摘要：大体积混凝土的裂缝控制问题是桥梁基础施工中十分重要的课题，对于桥梁基础大体积混凝土而言，如何制定合理的裂缝预防和控制措施，对混凝土材料进行准确评价并加以合理利用，将关系到整个桥梁基础工程的安全性和经济性，因此，全面深入地开展桥梁基础大体积混凝土温控防裂全套技术研究可为桥梁基础的设计和施工提供可靠的科学依据，并对保证施工质量、提高工程安全度、节约工程投资都具有重大意义。
关键词：桥梁；大体积混凝土；施工控制
1、引言
《大体积混凝土施工规范》中对大体积混凝土的定义为：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土为大体积混凝土。日本建筑学会的标准是：“结构断面尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。”综上，大体积混凝土结构其根本特征是结构厚实，混凝土量大，水化热使结构物产生温度和收缩变形，应采取相应措施减少温度变形引起的开裂。
2、桥梁大体积混凝土施工控制
大体积混凝土开裂主要是水化热使混凝土温度升高引起的，所以采取适当措施控制混凝土温度升高和温度变化速度，具体措施有原材料的选用、配合比设计、分层浇筑、冷却管的埋设及通水冷却，最后混凝土浇筑完毕待其初凝后进行保温养护。
2.1 施工准备
配合比设计原则除应符合《大体积混凝土施工规范》4.3条外，尚应符合如下原则：1）混凝土配制强度等级按《混凝土配合比设计规程》执行。2）混凝土的水灰比宜在0.4～0.6，砂率宜为35～45%，建议砂率取39%以上，初凝时间宜在4h以上，坍落度：12～16cm。3）为了减少绝对用水量和水泥用量，改善混凝土和易性、可泵性和延长缓凝时间，可掺加优质粉煤灰和抗裂、防渗、减水、缓凝等外加剂。4）为补偿混凝土的收缩，应掺一定数量的UEA膨胀剂。5）细骨料宜采用中砂，其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应少于15%，含泥量不得大于1%。粗骨料针片状颗粒含量不宜大于10%，含泥量不得大于1%。
（3）混凝土水化热试验：大体积混凝土水泥水化发热量是温度裂缝控制最关键的一个参数，因此，在进行配合比试验时必须同时进行水化热试验研究。胶凝材料的水化热试验测量3d、7d、14d、28 d的发热量。7 d的水化热不宜大于250kj/kg。
（4）输送管道设计：尽可能缩短混凝土输送管线长度，输送管道布置要求横平竖直，混凝土输送管应根据粗骨料最大料径、输送距离等确定。
2.2材料选择与质量控制
材料措施是选择混凝上原材料、优化混凝土配合比。在选材的基础上通过优化配比，以获得“低温（低浇注温度）”、“低热（低水化热温升）”混凝土，借以缩小温差，减少或避免裂缝，达到裂缝控制的目的。其具体做法如下：
（1）水泥：一般采用中、低热硅酸盐水泥，使用前应进行水化热分析，并检测其碱含量及化学成分；水泥中C3A含量不宜超过89/6，水泥细度（比表面积）不超过350m/kg，游离氧化钙不超过1.95/5，氯离子含量不宜超过水泥质量的0.2%，水泥含碱量不宜超过水泥质量的0.6%。混凝土内总含碱量不应超过3.0kg/m³。混凝土中胶凝材料最小用量应大于300kg/m3，最大用量不宜超过400kg/m3，最大水胶比为0.50。
（2）粉煤灰：所选用的掺和料必须品质稳定、来料均匀、来源固定。掺入优质粉煤灰取代水泥，三氧化硫含量≤3%，需水量比宜≤105%。取代量应不少于胶结材料总量的20%，当掺量超过30%以上时，水胶比不宜大于0.42。
（3）外加剂：外加剂应具有减水、保塑、缓凝、泵送、等复合功能；使用前检测其碱含量。外加剂中氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总量的0.02％，高效减水剂中硫酸钠含量不宜大于减水剂干重的15％。
