PPP路橋項目施工中大體積混凝土溫度裂縫防治技術研究

徐 偉

（武漢江夏路橋工程總公司，湖北 武漢 430207）

0 前言

隨著公共基礎設施建設的快速發展以及政府財政壓力的不斷增加，公共基礎設施建設正逐步向私人企業參與的多元化融資管理模式轉變。國家財政部指出政府和社會資本合作（Public-Private-Partnership，以下簡稱“PPP”）模式是貫徹“大幅度減少政府對資源的直接配置”要求的體制變革。交通領域作為基礎設施建設的重要組成部分，正處于關鍵轉型期。

隨著不斷深化的管理制度改革和財政體制變革，尤其是政府還貸二級公路取消，交通基礎設施建設籌融資面臨很大困難。2013 年，黨的十八屆三中全會《決定》提出，“允許社會資本通過特許經營等方式參與城市基礎設施投資和運營”，打開了發展PPP 的新局面。2014 年11 月，國務院印發了《關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》，讓社會資本全面了解PPP 的參與方式、運營方式、盈利模式和投資回報等相關政策。PPP 項目稅收支持策略也逐漸得到了發展[1]。

2014 年12 月，財政部首批公布了30 個PPP 示范項目，總投資約1 800 億元人民幣，拉開了PPP 發展的大幕。2015 年3 月，交通運輸部印發了《交通基礎設施政府與社會資本合作等模式試點方案》，對國道公路項目中政府與社會資本的運作方式、融資與建設、經營與監管、政策與支持等做了明確的指引。在國家財政頂層力推PPP 模式的同時，交通部門針對交通領域開展PPP 模式研究，將進一步開拓交通設施建設融資渠道。

在交通基礎設施建設的過程中通過PPP 模式能夠有效緩解政府出資的壓力。通過對PPP 項目全生命周期現金流規律分析，找出有效現金流[2]，將有助于化解地方政府債務風險，減輕財政壓力。J 國道是J 區重要的對外聯系道路，關系到該地區對外經濟的發展與區域脫貧致富。但是，由于長期的超負荷利用和缺乏全面的維護，J 國道J 區段已經出現了較為嚴重的損壞，進行道路改造迫在眉睫。

1 J國道改造工程與大體積混凝土溫度裂縫主要成因

1.1 J國道改造工程項目

J 國道是國家公路網中的南北大通道之一，是進出武漢南大門的重要通道，J 國道J 區段道路全長45.2 km。根據J 區的發展規劃，以新南環為界，北部為城市發展區，南部為都市農業發展區。規劃定位的不同使該項目對應路段的功能存在差異。參考交通量預測結果，該項目擬采用一級公路標準建設，兼顧城市主干道功能，設計速度60 km/h。其中龔家鋪至新南環公路段主要承擔著過境交通和鄭店綜合物流園等區間內交通的需求。新南環至賀站段主要承擔著過境交通的需求，擬采用32 m 雙向六車道。

1.2 J國道改造工程大體積混凝土溫度裂縫主要成因

1.2.1 水泥水化熱對溫度裂縫影響的技術分析

在水泥與水的融合過程中會釋放出一定的熱量，而對于大體積的混凝土來說，由于其體系厚實，其內部形成的水化熱往往不容易散去而積聚在混凝土構件的內部；這種內部熱量會引起混凝土的不均勻收縮，而當這種收縮遇到約束時，就產生了混凝土裂縫[3-4]。由水泥遇水引起的熱量狀況與水泥的使用量和水泥的型號有關，并與混凝土的年齡呈正相關。混凝土的絕對升溫與時間的關系如下：式中：T（t）代表的是t時期的混凝土絕對升溫數值，單位為 ℃；而Th則是代表混凝土的最后升溫數值。t代表時間，以d 為單位。m代表水泥品種所釋放的熱量系數，該系數值在（0.3d，0.5d）-1。

1.2.2 外界氣溫和澆筑溫度對溫度裂縫影響的技術分析

由溫度的原因引起的混凝土裂縫是受到混凝土的內外部不同的溫度差（ΔT）而引起的，而這種內外溫差是由T（t）、混凝土的澆筑溫度Tj、外界大氣溫度Ta（t）以及混凝土自身所具有的降溫能力Ts（t）共同組成的。

