筑体纵、横、竖向轴线交叉点；表面测点布置在混凝土表面以下50cm位置；底面测点布置在混凝土底面以上50cm位置，其余测点按照平面分层进行布置。
（1）测温设备
测温仪选择北京海创高科有限公司生产的JD-2建筑电子测温仪，配套有测温线，该仪器测试范围为-30℃～130℃。
主机体积：132×72×32mm
主机可分别与测温探头或测温线连接构成测温系统，可根据现场需要和测温点数量灵活配置。
（2）测试频率
浇筑混凝土时，及时测量混凝土的入模温度，根据实际测得温度确定是否及时开通冷却循环水，在混凝土浇筑完毕，按照每6小时一次的频率测量各点温度并记录。
（3）数据处理及分析
根据测量的数据，及时绘制各点温度与时间的关系曲线，根据实际测量数据计算混凝土里表温差及表面与大气温差，及时调整冷却循环通水温度和速度。
3.1.4承台大体积混凝土浇筑施工技术
主要以桂丹立交特大桥主跨斜拉桥主墩承台为研究对象，开展科研工作。混凝土强度为C40，承台分两次浇筑，第一次浇筑混凝土方量为2097.2m3，第二次浇筑混凝土421m3。
混凝土浇筑的工艺是保证混凝土施工质量的重要环节，混凝土浇筑工艺根据混凝土自身的技术条件（初凝时间、终凝时间、坍落度）、天气情况、道路交通、组织运输、混凝土搅拌站供应能力、劳动力组织情况、甚至是场地情况等进行综合统筹考虑，在混凝土浇筑前，组织技术人员（现场技术准备及分工：标高控制、投料指挥、振捣指挥、温度监控及记录）、试验室（现场技术准备及分工：试验任务、保证混凝土的工作性能及技术要求，根据现场情况变化及时进行调整）、作业班组（保证作业人员满足要求、令行禁止）、搅拌站（保证混凝土供应及时按照要求：混凝土运输车10辆,8-10立方运输能力）、物资部（保证汽车泵按时到场，同时保证混凝土原材的供应及备料）、现场管理人员召开专题会，通过协调和安排最终确定浇筑工艺为水平分层浇筑法。
（1）加强施工过程控制：
1）严格控制混凝上的入模温度在30℃以下。
2）埋设冷却管，在第一批浇筑的混凝土开始初凝时由专人负责，启动冷却水循环系统，通过水循环，带走混凝土水化热。
3）浇筑混凝土时，采用薄层浇筑，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌和物堆积过大高差，混凝土的分层厚度控制在20-30cm。
4）加强振捣，以期获得密实的混凝土，提高密实度和抗拉强度，浇筑后，及时排除表面积水，进行一次抹面，防止早期收缩裂缝的出现。
5）混凝土浇筑后，搭设遮阳布棚，避免阳光曝晒承台表面。
6）混凝土浇筑后，混凝土表面用上工布覆盖保温，并洒水养生，使缓慢降温、缓慢干燥，减小混凝土内外温差。
7）混凝土拆模时间控制，混凝土在实际温度养护的条件下,混凝土中心与表面最低温度控制在 25℃以内 ,拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。
（2）关键控制要点：
1）埋设冷却管（钢管），在第一批浇筑的混凝土开始初凝时由专人负责，启动冷却水循环系统，通过水循环，转移水化热热量，控制混凝土温度。
2）启动冷却管水循环以后，要通过测温设备实测混凝土芯部温度、表面温度、循环水温度，当里表温差超限或者接近上限时，采取措施，降低循环水的温度（用冰块调节循坏水温度），以降低混凝土芯部温度，使得里表温差控制在允许范围之内。
3）承台模板拆除后，侧面立即进行回填保湿、保温，回填土要保证有一定的湿度，必要时进行浇水，承台顶面沿着承台边砌筑一圈2层高红砖，然后进行蓄水保温，防止由于外界环境温度聚变引起混凝土表面温度的大幅变化，从而产生温度裂缝。
4、 推广应用的范围、条件和前景
该技术主要用于混凝土一次性浇筑数量大（满足大体积混凝土定义），技术、质量要求高（不宜分多次浇筑完成）的大体积混凝土构筑物。
5、结束语
现场技术工作与组织工作的有效性与协调性是大体积混凝土施工质量的控制的关键，同时，根据地域、区域、季节性变化做好技术方案的调整（尤其是混凝土配合比、降温方案及养护方案），技术工作不能一成不变，应根据前期施工总结不断改进和创新，才能保证施工质量。
随着建筑科技的不断发展和进步，大跨度桥梁、高层建筑及其它基础建设的限度不断提高，构筑物的基础强度及自稳能力要求不断增大，大体积混凝土施工在各个建设领域内不断扩大,“高”、“大”建筑施工成为一种趋势，该施工技术的应用经验对未来类似的大体积混凝土施工有很好的参考作用。
论文作者:周学宁
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
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