（4）粗骨料：采用5～31.5mm连续级配碎石，骨料要求：1）粗骨料堆积空隙率不超过40％；对不同细度模数的砂子，控制4.75mm、O.6mm和0.15mm筛的累计筛余量分别为O～5%、40%～70%和≥95%。粗骨料的压碎指标不大于7%，吸水率不大于2%，针、片状颗粒不宜超过5％。2）粗、细骨料中含泥量应分别低于O.7%和1%；粗、细骨料中的水溶性氯化物折合氯离子含量均不应超过骨料质量的0.02%。3）粗骨料的最大公称直径应小于钢筋间最小净距和保护层厚度的2/3。4）水：混凝土拌和用水中氯离子含量不大于200 mg/L。
2.2.3 混凝土浇筑施工：1）混凝土浇筑方案应根据结构平面位置、混凝土工程量、混凝土供应能力、预期浇筑时间等确定混凝土泵的数量和平面位置以及搅拌运输车的台数等。2）混凝土浇筑应符合下列规定：混凝土浇筑层厚度宜为300-500mm。整体分层连续浇筑或推移式连续浇筑，应缩短间隙时间。3）大体积混凝土施工技术措施：混凝土浇筑顺序的安排，以薄层连续浇筑以利散热，不出现冷锋为原则，并采取斜面分层、一个坡度、自然流淌、一次到顶、步步推进的浇筑方案。
大体积混凝土施工中，温度控制的项目主要有：砼各组成材料的原始温度，混凝土搅拌的拌和温度、入模温度、浇筑温度、冷却水水温和混凝土浇筑后内部水化热温度的测定，温度测定采用铜-铜康热电偶，Jdc-2混凝土测温仪，热电偶固定在结构物架立筋上，安装后要有良好的绝缘性和抗干扰能力，测温点在浇筑高度范围内分浅层、中层、深层布置，在平面范围内分中间和边缘布置，混凝土浇筑后第一周每隔2h测一次，第二周每隔6h测一次，连续测温15d。
2.2.4 结构措施
（1）合理配置钢筋。配筋是控制混凝土裂缝的主要手段，对于由荷载引起的裂缝及其裂缝宽度上要依靠配筋控制。主要的控制指标有：最小钢筋面积、钢筋最大直径、钢筋最大间距等。
（2）确定合理的混凝土强度等级。对于大体积混凝土底板，应在满足抗弯及抗冲切的计算要求下，尽可能采用C20～C35级的砼。
2.2.5大体积混凝土温控计算分析
在大体积混凝土浇注前，应根据方案确定的混凝土分层浇注的顺序、混凝土配合比、通水冷却方案、混凝土养护方案，进行大体积混凝土热传导分析和温度应力分析。估算混凝土浇注及养护过程中温度变化情况、管冷效果、最大温度收缩应力。并根据温控计算结果调整混凝土配合比、混凝土浇注和养护工艺。
混凝土温控分析包括热传导分析和热应力分析两个过程。热传导分析是通过考虑胶凝材料水花反应时产生的热量、对流、传导等因素，计算混凝土温度随时间变化过程；热应力分析是利用计算得到的不同时间的温度，考虑随时间和温度变化的材料特性、干缩、随时间和应力变化的徐变等，计算大体积承台混凝土各施工阶段的应力。
水化热计算方法：参考《大体积混凝土温度应力与温度控制》表2-5-2中查得普通硅酸盐水泥的水化热系数Q0=330kJ/kg，根据水泥水化热计算得大体积混凝土的绝热温升计算公式如下：
式中：
—水泥绝热温升；
—水泥水化热；W—水泥用量；k—折减系数，对于粉煤灰取0.25；F—混合料用量；C—混凝土比热；
—混凝土密度；
2.2.6大体积混凝土温控与养护
在混凝土浇筑过程中即进行冷却水循环，有效降低混凝土水化热峰值，并将内部产生的热量随时带走，降低结构物的内外温差。冷却循环水持续15d，以保证将结构物内部产生的大部分水化热散出结构物，从而最大程度地避免温差裂缝的产生。
3、结语
桥梁大体积混凝土施工是通过对混凝土配合比和外加剂的优选，在满足设计指标的前提下，降低水泥用量，采取综合温控措施，在计算混凝土内部温度场和应力的前提下，对混凝土搅拌、运输、浇筑、养护等全过程进行控制，防止混凝土结构裂缝的产生。
参考文献：
[1]建筑施工中大体积混凝土浇筑技术的应用[J].王志军.建材与装饰.2018（16）
[2]大体积高强混凝土施工裂缝的控制对策分析[J].高尚勇.山西建筑.2017（28）
论文作者:董国豪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：混凝土论文; 水化论文; 体积论文; 骨料论文; 温度论文; 裂缝论文; 水泥论文; 《基层建设》2019年第26期论文;