浅析大体积砼施工温度裂缝控制
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【摘要】针对葫芦山湾跨海大桥的大体积钢筋混凝土承台施工时正值温度最高的7～8月份，为防止因温差造成温度裂缝，采取必要的降温控制措施，并对实测数据进行温度控制效果分析，证明施工中所采用措施是必需和有效的。
【关键词】大体积混凝土 温度裂缝控制
中图分类号：TV543+.6文献标识码：A文章编号：
1.工程概况:
本桥是跨越葫芦山海湾的一座大型桥梁，桥梁全长437m，桥梁结构形式为3-30+30+100+30+6-30。主体采用跨径30+100+30飞鸟式中承式系杆拱桥。中跨标准跨径100m，边跨标准跨径30m。引桥采用30m先简支后连续T梁。
主桥共有2个承台，每个承台下面均有15根直径为150cm的桩基，承台尺寸为1050cm（顺桥向）×2000cm（横桥向）×400cm（厚度），砼标号为C40，砼设计方量为952m3。根据设计要求承台要一次浇注完成。
2.大体积砼裂缝原因分析及温控标准
2.1大体积砼产生裂缝原因
2.1.1水泥水化热产生大体积砼的内外温差
由于水泥的水化热作用，砼浇注后要经历升温期、降温期、温度稳定期3个阶段。在升温阶段，大体积砼中砼的导热能力很差，热量均聚集在结构内部不易散发，与外界环境温度形成较高的温度差，内外温差使砼结构产生很大的温度应力，若该应力大于同期砼的容许应力则会出现温度裂缝。故控制新浇砼的内外温差是保证砼不产生裂缝的根本原因。
2.1.2外界环境温度的影响
大体积砼在施工期间外界环境气温对砼的内部温度有着重要的影响。外界温度越高，砼原材温度就高，入模砼的温度就越高。当外界气温下降时，浇注后砼的表面气温急剧下降，但其内部温度无法散热，造成砼表面温度和内部温度的温度梯度线增大，从而产生温度应力造成砼表面的开裂。
2.1.3内部约束条件的影响
在新浇砼的降温阶段，新浇砼受内部钢筋、封底砼及桩基钢筋的约束而不能自由收缩，阻碍着砼的变形并产生约束；而此时新浇砼的弹性模量相对较低，若降温梯度过大就会产生较大的温度拉应力，当该拉应力大于相应龄期的砼容许拉应力时就会出现裂缝。
2.1.4砼的收缩、徐变
砼在空气中凝固时体积减小的现象称为收缩。在荷载的长期作用下，砼的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，砼的应变随时间继续增长，这种现象被称为砼的徐变。众所周知，影响砼收缩徐变的因素很多，但主要有以下三点：(一)砼中80%的游离水分要蒸发，形成砼的毛细空隙，体积发生变形。(二)热膨胀的砼冷却后要收缩。(三)砼的组成成分和配合比、施工工艺等。
综上所述，造成砼开裂的主要原因是砼内部温度与外部环境温度引起的，只要能将降低内外温差这个问题就能从根本上控制砼的宏观裂缝。
2.2温度控制标准
综合考虑砼的入模温度、砼水化热的发展规律、养护条件、散热布置、配合比的设计、施工工艺等因素，制定了以下砼温度控制标准：(1)砼的内外温差不超过25℃；（2）拆模时内外温差小于25℃。
3.大体积砼温度控制措施
通过对大体积产生裂缝的机理分析，集合几个工程实践，着重从降低水泥水化热、降低砼的入模温度、改进砼的浇注工艺、通水散热、砼的养护、减少约束、严格控制拆模时间等方面做好砼的温度控制工作。确保内外温差控制在25℃以内，尽量降低砼内部温度的升降速率。
3.1砼配合比的设计
尽可能使用水化热较低的水泥，在砼中水泥是热源，把热源控制后才能降低水化热，尽量采用普通硅酸盐等低热量水泥；适当掺加一定量粉煤灰，掺入一定量的高效减水剂，起到缓凝、增加和易性、减少水泥用量、减少拌和用水，降低水灰比等作用。
粗骨料选用5～31.5连续级配碎石，含泥量必须低于1%，针片状少，符合筛分曲线，这样才能减少空隙率，减少水泥用量提高砼的密实性和强度；细骨料采用洁净的河砂,其细度模数在2.5以上，含泥量低于1.5%，减少砼的干缩，增强砼的收缩\徐变的能力。粉煤灰产地大连,为Ⅱ级，微硅粉产地宁夏，采取的配合比见表1
