橋梁承臺大體積混凝土配合比設計及溫控防裂措施探究

摘要：橋梁承臺是橋梁結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的組成部分，它關(guān)系著橋梁的安全性和使用壽命，所以大體積混凝土的質(zhì)量尤為重要。下面依托具體某橋梁工程，重點對橋梁承臺大體積混凝土配合比設計與溫控防裂措施進行研究。首先，概述了大體積混凝土定義與特點；其次，依托具體工程進行大體積混凝土配合比設計；最后，探討了橋梁承臺大體積混凝土溫控防裂措施。

關(guān)鍵詞：橋梁工程""承臺"大體積混凝土""配合比設計"溫控防裂

Design"of"Mix"Proportion"for"Large"Volume"Concrete"of"Bridge"Pier"Cap"and"Exploration"of"Temperature"Control"and"Crack"Prevention"Measures

MIAO""Weijun

Rudong"County"Hengtong"Traffic"Engineering"Testing"Co.，Ltd.，"Nantong，Jiangsu"Province，"226400"China

Abstract："Bridge"pier"cap"is"a"crucial"component"of"bridge"structure，"which"is"related"to"the"safety"and"service"life"of"the"bridge."Therefore，"the"quality"of"large"volume"concrete"is"particularly"important."Based"on"a"specific"bridge"project，"this"article"focuses"on"the"mix"proportion"design"and"temperature"control"and"crack"prevention"measures"of"large"volume"concrete"for"bridge"pier"caps."Firstly，"the"definition"and"characteristics"of"large"volume"concrete"are"summarized.Secondly，"based"on"the"specific"project，"the"mix"proportion"design"of"large"volume"concrete"is"carried"out."Finally，"the"temperature"control"and"crack"prevention"measures"for"large"volumenbsp;concrete"for"bridge"pier"caps"are"discussed.

Key"Words："Bridge"engineering;"Pier"cap;"Large"volume"concrete;"Mix"proportion"design;"Temperature"control"and"crack"prevention

橋梁承臺是橋梁結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的組成部分，其大體積混凝土的質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的安全性和使用壽命，然而，由于承臺尺寸較大，混凝土澆筑時容易受到溫度、濕度和風力等環(huán)境因素的影響，從而產(chǎn)生溫度應力和收縮現(xiàn)象，進而增加了結(jié)構(gòu)開裂的風險，因此，本文依托具體工程探討橋梁承臺大體積混凝土配合比設計與溫控防裂措施。

1大體積混凝土的定義與特點

1.1大體積混凝土的定義

各國對大體積混凝土定義有著不同的看法，我國規(guī)范中對大體積混凝土的定義是指結(jié)構(gòu)尺寸不小于1"m，或澆筑成型過程中因溫度變化而有可能出現(xiàn)有害裂縫的混凝土。

1.2大體積混凝土的特點

與常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)相比，大體積混凝土在尺寸、混凝土用量和受力性能方面都有著較大的差異，具體表現(xiàn)在以下幾方面：（1）大體積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸較大，澆筑時由于混凝土用量較大，澆筑過程中會出現(xiàn)較大的水化熱溫升，在混凝土內(nèi)部升溫外部降溫的情況下，容易出現(xiàn)較大的內(nèi)外溫差，從而導致溫度應力的產(chǎn)生；（2）混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強度較低，抵抗拉伸變形的能力較弱，當混凝土內(nèi)產(chǎn)生的早期拉應力超過混凝土極限抗拉強度時就會導致溫度裂縫的產(chǎn)生；（3）大體積混凝土施工環(huán)境較為復雜、施工過程中影響因素較多，這也給質(zhì)量控制帶來了一定的難度；（4）大體積混凝土散熱性較差，而表面溫度容易受外界環(huán)境因素的影響，當外界環(huán)境發(fā)生變化時，在內(nèi)外溫差和自身收縮的影響下，增大了混凝土開裂的風險[1]。

2大體積混凝土原材料與配合比設計

2.1原材料

混凝土原材料主要包括水泥、水、砂石骨料、粉煤灰、外加劑等，原材料的質(zhì)量直接影響混凝土的質(zhì)量，因而在選擇原材料前，應對原材料性能進行檢測，以確保原材料質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

2.1.1水泥

對于承臺等大體積混凝土而言，在選擇水泥品種時，除了保證水泥性能滿足規(guī)范要求外，重要的是要選擇水化熱低的水泥，這是因為承臺截面尺寸整體較厚，在混凝土澆筑過程中，內(nèi)部熱量會逐漸升高，加之混凝土散熱性較差，內(nèi)部溫度逐漸積累，外部溫度逐漸下降，這種內(nèi)外溫差會導致溫度應力的產(chǎn)生，當溫度應力超過混凝土自身極限抗拉強度時，就會導致溫度裂縫的產(chǎn)生。