在大體積混凝土中內部形成的熱量會通過物理的熱傳導方式將熱量輸送到構件的表面，并進一步由此以對流交換的方式將熱量向外界散發出去，具體的計算公式如下：

式中：Q代表對流交換系數；F代表外界空氣與混凝土的接觸面積；Tb（t）代表混凝土的外表面溫度；t代表時間，a代表常數。

2 J國道改造工程大體積混凝土水泥水化放熱規律的試驗研究

2.1 試驗用原材料

在該文的研究中，使用的原材料包括水泥、砂、粉煤灰、減水劑、膨脹劑。

2.2 水化熱測試方法

在該文的試驗研究中進行的水泥水化熱試驗是根據《水泥水化熱試驗方法（直接法）》（GB 2002—80）來進行的。對測試的結果做出如下的記錄：在升溫過程中每小時記錄一次溫度變化；而溫度下降過程中則是每2 h 記錄一次；當出現持續的溫度下降或者是溫度變化較為緩慢時則采用4 h 或8 h 記錄一次；該研究的測試精度設置為0.1 ℃。

2.3 試驗研究小結

通過該文的試驗研究可以得出以下具體的結論：當大體積混凝土的澆筑溫度升高時，水泥的水化速度加快[5]。單獨加入粉煤灰后水泥水化放熱的最高峰值出現了下降，并且出現的峰值時間也會相應的往后延遲；當摻入的粉煤灰含量不斷增加時，最高峰值會進一步下降，而峰值出現的時間也會進一步延后。單獨加入粉煤灰可以降低水化溫升與溫降的速度，從而降低混凝土構件內外溫差的變化速度，使混凝土的溫度梯度平緩，這也使溫度裂縫發生的概率降低。

3 J國道改造工程大體積混凝土溫度裂縫防治技術設計

3.1 通過混凝土配合比設計降低水化放熱速率

學者焦彬如等提出了簡便易行和實用經濟的裂縫控制新技術措施，結合對其研究成果的分析與筆者的工作實踐[6]，筆者提出在該工程項目中混凝土的具體配比可以參考如下3 個標準。1）采用具有較低水化放熱性能的礦渣酸鹽水泥，其比表面積的要小于350 m2/kg，整體的含堿量要小于6%。2）在項目中選用的粗骨料為大小在5 mm～40 mm 的連續級配石子，這些石頭的含泥量不能大于1%；選用的細骨料的細度模數應當高于2.3；加入骨料可以減少混凝土制作過程中對水泥以及水的用量，從而減少水化放熱和混凝土的收縮。3）在混凝土中加入II 級磨細粉煤灰以及減水劑和膨脹劑，以改善混凝土的性能。

3.2 結合環境條件進行針對性的溫度應力控制

該項目大體積混凝土的澆筑工期設計在7 月～8 月進行，這一時期的大氣溫度較高，取平均溫度Tq為35 ℃。混凝土的拌合溫度Tc見表1。

表1 混凝土的拌合溫度

因為混凝土是在露天的環境下攪拌的，所以其輸出時的溫度也就等于拌合溫度，即TI=Tc=35 ℃；混凝土的澆筑溫度Tj=31.3 ℃；混凝土7 d 內的絕熱溫升T7為44.8 ℃；在混凝土澆筑后該項目采用的是毛氈+塑料薄膜的混合保溫措施，保溫層的厚度為2 cm。

3.3 動態監測混凝土水化熱溫升、溫降過程

根據具體的工程施工要求，對底板大體積混凝土的溫度變化進行測量。測試的頻率設計為：在混凝土澆筑的前7 d 時間內每小時測量一次，7 d 以后按照6 h 每測一次的頻率進行測量。在本次測試過程中選用的測試儀器是自動測溫儀，其在25 ℃的外界溫度下誤差控制在0.3 ℃以內，采用的是PT100 傳感器，測試的溫度為-30 ℃～150 ℃。