表1砼配合比
3.2降低砼的入模温度
3.2.1在浇注砼前对砂石料要遮阳覆盖以免阳光暴晒使其温度增加。
3.3合理地布置散热及测温系统
3.3.1散热管的布置
根据现场的实际情况，对主桥承台设计的冷却管采取上下三层，每层管采用几字形布置，冷却管水平间距1米，管接头采用90度弯头连接。
3.3.2通水散热
3.3.2.1冷却管采用具有一定刚度的外径为48mm，壁厚3.5 mm的钢管，安装时需要注意管道畅通，丝口接头可靠，并通过试通水检验，防止砼浇注过程中出现管道漏水现象。
3.3.2.2当砼浇注到每层冷却管时，冷却管内须立即通冷水，连续通水7天。
3.3.2.3通水过程中对管道流量\进出水温度均隔2小时进行一次测量记录。
3.3.2.4冷却管在连续通水7天后灌浆封孔，并将伸出承台侧面的管道截断。
3.3.3测温设备
为提供可靠的数据控制砼内外温差，考虑承台的的平面对称性，在承台平面位置上布置9个测温管。本测温方案采用管内注水，用温度计进行测温的方法。测量的数据主要包括入模温度、砼承台实体温度、外界气温、砼表面温度、冷却管进出水温度等数据。
3.4砼施工
砼施工严格按照(JTJ041-2000)中的相关要求进行，并对以下事项引起重视：
3.4.1砼的浇注顺序为自桩基预埋钢筋的位置向外浇注，浇注时防止承台边部浮浆太多，造成表面收缩裂缝；
3.4.2由于砼浇注时间长，应不断调整水灰比，尽量使砼塌落度均匀一致，保证其和易性；
3.4.3因承台钢筋密集，在砼下料时必须采用直径为300mm的串通下料，保证砼下落高度小于1m，防止产生砼的离析现象；
3.4.4严格控制砼施工结束时间，因承台的面积较大，表面收光需要时间较长，若砼在白天气温较高时结束，因砼的初凝时间较短且表面的水分散发较快，在表面容易产生收缩裂纹。
3.4.5严格控制拆模时间
根据测量的砼的内外温差确定拆模时间，若两者温差大于25℃，则不能拆模，继续通水散热，直至温差小于25℃时才能拆模。
3.4.6混凝土初凝后，在表面覆盖双层养生布，阴止日晒造成内表温差过大。
4．温控结果及分析:
4.1结果分析
4.1.1根据测量收集的数据对混凝土总体温度变化过程进行分析：混凝土浇注后12h内升温迅速，温升接近25℃；浇注完24h后内部最高温度达到70℃的峰值（与理论计算的基本相符），随后温度开始下降， 6天后温度梯度趋于平缓。自浇筑开始至拆模，其通水散热7天。拆模时外界气温28℃，承台中心处最高温度为57℃，距离承台外边缘0.5m处测点的平均温度为39℃(砼表面温度)，拆模时满足内外温差小于25℃要求。
温度沿高度方向上，在承台中心偏下位置温度最高，沿此点向两边逐渐降低，在距离顶面1m范围内温度梯度最大，底面由于封底混凝土保温效果好，温度下降较慢。沿水平方向，从承台中心到边缘，温度逐渐下降。
4.1.2从测量的砼表面温度分析，双层养生布起到了良好的保温效果，保温一般在8℃左右，减少了内表温差。
4.1.3冷却水管的降温效果
按一定的时间频率测量进出水口温度，从直观上反映了散热管的降温效果。
从测量的数据可以看出，取得了较好的降温效果。
5．结束语
葫芦山湾大桥主桥2个承台均于2008年7月至8月浇注完毕，在这2个承台中均按照上述温控措施进行控制，通水散热7天后拆模观察到表面光洁没有温度裂缝，证明采取的温控措施是正确有效的。
充分的准备工作、详细的施工方案、合理的人员机械是保证大体积砼顺利完成的前提；
原材砂石料的质量、外加剂的使用、对水泥的品种选择及使用量的大小、改进砼浇注施工工艺均为影响因素，关键在于如何降低水化热，提高砼的强度，控制温度应力；
合理的设置降温系统、严格的施工过程控制和正确的养护方法是大体积砼工程的关键。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。