2.1.2細集料

橋梁工程中混凝土細集料主要為河砂等天然砂，在將天然砂作為混凝土細集料時，應確保細集料干凈、含泥量低，本工程中選擇級配良好的中砂作為混凝土的細集料，對細集料性能進行檢測，最終得到細集料含泥量為0.4%、細度模數(shù)為2.7，所檢指標均滿足規(guī)范要求。

2.1.3粗集料

混凝土強度主要來源于膠凝材料的膠結(jié)和粗集料的強度，在選擇粗集料時，應選擇干凈、級配良好、壓碎值較低的集料，同時在混凝土澆筑成型過程中，膠凝材料與粗集料之間存在過渡區(qū)，在混凝土強度未達到設計要求前，過渡區(qū)容易出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，而當粗集料最大粒徑過大時，會導致過渡區(qū)域增大，過渡區(qū)域發(fā)生破壞的概率也會增大，因而應合理控制粗集料的最大粒徑，本工程中承臺混凝土選擇5～31.5"mm連續(xù)級配的碎石，對粗集料性能進行檢測，最終得到粗集料壓碎值為12.2%、含泥量為0.2%、14"d堿集料反應0.03%，所檢指標均滿足規(guī)范要求。

2.1.4煤灰粉

粉煤灰代替部分水泥，不僅可以節(jié)約成本、改善混凝土的施工和易性、提升混凝土的后期強度，而且可以顯著降低水泥水化產(chǎn)生的熱量，并降低混凝土的溫升速度，因而本工程承臺混凝土選擇粉煤灰代替部分水泥，對粉煤灰性能進行檢測，部分性能檢測結(jié)果如下：氯離子含量0.02%、SO3含量0.71%、燒失量2.14%，所檢指標均滿足規(guī)范要求。

2.1.5外加劑

外加劑的加入能夠在保證混凝土強度的前提下，顯著改善混凝土的施工和易性，同時調(diào)節(jié)水泥水化反應的速度，一定程度上降低水泥水化熱的峰值，本工程中選擇緩凝型高效減水劑，減水劑部分性能檢測結(jié)果為氯離子含量0.01%、28"d抗壓強度比129%，所檢指標均滿足規(guī)范要求。

2.1.6拌合用水

水中的各種雜質(zhì)和化學成分可以與水泥中的成分發(fā)生反應，影響水泥的水化過程和混凝土強度的發(fā)展，例如：高氯離子含量的水會導致混凝土中的鋼筋銹蝕，從而降低結(jié)構(gòu)的耐久性，而含有過多硫酸鹽的水會引起混凝土的硫酸鹽侵蝕，導致混凝土結(jié)構(gòu)的損壞。

2.2配合比設計

在選定原材料種類并對原材料性能進行檢測后，按照規(guī)范規(guī)程要求進行室內(nèi)試驗，最終確定混凝土的配合比如表1所示。

根據(jù)表1確定的配合比進行混凝土的拌合并成型試件，同時對混凝土性能進行檢測，最終檢測結(jié)果如表2所示。

3橋梁承臺大體積混凝土溫控防裂措施

3.1混凝土溫度控制原則

大體積混凝土溫度裂縫的控制原則主要包括：（1）控制混凝土入模溫度，從而控制混凝土的澆筑溫度；（2）降低混凝土內(nèi)部溫升速率、延緩混凝土溫度峰值的出現(xiàn)時間；（3）降低混凝土的內(nèi)部溫度；（4）合理控制混凝土的內(nèi)外溫差[2]。

3.2入模溫度的控制

混凝土入模溫度的影響因素主要包括原材料溫度、混凝土運輸時的溫度等，原材料溫度直接決定混凝土的入模溫度。根據(jù)相關(guān)研究表明，夏季高溫施工時，攪拌后的混凝土經(jīng)運輸后的溫度會比出機時的溫度高1～2"℃，因而，應嚴格控制混凝土的出機溫度[3]。

3.2.1原材料降溫措施

（1）所有原材料應注意防潮防濕，尤其是粗細骨料，應搭建遮陽棚，同時進行灑水降溫，避免環(huán)境溫度影響骨料溫度。（2）水泥、粉煤灰等材料，可以通過在罐頂噴淋冷水輔助降溫。

