某桥梁中大体积混凝土施工质量的控制措施
2010-09-15
1.前言
近年来，我国大型桥梁建筑日益增多，由于构造上需要一些悬索桥锚碇及桥梁承台，基础结构采用大几何尺寸的设计方案，采用混凝土施工时其庞大的体积达一万至几万立方米，而且与一般的钢筋混凝土相比，其结构厚实、混凝土体积大、工程条件复杂、施工技术要求高，水泥水化热易使结构产生温度和收缩变形。在这些桥梁施工过程中，已出现多起桥梁大体积混凝土工程质量问题，这些问题会给工程正常使用和耐久性带来不同程度的危害。本文就某工程实践中从设计、施工和质量管理等角度，研究如何保证大体积混凝土结构质量问题。
2.大体积混凝土施工质量问题原因
混凝土是由多种材料组成的非匀质材料，它具有抗压强度高、耐久性良好及抗拉强度低、抗变形能力差、易开裂的特性。多年的工程实践证明，大体积混凝土施工质量问题，不是力学上的结构强度问题，丽是混凝土温度变形产生裂缝问题。大体积混凝土结构，由外荷载引起裂缝的可能性较小，而由于水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化和混凝土收缩产生的温度应力和收缩应力是其产生裂缝的主要因素。因此，控制温度应力和温度变形裂缝的开展，是大体积混凝土结构施工中的一个重要课题。
混凝土桥梁大体积混凝土设计强度一般较高，多为C30或C40混凝土，混凝土的强度等级提高，使其胶凝材料用量也必须增加，经常达到400kg/m3以上。由于混凝土体积庞大，往往要经历几个月甚至一年多施工期，混凝土是热的不良导体，集中大量地长时间浇筑大体积高强度混凝土，其截面及厚度大且内部水泥水化放热时间相对集中，水化热聚集在结构内部不易散发，导致温升很大。混凝土浇筑初期弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。大体积混凝土内部的最高温度，实际上是由浇注温度、水泥水化热引起的绝热温升和混凝土的散热速率3部分所决定。在这3部分中，由水泥水化热引起的绝热温升是主要因素。综合大量的工程实测结果可知，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2-3d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。为防止混凝土温度应力产生裂缝，就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能两方面综合考虑。
3.大体积混凝土施工质量控制措施
3.1大体积混凝土配合比设计
(1)原材料选用。由于水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温升，大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等，并尽可能减少水泥用量。细骨料宜采用中砂，因为使用中砂比用细砂可减少水及水泥的用量。在可泵送情况下粗骨料，选用粒径5-20mm 连续级配石子，以减少混凝土收缩变形。使用掺合料，应用添加粉煤灰技术。在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能够节约水泥，降低水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度，推移温升峰值出现时间。
(2)外加剂的使用。采用减水剂，如SF-1缓凝高效减水剂；采用膨胀剂，如广泛使用u型膨胀剂无水硫铝酸钙或硫酸铝。试验表明，在混凝土添加了膨胀剂之后混凝土内部产生的膨胀应力，可以抵消一部分混凝土的收缩应力，这样，相应地提高混凝土抗裂强度。
3.2 温控措施及施工现场控制
(1)温度预测分析。根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场和温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准，进行保温养护优化选择。
(2)混凝土浇筑方案。采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度、前后浇筑的搭接时间；控制混凝土人模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振和过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝：浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，一般浇筑后3-4h内初步用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。
(3)混凝土温度监测。在混凝土内部、外部设置温度测点，设置保温材料温度测点及养护水温度测点．现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析。每一测点的温度值、各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。
(4)温度应力检测。为反映温控效果可在少数混凝土层中埋设应变计进行温度应力检测，应变计沿水平方向布置，检测水平方向应力分量。
(5)通水冷却。采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中铺设冷却水管，冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水和阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及温度。
4.构造设计上对大体积混凝土采取防裂措施
(1)设计合理的结构形式，可以减少工程数量，减低水化热。如可根据悬索桥锚碇受力特点，设计挖空非关键受力部分混凝土体积．利用土方压重方案，来减少混凝土结构体积。
(2)充分利用混凝土在基坑有侧限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下形成一定的预压力，补偿混凝土内部温度、收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。
(3)大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，依据结构受力情况可合理地确定混凝土评定验收龄期，打破正常标准28d的评定验收龄期，改为60d或更多天，评定验收龄期充分考虑混凝土的后期强度，从而减低设计标号，达到减少混凝土水泥用量减低水化热的目的。
(4)由于边界存在约束才会产生温度应力，采用改善边界约束的构造设计。如遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。在外约束的接触面上全部设滑动层，则可大大减弱外约束。
(5)还应重视合理配筋对混凝土结构抗裂的有益作用，可采取增配构造钢筋。配筋应尽可能采用小直径、小间距，全截面含筋率控制在0.3%-0.5%之间。在混凝土表面增设金属扩张网等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。
5.结束语
在桥梁大体积混凝土施工中，控制混凝土中心温度与表面温度，表面温度与环境温度之差是非常重要的。实践证明，在优化配合比设计，改善施工工艺，提高施工质量，做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，完全可以控制桥梁大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生，起到良好的施工效果。
参考文献：
【1】高田亮，桥梁工程大体积混凝土施工质量的控制探讨，科技咨讯导报2007年第14期 。
