摘要：大体积混凝土结构在施工过程中由于温度应力等原因容易出现裂缝。为有效避免混凝土裂缝的产生，本文结合工程实例，通过对混凝土原材料、配合比、浇筑方式、气候环境因素等进行温度场和仿真应力场计算分析，以此制定出不出现有害裂缝的温控标准，并提出合理有效的温度控制措施。
关键词：干热河谷；大体积桥梁承台混凝土；温控技术应用
随着我国道路桥梁建设的飞速发展，桥梁施工技术也得到快速发展，大体积混凝土大量应用于于桥梁结构中。大体积混凝土结构在水泥水化过程中，受到内部和外部的约束而产生较大的温度应力，容易引起混凝土开裂。裂缝对结构承载力、防水性能和耐久性等都会产生极大的影响。需要计算分析并制定有效的温度控制措施，避免混凝土有害裂缝的产生，才能够确保大桥的整体质量。
1大体积混凝土裂缝产生机理
由于水泥水化过程中产生水化热，使浇筑后初期混凝土内部温度急剧上升，引起混凝土膨胀变形，而此时混凝土的弹性模量很小，因此，升温引起受基础约束的膨胀变形产生的压应力很小。随着温度逐渐降低混凝土产生收缩变形，但此时混凝土弹性模量较大，降温引起的变形受基础约束会产生相当大的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生温度裂缝，对混凝土结构产生不同程度的危害。此外，在混凝土内部温度较高时，外部环境温度较低或气温骤降期间，内表温差过大在混凝土表面也会产生较大的拉应力而出现表面裂缝。
根据裂缝产生的机理，因水化热释放、内外温差、收缩徐变、养生条件等因素，温度应力和收缩应力是产生裂缝的主要原因。因此要尽量降低混凝土最大温升、延缓最大温度出现的时间，控制混凝土内部水化热总量和其释放速度，控制混凝土中心和表面，混凝土表面和气温之间的温差就十分重要。
2温控计算分析和温控标准
2.1工程概况
元（江）蔓（耗）高速公路罕龙1号特大桥位于云南省红河县，左右两幅主桥均采100+180+100米预应力混凝土连续刚构，主墩承台为 23.2×18.2×5m 矩形承台，承台C30混凝土方量 2111m3。项目所在地为典型的干热河谷地区，夏季气候炎热，日照持续时间长，空气较干燥。年平均气温 11.2～23.4℃，最高气温可达 42.3℃。
为制定合理有效的温控标准，事先进行了温度场及应力场仿真计算。计算模拟混凝土实际施工过程进行，不仅考虑了混凝土的浇筑分层、浇筑温度、养护、保温和混凝土的边界条件，而且考虑了混凝土的弹性模量、徐变、自生体积变形、水化热的散发规律等物理热学性能，并根据计算结果制定了温控方案。
2.2温控计算分析
温控计算采用大型有限元程序 s midas l civil 进行。根据计算分析结果，混凝土温度在浇筑后一般在2～3天左右达到峰值，约1天后温度开始下降，初期降温速度较快，以后降温速率逐渐减慢，至15～20天后降温平缓。由于混凝土分次浇筑，下层混凝土的温度随着上层混凝土的浇筑会出现一定程度的反弹。混凝土中部温度最高，四周温度较低，靠近边缘部分混凝土温度梯度最大。承台底部处于约束区，最大拉应力位于承台顶面，且拉应力随龄期增长而增大，约 60 天左右达到最大值（2.52MPa）。混凝土主拉应力均小于同强度等级混凝土容许劈裂抗拉强度，混凝土抗裂安全系数 K≥1.1。
根据本工程的实际情况，制定如下温控标准：承台混凝土最大水化热温升≤63.5℃；最大内表温差≤20℃；混凝土表面温度与气温之差≤20℃，混凝土表面养护水温度与混凝土表面温度之差≤15℃；允许混凝土最大降温速率≤2.0℃／d。
3混凝土温度控制措施
3.1 严格控制原材料质量，优化混凝土配合比设计
配合比设计在规范允许范围内尽量掺加粉煤灰等矿物掺合料，以减少水泥用量，矿物掺合料与高性能外加剂双掺，能有效降低混凝土的水化热，放缓放热速率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过试验配合比优化，选择普通硅酸盐水泥加粉煤灰进行掺配，以降低混凝土在凝结过程中产生的水化热，混凝土坍落度控制在140～160mm之间。承台混凝土内添加高性能减水剂，在配合比试验时首先对所选用外加剂与水泥进行适用性试验，根据现场施工组织情况确定缓凝时间。
