大口子橋大體積承臺混凝土施工要點淺析

[摘要]在現代橋梁建筑中，大體積混凝土的工程規模日趨擴大，為確保大體積砼施工質量，除滿足強度等級、抗滲要求外，關鍵要嚴格控制混凝土在硬化過程中引起的內外溫差，防止因溫度應力而造成混凝土產生裂縫。本文結合大口子橋工程實踐，分析了溫度裂縫產生的原因，提出了大體積混凝土結構防止產生裂縫的措施。

[關鍵詞]大體積；混凝土；施工；要點

1 概述

《公路橋涵施工技術規范》JIJ041－2000中是這樣定義大體積混凝土的：“大體積混凝土現場澆筑的最小邊尺寸為1～3m且必須采取措施以避免水化熱引起的溫差超過25攝氏度的混凝土稱為大體積混凝土?！?/p>

大體積混凝土結構的截面尺寸較大，裂縫一般在混凝土澆注短期內形成，此時設計荷載尚未作用于結構上，因此由外荷載引起裂縫的可能性很小。但由于水泥的水化作用是放熱反應，大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能，因此其內部溫升幅度較其表層的溫升幅度要大得多，而在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中，內部降溫速度又比其表層慢得多，在這些過程中，混凝土各部分的溫度變形及由于其相互約束及外界約束的作用而在混凝土內產生的溫度應力，是相當復雜的。一旦溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，混凝土就會出現裂縫。

大體積混凝土結構的施工技術和施工組織都較復雜，施工時應十分慎重。否則易出現質量事故，造成不必要的損失。組織大體積混凝土結構施工，在模板、鋼筋和混凝土工程方面有許多技術問題要逐個解決。本文著重介紹大體積混凝土的裂縫控制。

2 大體積砼裂縫通常出現的形式

一是由于砼沉縮、表面塑性收縮產生的表面淺層裂縫，該類裂縫一般在平面內分布無規則且較短，不影響結構使用，僅作表面防護處理即可；

二是由于砼升溫過高、溫差過大或降溫過快產生的深層、通長或貫穿裂縫，該類裂縫一般首先出現在長邊方向中部、邊角處和截面突然變化處，影響結構整體受力和使用耐久性。

3 裂縫產生的原因

大體積混凝土結構裂縫的發生是由多種因素引起的。各類裂縫產生的主要影響因素如下：

3.1水泥水化熱的引起的溫度應力和溫度變形。水泥在水化過程中產生了大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg／m3～550Kg／m3來計算，每m3混凝土將放出17500KJ－27500KJ的熱量。因而使混凝土內部的溫度升高(可達70℃左右，甚至更高)。對于大體積混凝土來講，這種現象更加嚴重。當混凝土內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，溫度應力與溫差成正比，溫差越大，溫度應力越大，，當溫度應力超過混凝土內外的約束力時，就會產生裂縫。混凝土內部的溫度與混凝土的厚度及水泥用量有關，混凝土越厚，水泥用量越大，內部溫度越高。防止混凝土出現裂縫的關鍵是控制混凝土內部與表面的溫差。

3.2混凝土收縮的影響?；炷猎诳諝庵杏步Y時體積減小的現象稱為混凝土收縮。混凝土中的80％水分要蒸發，約20％的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30％自由水分幾乎不引起收縮，隨著混凝土的陸續干燥而使20％的吸附水逸出，就會出現干燥收縮，而表面干燥收縮快，中心干燥收縮慢?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發變形，受到外部約束時(支承條件、鋼筋等)，將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

3.3外界氣溫濕度變化的影響。大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產生起著很大的影響?；炷羶炔康臏囟仁怯蓾仓囟?、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應力，極其容易引發混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

3.4其他因素的影響。建筑物基礎的不均勻沉降也會產生裂縫，這種裂縫會隨著基礎沉降而不斷的增大，待地基下沉穩定后，將不會變化。混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續、數量不夠，砂率及水灰比不當所造成的裂縫。水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學反應也會產生裂縫。內外約束條件的影響。本工程承臺砼與地基澆筑在一起，當溫度變化時，受到下部地基的限制。因而產生外部約束應力。混凝土在早期溫度上升時，產生的膨脹受到約束而形成壓應力。當溫度下降，則產生較大的拉應力，若超過混凝土的抗拉強度，混凝土將會產生垂直裂縫。另外，混凝土內部由于水泥的水化熱而形成中心溫度高，熱膨脹大，因而在中心產生壓應力，在表面產生拉應力。

外界氣溫變化的影響：大體積砼在施工階段，常受外界氣溫的影響?；炷羶炔繙囟仁怯伤嗨療岬慕^熱溫度、澆筑溫度和散熱溫度三者的疊加。當氣溫下降，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與混凝土內部的溫度梯度，產生溫差和溫度應力，使大體積混凝土產生裂縫。