3.2.2混凝土運輸過程中的降溫措施

（1）運輸前，對混凝土罐車進行覆蓋冷卻處理，混凝土運輸過程中可以通過對混凝土罐車進行灑水降溫，以有效降低外界環(huán)境對混凝土的影響。（2）嚴格控制混凝土的運輸和停留時間，混凝土攪拌至入模時間不得超過1.5nbsp;h。

3.3澆筑振搗溫度的控制

3.3.1澆筑過程中的溫度控制

混凝土澆筑前應根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸合理選擇澆筑方式，本工程中選擇全面分層的方式進行澆筑，分層厚度控制在300～500"mm，澆筑時，應嚴格控制混凝土的澆筑間隔時間，通常情況下，應在下層混凝土初凝前完成上層混凝土的澆筑，澆筑過程中，根據(jù)環(huán)境溫度控制模板表面溫度，當溫度高于30"℃時，可以對模板外側(cè)進行噴淋、噴霧或覆蓋濕土工布降溫，同時現(xiàn)場應準備防大風的措施，避免因環(huán)境風速過大而導致混凝土表面失水過快[3-4]。

3.3.2內(nèi)部降溫措施

本工程承臺施工時，考慮到混凝土水化熱的影響，澆筑過程中在混凝土內(nèi)部預埋冷卻水管，冷卻水管材質(zhì)為鐵皮管，使用前對鐵皮管性能進行檢測。結(jié)果表明，鐵皮管強度較高、導熱性能較好。在埋設過程中，管與管之間采用全焊接的方式，以確保接頭之間連接緊密，承臺中水管采用上下交錯的方式進行鋪設。在鋪設過程中，應嚴格控制水管之間的水平間距和垂直間距。對于每層鋪設的冷卻水管，應采用分水器對冷卻水流進行控制，同時可以設置減壓閥來控制水流速率，以避免因水流速度過大而導致降溫速率過快，在覆蓋冷卻水管后，可以采用水泵向管內(nèi)進行通水；初期降溫，可以采用井水作為冷卻水，在后續(xù)降溫過程中，可以根據(jù)內(nèi)部溫度情況，調(diào)節(jié)冷卻水進水溫度，在混凝土內(nèi)外溫差達到規(guī)范要求后，可以停止通水冷卻，此時可以采用空壓將冷卻水管內(nèi)部水流進行吹干，然后采用不低于混凝土強度的水泥漿灌入水管中，以對水管內(nèi)部進行有效封堵。

3.3.3混凝土溫度監(jiān)測

在混凝土澆筑過程中以及澆筑完成后，應加強混凝土溫度的監(jiān)測，第1天到第4天，每隔4"h監(jiān)測一次；第5天到第7天，每隔8h監(jiān)測一次；第7天至測溫結(jié)束時，每隔12"h監(jiān)測一次，當混凝土表面向下40～100"mm位置處的溫度與環(huán)境溫度小于20"℃時，可停止測溫。

3.4養(yǎng)護溫度的控制

在混凝土澆筑振搗完成后，應及時采取相應的措施進行養(yǎng)護處理，目前常用灑水、覆蓋和噴涂養(yǎng)護劑等方式進行養(yǎng)護。養(yǎng)護時，應嚴格控制養(yǎng)護時間，同時根據(jù)環(huán)境溫度合理控制灑水頻次，確?；炷帘砻姹３至己玫臐駶櫊顟B(tài)[5]。

4結(jié)語

綜上所述，橋梁工程承臺截面尺寸較大，混凝土澆筑時，容易出現(xiàn)內(nèi)外溫差過大現(xiàn)象，從而導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂的風險，因此，實際施工過程中，應從原材料質(zhì)量控制開始，優(yōu)化混凝土配合比設計，并控制好混凝土入模、澆筑振搗和養(yǎng)護時的溫度。只有這樣，才能有效預防大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生。

參考文獻

• 陽俊，張思，秦明強.常泰長江大橋橋塔C60大體積混凝土配合比設計及防裂技術(shù)[J].建材世界，2023，44（5）：40-43，52.
• 張建.公路隧道高性能濕噴混凝土配合比研究與應用[J].公路交通技術(shù)，2023，39（2）：152-158.
• 孫雅珍，何放，王金昌，等.基于山嶺隧道高性能噴射混凝土應用研究進展[J].科學技術(shù)與工程，2023，23（33）：14071-14080.
• 姚瑞.橋梁結(jié)構(gòu)承臺大體積混凝土水化熱溫度效應研究[D].西安：長安大學，2020.
• 何江偉.鐵路橋梁大體積混凝土施工與溫控技術(shù)研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2023.