桥梁大体积混凝土温度控制与防裂分析

2018-12-07夏广新

商品与质量 2018年49期

夏广新

辽宁天一建设有限责任公司辽宁沈阳 110011

混凝土是脆性材料，其抗拉强度仅为抗压强度的约1/10。大体积混凝土具有大的横截面，水泥的水化热使混凝土的内部温度急剧上升。在未来的冷却过程中，在某些约束条件下会产生相当大的拉应力。然而，在大体积混凝土结构中，通常只有少量钢筋或没有钢筋放置在表面上。因此，拉应力主要由混凝土本身承担，从而产生裂缝。

1 桥梁大体积混凝土温度裂缝原因分析

1.1 水化热

一般发生在施工过程和维修阶段。在大体积混凝土浇筑和初养护阶段，水泥水化过程中会产生大量的热量，导致内部温度较高。所以我们应该采取措施来控制内外温差不超过25℃，但往往由于管理不善，缺乏保温措施，导致内部和外部的温差太大，表面裂缝[1]。根据实际情况，选择水化热较低的水泥品种尽量在建设，限制了水泥单位消费，减少聚合成模具的温度，减少内部和外部的温差，缓慢冷却，如果必要的话，可以使用循环冷却系统内部散热或使用薄层连续铸造加速散热。

1.2 混凝土的收缩

混凝土收缩是混凝土在空气中硬化后体积减小的现象。这种无外力作用的混凝土自发性变形，在受到外部约束(支护条件、钢筋等)时，会在混凝土中产生拉应力，导致混凝土开裂。混凝土开裂的主要原因是塑性收缩、干收缩和温度收缩。硬化初期主要是水泥在水化硬化过程中的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水蒸发引起的干缩变形。

1.3 温度突变

桥梁工程中铸件由于太阳暴晒边容易使得部分混凝土温度明显高于其他地区，导致内部温度的上升产生的非线性，使它的作用下形成自己的约束过度局部拉应力引起的温度裂缝；此外，当混凝土浇注后由于突然下雨，冷空气入侵和其他天气效果造成的表面温度突然下降，也会使其内部和外部的温度梯度，温度应力也增加到一定程度时，将导致温度裂缝的产生[2]。

2 桥梁大体积混凝土温度控制与防裂

2.1 设计控制措施

（1）选择合理的结构形式和劈裂缝、砌块，改善大体积混凝土浇筑时的内外温度环境，减少混凝土内外温差。（2）考虑温度应力和设计荷载的共同作用，对结构构件的温度场进行模拟分析，校核温度应力和收缩力。（3）合理设置水泥水化放热引起的温度应力，控制混凝土开裂。（4）优化结构形式，改变结构构件的约束条件，降低约束应力。

2.2 合理分缝分块

在大体积混凝土的施工过程中，为了有效地减小大体积混凝土内外的温差，经常使用砌块铸造。块状铸造可分为两种方式：分层浇注和分段浇注。目前有三种类型的浇注方案：集成浇注，分段浇铸和斜面浇铸。当时间允许时，大体积混凝土结构可以分层浇筑多次，施工层按照施工节点进行处理，即薄层浇筑技术，使混凝土内部的水化热充分分布。重要的是要注意分层铸造的间歇时间。目前，大型水工混凝土一般遵循薄层间距短的原则，对施工缝的处理非常严格。在大体积混凝土桥梁的施工中，由于体积相对较小，经常使用一次性整体浇筑和多层浇筑。

2.3 降低浇筑温度

为降低混凝土的最高温度和温差，更直接的措施是降低浇注温度，但其实施必须具备一定的条件才能实现，可用于大型工程。降低浇注温度的具体措施包括：（1）降低原料的温度，如水泥冷却，集料冷却和预冷；（2）与混合水和冰混合；（3）浇注前预先冷却混凝土；（4）减少运输过程中倾倒的热量，包括缩短运输距离，使用特殊的隔热罐车，并用混凝土泵管包裹绝缘材料。在大体积桥梁混凝土施工中，实际措施是水泥的散热，骨料的冷却，冷却水和混合水的使用，缩短运输距离[3]。

2.4 冷却水管

目前，在大型混凝土现场温控措施中，冷却水管道由于其直接，经济，便捷的施工而在桥梁中得到广泛应用。使用冷却水管时，影响冷却效果的因素有：管道，管道直径，管道长度，埋设方式，间距，冷却水温度，水流量等。管道长度应根据现场条件确定，但长度不应超过400米；在镶嵌方法中，它分为矩形排列，梅花排列和交错排列；当然，冷却水的温度越低越好。但是，还应考虑冷却水和混凝土之间的温差，以防止裂缝周围的冷却水管。水流的速度确保管中的紊流[4]。

2.5 维护措施

大体积混凝土的常用固化方法是保温隔热。托克托古尔方法可用于寒冷地区。表面保温材料包括：保温棉被，泡沫塑料板，聚苯乙烯泡沫板，草袋，保温砂和喷涂保温。固化的主要目的是保持适当的温度和湿度条件，而混凝土的保温措施往往起到保湿作用。保温的目的有两个：（1）减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表面的温度梯度，防止表面裂缝的形成；（2）延长散热时间，充分发挥混凝土强度潜力和材料松弛特性，使混凝土拉伸应力引起的温差小于混凝土的抗拉强度，防止产生裂缝。湿固化的作用是：（1）浇注仍处于混凝土凝固阶段，水化速度快，适宜的湿度条件可以防止混凝土表面脱水而产生收缩裂缝；（2）在保温和湿度条件下，混凝土可以顺畅地水化，提高混凝土的抗拉强度。