4 防止產生裂縫的措施

大體積混凝土的裂縫破壞了結構的整體性、耐久性、防水性、危害嚴重，必須加以控制，大體積開裂主要是水化熱使混凝土溫度升高引起的，所以采用適當措施控制混凝土溫度升高和溫度變化速度，在一定范圍內，就可避免出現裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程，包括選擇混凝土組成材料、施工安排、澆筑前后降低混凝土的措施和養護保溫等。

4.1優選混凝土各種原材料

所用材料必須符合現行國家標準規定；

4.1.1水泥的選擇。水泥選用低熱的水泥品種。理論研究表明大體積混凝土產生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥。

4.1.2骨料的選擇。在選擇粗骨料時，可根據施工條件，盡量選用粒徑較大、質量優良、級配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現象。

在選擇細骨料時，采用平均粒徑較大的中粗砂，減少每立方米砼的用水量和水泥用量，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

控制砂、石的含泥量，本次施工石子含泥量控制在1％之內，吸水率不應大于1.5％，所含泥土不得呈塊狀或包裹石子表面，砂的含泥量控制在2％以內，以免增加砼收縮及降低砼的抗拉強度。

4.1.3摻加外加料和外加劑。摻加適量粉煤灰，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的。但摻量不能大于30％。摻加適量的減水劑，它可有效地增加混凝土的流動性，且能提高水泥水化率，增強混凝土的強度，從而可降低水化熱，同時可明顯延緩水化熱釋放速度。

4.2設計優化措施。

4.2.1精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設計準則，生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

4.2.2避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。

4.3施工控制措施。

4.3.1控制混凝土入模溫度。入模溫度的高低，與出機溫度密切相關，另外還與運輸工具、運距、轉運次數、施工氣候等有關。在溫度較高的情況下進行施工，可以在施工現場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。

如果是在冬季進行施工，因為要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應該對基礎及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預熱，對原材料應視氣溫高低進行加熱。

4.3.2嚴格控制混凝土的澆筑速度，一次澆注的混凝土不可過高、過厚，以保證混凝土溫度均勻上升。保證振搗密實，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，嚴防漏振及過振。

4.3.3砼溫度控制、監測與養生。

(1)溫度控制、監測。溫控現場監測內容有出機溫度、入模溫度、澆筑溫度、砼塊體升降溫、里外溫差、降溫速度及環境溫度。為降低大體積混凝土的水化熱，在混凝土的內部通人冷卻循環水，采用循環法保溫養護，以便加快混凝土內部的熱量散發。為能夠較準確地測量出砼內部溫度，在砼中預埋測溫管，用水銀溫度計或電子測溫儀測溫。測溫點布置必須具有代表性和可比性，能全面反映大體積砼各部位的溫度，應考慮大體積砼全斷面包括中心和上表面、下表面；全平面包括中部和邊角區。上下層溫差控制在15～20℃之內。在混凝土溫度上升階段每2～4小時測一次，溫度下降階段每8小時測一次，同時應測大氣溫度。所有測溫孔均應進行編號，進行混凝土內部不同深度和表面溫度的測量。

根據各測點的溫度，可及時繪制出混凝土內部溫度變化曲線，對照混凝土理論計算值，分析存在的問題，有的放矢地采取相應的技術措施。在測溫工程中，當發現溫差超過25℃時，應及時加強保溫或延緩拆除保溫材料，以防止混凝土產生溫差應力和裂縫。

(2)砼養護。砼養護是大體積砼施工中一項十分關鍵的工作。主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內外溫差，促進砼強度的正常發展及防止裂縫的產生和發展。

從砼澆筑完成到終凝這段時間的養護對砼而言十分重要。砼終凝后立即養護，養護時間宜不少于10天，養護期間砼表面保持濕潤；混凝土澆筑完畢后，在其頂面及時加以覆蓋，養護采用塑料布+草簾被(毛氈被)的方式，塑料布在收面工作完成后及時覆蓋，根據施工氣溫決定是否澆水，草簾被根據施工氣溫、混凝土內外部溫差等情況調整。要求覆蓋嚴密，并經常檢查覆蓋保濕效果。其主要作用有二：一是蓄水保溫，防止表面水分蒸發和抵抗受太陽輻射與刮風時溫度驟變，二是保持內外溫差的穩定。

