探讨桥梁大体积砼施工技术

邢兰景杨功增

摘要：本文分析了桥梁大体积混凝土裂缝形成原因，介绍桥梁大体积承台混凝土施工工艺和材料选用，提出了几种经实践可供采取的降低水化热的措施，避免大体积混凝土构件开裂。

关键词：桥梁施工大体积砼技术探讨

Abstract: This paper analyzes the bridge big bulk concrete cracks causes, introduces bridge big bulk concrete construction process and material selection, and puts forward several practice can be taken to reduce the heat of hydration measures, avoid large volume concrete cracks.

Key words: bridge construction technology of large volume concrete

众所周知，水泥混凝土为复合性材料，由多种原材料组成，在外力、温度等因素作用下，它时常产生裂缝。据有关技术文献及工程施工经验分析裂缝产生的原因，大致可总结为两大类：其一为外部原因；其二则为混凝土自身原因。由于混凝土自身原因产生裂缝的类型很多，归纳起来大致有：干缩、温度、施工因素、化学作用裂缝等，本文主要探讨如何采取措施避免或减少混凝土内部原因造成的裂缝。

1、大体积混凝土的定义：

现行有关规范对大体积混凝土没有明确的定义，国内外有着略有差异的诠释。我们可以通过有关资料的介绍进行定义，美国混凝土学会认为，混凝土构件的最小尺寸大于0.6m即要考虑水化热引起构件体积变化和开裂问题；国际预应力混凝土学会认为，凡是混凝土一次浇筑的最小尺寸大于0.6m，且水泥用量大于400Kg/m3，应当考虑水化热散热慢或采取其他降温散热措施；日本建筑学会文献记录，混凝土构件断面最小尺寸大于0.8m，水化热引起混凝土温度升高，其与外界气温之差大于25℃时，该体积的混凝土称为大体积混凝土。

国内建筑部门则有文字记录，混凝土结构物实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。

2、大体积混凝土裂缝形成的主要原因：

在温度作用下，混凝土构件与其他物体一样，也会发生热胀冷缩现象，若混凝土构件较小，周围受不到任何约束，能够自由伸张、收缩，砼内部由于水化热引起的温度升高，能在短时间散发到周围空气中，构件内部与外界温差很小，一般不会产生裂缝，或有温差作用，在混凝土容许拉应力范围内时，也不会发生温度裂缝。当混凝土构件较大，受约束条件的影响，大体积混凝土由于温度变化会产生变形，如果这种变形受到约束就会产生约束应力，当应力超过允许值，会使混凝土结构产生裂缝。即使构件周围没有约束，由于构件体积过大，构件周边的散热较快，水泥水化热引起混凝土内部温度升高，结构内外温差较大，当温差大于25℃时，所产生的温度应力超出混凝土的抗拉能力，使得混凝土表面被拉裂而产生裂缝。有时外界温度过低，由于混凝土体积大，导致混凝土内外温差加大，也容易产生温度裂缝。在大体积混凝土中，水化热的散失与最小尺寸平方成反比，一道厚1.5m，两侧暴露在较冷空气中的混凝土墙，散失95%的水化热量需要一周时间，如果墙体厚达15m，散失95%的水化热则需要两年时间。由此可见，内部热量的散失是十分缓慢的，混凝土内部温度升高和温度变化的速度若能控制在一定范围内，是可以有效避免出现开裂的。

根据以上理论总结，形成混凝土内部热量的原因在于两个方面，一是水泥的水化反应产生水化热；二是混凝土内部各原材料胶结时的起点温度，混凝土内部温度系在此基础上聚集起来进而对结构造成危害的。针对以上原因，降低水化热产生危害的措施可在降低水泥水化热量（我们称为技术措施）及降低复合材料水化热起点温度（我们称为工艺措施）两方面分别入手。以某悬浇刚构桥梁26×12×4m尺寸的大体积承台，在施工过程中分别从混凝土组配技术及工艺方面采取措施，以避免裂缝的产生，具体分析如下：

3、降低大体积混凝土水化热的技术措施：

单位体积混凝土中，水泥品种成份、水泥用量、骨料、拌和水量等因素与复合后产生水化热的大小密切相关，因此，在技术上应充分利用上述各因素对水化热的影响，采取有效措施，降低水化热。