3.2 冷却管安装及通水
根据混凝土内部温度分布特征，主墩承台混凝土内布设4层冷却水管，冷却水管为φ40mm的薄壁钢管，其水平间距为1m，最外层水管距离混凝土最近1.1m。冷却水管进水口集中布置，以利于统一管理。
由于承台钢筋密集，在布管时，水管要与承台主筋错开，当局部管段错开有困难时，适当移动水管的位置。冷却水管设置架立钢筋进行绑扎固定，防止混凝土浇筑过程中，水管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。冷却水管安装完成后，先进行通水试验，以确保水管畅通且不漏水时，方可进行混凝土浇筑。混凝土浇筑到各层冷却水管标高后即开始通水，使进、出口水的温差不大于6℃，通水流量应大于30L/min；为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升，
采取二次通水冷却，通水时间根据测温结果确定。
3.3 混凝土浇筑温度的控制
降低混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。相同混凝土，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。混凝土的入模温度应视气温而调整。在混凝土浇筑之前，通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度，可以估算浇筑温度。若浇筑温度不在控制要求内，则应采取相应措施。为降低混凝土出罐-入模温度，砂、石、水泥均取用棚内存料；要求混凝土出罐、入模温度和原材料温度每2小时测温一次。
3.4 合理确定混凝土浇筑方案
承台分两次浇筑，第一次浇筑高度为2米（845m³混凝土），第二次浇筑剩余3米（1266 m³混凝土）。承台浇筑混凝土采用汽车泵浇筑，由于浇筑面积较大，承台浇筑采用推移式连续浇筑施工。推移式连续浇筑施工应从低处开始，沿长边方向自一端向着另一端进行。浇筑过程中应缩短间歇时间，必须在前层混凝土初凝之前将次层混凝土浇筑完毕。层间间歇时间不大于混凝土初凝时间（混凝土初凝时间根据试验确定），当层间间歇时间超过初凝时间时，按照施工缝处理。
3.5 加强混凝土养护
本工程位于红河干热河谷地区，高温干燥，混凝土表面水份蒸发快，需高度重视养护工作。混凝土养生采用连续流出的冷却水配合人工浇水，表面终凝后覆盖麻袋，形成良好的保温层，并使土工布在养生期间内始终保持湿润始终保持土工布表面潮湿在7d以上。
4 温度测量
为检验施工质量和温控效果，掌握温控信息，以便及时调整和改进温控措施，在承台混凝土中布设4层36个测点，采用PN 温度传感器和温度检测仪进行温度测试。峰值以前每2h监测一次，峰值出现后每 4h监测一次，持续5天，然后转入每天测2次，直到温度变化基本稳定。在检测混凝土温度的同时，还应监测气温、冷却水管进出口水温、混凝土浇筑温度等。
根据温度监测，承台中心最高温度为58.7℃，满足混凝土内部温度不大于63.5℃的要求，表面温度平均41.6℃，施工环境温度平均27℃，均能满足内外温差不大于20℃的要求，确保了大体积混凝土施工质量。
5 结语
综上所述，混凝土裂缝产生的原因和机理是多样而复杂的。要避免、防止大体积混凝土产生危害性的温度裂缝，或最大程度降低其产生的几率，必须根据工程的实际情况，对大体积混凝土的温度场和温度应力进行准确地预测分析，以此制定合理的温控方案，使混凝土内部温度场变化按照预想的方向发展，确保混凝土施工质量。
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[3]石晓飞. 混凝土强度检测若干问题探讨[J]. 广州建筑，2018（2）.
论文作者:赵晓平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：混凝土论文; 温度论文; 应力论文; 裂缝论文; 水化论文; 水管论文; 体积论文; 《基层建设》2019年第17期论文;