4.3.4健全施工組織管理。在制訂技術措施和質量控制措施的同時，還需落實組織指揮系統，逐級進行技術交底，做到層層落實，確保順利實施。

5 結合本工程情況，采取的施工措施

5.1砼采用砼攪拌車運輸泵送入模。

5.2根據砼的特點，本次施工宜采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的斜面澆筑方法。以便縮小砼暴露面積及加大澆筑面積及加大澆注強度(確保每小時砼供應量)等措施以利縮短澆筑時間。

5.3砼振搗時，除控制每層的澆筑厚度及控制底板砼斜向流淌長度外，還應組織好振搗棒的走向，控制振搗時間保證砼振搗密實以及防止漏振、過振。

5.4砼泵送時，優先供應中間泵位，使澆筑呈弧形向前進行以便砼泌水隨砼澆筑流向兩側，用軟水軸泵及時排除泌水，尤其在雨天，在接頭處澆筑時采用反向斜面分層，使泌水上升形成一集水溝，便于抽除。

5.5砼表面處理：宜在砼初凝前1～2小時進行，一般先用長括尺按標高刮平，然后在砼初凝前用木蟹打磨抹壓兩次，并用硬掃帚刷砼表面，以閉合砼早期收縮裂縫。

5.6混凝土配合比設計。為滿足《質量檢驗評定標準》要求，試配強度按照fcut=fcuk+1.645σ計算結果作為參考，保證具有95％的保證率，并經過多次試配確定。坍落度需要滿足泵送和吊斗施工要求，并保證在一小時之內無明顯損失。結合本地區水泥供應實際情況，所選用水泥屬中水化熱品種的水泥?？刂苹炷恋拇止橇喜捎?～31.5mm連續級配的碎石，針片狀顆粒含量不應大于10％，泥土粉塵含量不大于1％，細骨料采用優質中粗砂，含泥量不應大于2％，細度模數控制在2.5左右。混凝土配合比經過多次試配，選擇了合適的配合比。

5.7澆注工藝。

(1)該工程結合施工現場情況，啟用了現有的兩臺拌合樓，以確?；炷恋墓皶r?；炷敛捎梅謱舆B續灌注，一次成型，分層厚度宜為30cm左右，分層間隔灌注時間不得超過試驗所確定的混凝土初凝時間，以防出現施工冷縫。

(2)混凝土澆筑順序采取橫橋方向按1:4的坡度順橋向斷面攤鋪，待30cmm厚的薄層混凝土全斷面布料完畢，再重復順沿橫橋方向澆注混凝土。

(3)順橋向設置8個簡易漏斗和8套串筒，沿橫橋方向布置3排。各漏斗間距按照3m3混凝土灌注斗計算確定間距約為3.0。下料之后，應及時組織攤鋪。

(4)混凝土振搗采用φ50mm和φ80mm插入式振搗器，振搗深度對于大面積分層澆注混凝土，如果下層混凝土已進入初凝或即將初凝，則振搗棒振搗時不宜插入下層，以達下層表面為宜，如下層混凝土未達初凝可插入下層5cm，保證下層在初凝前再進行一次振搗，使混凝土具有良好的密實度，防止漏振，也不能過振，確保質量良好。

(5)每次灌注必須按規范留足強度試件。

(6)混凝土在澆筑振搗過程中產生的大量泌水，采用足夠數量的潛水泵，或泥漿泵，及時排除并及時清除鋼筋表面堿和混凝土。

5.8溫控及防裂措施。

5.8.1合理選擇原材料，優化混凝土配合比。

5.8.2混凝土結構內部埋設冷卻水管和測溫點，通過冷卻水循環，降低混凝土內部溫度，減小內表溫差，控制混凝土內外溫差小于25℃，通過測溫點測量，掌握內部各測點溫度變化，以便及時調整冷卻水的流量，控制溫差。

(1)冷卻水管埋設。冷卻循環水管采用ψ25mm黑鐵管，按照冷卻水由熱中心區流向邊區的原則，進水管口設在近混凝土中心處，出水管口設在混凝土邊區處。進、出水口均引出混凝土面以上。每層水管的垂直進、出水口互相錯開，且出水口有調節流量的水閥和測流量設備。埋設位置及測溫點見冷卻水管布置示意圖。

(2)冷卻水管安裝時，要以鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠，以防混凝土灌注時水管變形及脫落而發生堵水和漏水，并做通水試驗。

6 結束語

對于混凝土裂縫，應以預防為主，為此需要精心設計、施工，掌握住它的基本知識，并根據實際采取有較措施，會使施工質量得到很好的保證。以上各項技術措施并不是孤立的，而是相互聯系、相互制約的，設計和施工中必須結合實際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。

實踐證明，在優化配合比設計，改善施工工藝，提高施工質量，做好溫度監測工作及加強養護等方面采取有效技術措施，堅持嚴謹的施工組織管理，完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發生。