3.1优选水泥品种：

水化热的产生与水泥的矿物成分有关，为降低大体积混凝土的水化热，可选用矿渣硅酸盐水泥或者其他水化热值较低的水泥品种；

3.2降低水灰比：

水泥收缩与加水量成正比，加水量大，收缩量大，因此，采用低水灰比，降低单位体积水的用量可有效减少干缩、降低温度；

3.3降低水泥用量：

水化热产生的源头是水泥，水泥用量与产生的水化热量成正比，施工实践中常用的减少水泥用量的方式是在强度允许范围内尽可能掺加粉煤灰替代同体积水泥，进而达到降低水化热的目的；

3.4使用料径较大的粗骨料：

料径大的粗集料，颗粒形状和级配好，可有效避免用砂量过多，混合料中的细集料级配应当优良，且不要有黏性的砂。复合后的混合料和易性较好，抗压强度高，可同时减少用水量和水泥用量，降低混凝土升温；

3.5使用缓凝、减水型外加剂：

以往工程经验表明，减水剂的使用可降低水化热峰值，对混凝土有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。缓凝剂则可以增加混合料散热时间，同样有利于水化热的降低。市场上现有的高效减水剂经试配验证用量及使用性能后，绝大多数可同时降低用水量和水泥用量。

4、降低大体积混凝土水化热的工艺措施

大体积混凝土的水化热聚集，是在混合料入模温度基础上积聚的，外界温度越高，混凝土的浇筑温度也就越高，混凝土环境温度的提高，加速水泥的水化反应，当混凝土浇筑时气温为14℃时，第一个24小时内，水泥产生7d全部水化热的43%．浇筑时气温为30℃时，在第一个24小时内，水泥产生7d全部水化热的62.5%，环境温度越高，混凝土达到最高温度的时间也缩短了，因而减少了可利用的散热时间，不利于降低混凝土的最高温度。工程实践中，可采用下列工艺手段，有效降低混合料的环境温度：

4.1降低骨料温度

大多数时候，混凝土的浇筑时间受进度制约无法避免高温天气，可在集料堆上搭设凉棚，避免太阳直射，同时在拌和前喷洒冷水冷却碎石，利用人工措施降低骨料的浇筑温度；

4.2降低拌和水的温度

温度每升高l℃，冰水吸收的热量约为水泥和集料的4.5倍，采用冰水拌和，可有效降低混凝土混合料的浇筑温度，冰化成0℃的水，要吸收335J/g的热量。在拌和混凝土的过程中，在储水池内放人大量冰块以降低水的温度，从而可直接降混合料的入模温度；

4.3运输过程温度措施

在混合料泵送过程中，用麻袋或其他保水材料包覆后淋水降低管道温度，或者在模板外淋水养生，当混凝土浇注一定高度时，抽水注入套箱，对混凝土周边实行降温。

4.4浇筑过程中添加片石

混凝土浇注到一定高度时，大约60cm左右可往结构物内添加片石，混凝土覆盖一层后继续添加至总量约6%的片石，这样既可以吸收混凝土热量，又可节约成本。

4.5混凝土内部降温

在浇筑的混凝土中，埋设冷却水管，用连续流动的冷却水降低混凝土的温度。冷却水管采用直径为70mm的波纹管或薄钢管，沿水平方向分两层布设，进出口设于承台顶部混凝土面以上20~ 30cm，冷却水管在浇筑前需进行水压试验，防止破裂漏浆。冷却水管被覆盖后即可开始通水，以避免施工中产生使混凝土开裂的大梯度温差，冷却水管每天使混合料温度下降0.6~ 1℃左右为宜，混凝土浇筑结束后，采用加微膨胀剂的水泥浆灌浆填充。

5、养生

混凝土浇筑完成后即转入养护阶段，此时浇筑混凝土的水化作用已基本确定，温度的控制转为降温速度和内外温差的控制，可通过覆盖保温材料进行保温养护来实现，采用麻袋或者土工布之类保水性较好的材料覆盖，同时在冷却水管口附近设测温点，用于指导降温、保温工作的进行，控制混凝土内外温差在20℃以下。

结束语；

大体积混凝土由于水化热产生温度应力造成构件开裂对混凝土构件危害较大，裂缝可能出现在混凝土的表层，也可能出现在深层，甚至还会发生贯穿裂缝，其走向没有一定规律，已经引起了工程界的广泛关注，本文根据诸多文献资料及前人经验总结应用于工程实践，收到良好成效，笔者据此总结，与广大同行共同探讨。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。