高铁桥梁大体积混凝土温度裂缝控制研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高铁桥梁大体积混凝土温度裂缝控 制研究 摘要：在高铁桥梁大体积混凝土 施工中经常会出现温度裂缝，这种裂缝 会影响到结构的整体性、耐久性和美观。 本文分析了高铁桥梁大体积混凝土施工 中温度裂缝产生的原因,并进一步提出了 裂缝的防治措施。 中国论文网 /2/view-12911042.htm 关键词：大体积混凝土；高强混 凝土；温度裂缝；防裂措施 Abstract: Temperature crack, which will affect the integrity, durability and aesthetics of structure in future, are easily occurred during the construction in mass concrete of high-speed rail. The -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 causes of generating the crack in mass concrete are analyzed, which is made to seek the influence factors for generating the crack. Some preventive measures for preventing the crack of mass concrete are given. Key words: mass concrete; high strength concrete; temperature crack; preventive measure 大体积混凝土在连续浇筑和硬化 过程中，水泥水化反应产生大量水化热， 由于混凝土热阻很大，热量聚集在内部 不易散发，而表面散热较快，这样在混 凝土内部和表层形成较大温差，使混凝 土内部产生压应力，表面产生拉应力。 此时，混凝土龄期短，抗拉强度很低， 一旦拉应力超过混凝土即时抗拉强度， 就会在混凝土内部或表面产生裂缝。这 种温度裂缝是混凝土早期开裂的主要因 素之一，往往是贯穿性的有害裂缝，对 结构的抗渗性、整体性、耐久性甚至承 载能力十分不利1。当前我国高速铁路 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 发展迅速，时速高达 350Km/h，这种桥 梁混凝土强度高，水泥用量多，使得高 铁桥梁的承台、墩身等大体积混凝土的 温控及防裂问题更为突出2，需要采取 严格有效的技术手段和工程措施。 1 大体积混凝土开裂原因分析 大体积混凝土由于水泥水化时会 放出大量的水化热，而混凝土表面和内 部的散热条件不同，混凝土表面由于直 接和空气接触，散热条件好，热量可向 大气中散发，表面温度上升较少，而混 凝土内部自身导热性能差，水化热积聚 在混凝土内部不易散发，温度会上升较 多，这样就形成外低内高的温差，在外 部约束和内部约束下，混凝土不能自由 变形，于是就会在混凝土内部和表面产 生温度应力，当这种应力超过混凝土的 极限抗拉强度时，混凝土表面就产生温 度裂缝。大体积混凝土的裂缝主要是由 温度引起的3,4 ，因此如何减少内外温 差是一个重要问题。对于大体积混凝土 的温度控制，主要考虑三个特征值：浇 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 筑温度，最高温度，最终稳定温度。根 据大体积混凝土工程的施工经验，混凝 土内部中心温度与混凝土表面温度之差 应被控制在 25以内，即 式中，为混凝土内外温差；为混 凝土浇筑温度，取决于各种原材料的初 始温度，越高，水泥的水化反应速度越 快；为混凝土的表面温度，主要取决于 环境及保温措施等条件，而且受气候的 影响很大；为水泥水化热所引起的温升， 取决于水泥的性质和龄期，其关系式为： 式中：单位水泥用量 混凝土的表观密度 水泥的水化热 混凝土的比热 为试验常数，与水泥的放热 速率有关。中热硅酸盐水泥为，普通水 泥为，早强水泥为。 如果取， ，则 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 即，水化热温升主要取决于水泥 用量、水化热、水泥的性质与龄期。因 此配制大体积混凝土时，要采用水化放 热量和放热速率较低的水泥，并尽最大 可能减少水泥用量，延缓水泥的水化放 热速率，从而保证混凝土内部的水化热 有足够时间散发出去，以降低内外温差。 2 影响温度裂缝产生的不利因素 分析 2.1 材料因素 由于高铁桥墩、桥台一般采用商 品混凝土，混凝土强度高，且多采用普 通硅酸盐水泥，水泥用量多，其早期强 度高、水化热大。 2.2 环境因素 混凝土浇筑一般在炎热的 5-11 月份，加剧了混凝土温度控制难度。当 外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越 高；外界温度下降，尤其是骤降，也会 增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 度，产生温差和温差应力。当混凝土的 抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便 产生温度裂缝。因此选择低温浇注，会 减少表层混凝土与外界气温的温差，对 有效防止大体积混凝土的开裂极为有益。 2.3 施工技术因素 混凝土施工配合比是控制温度裂 缝的关键因素，尤其是其中的水泥用量， 同时施工方案及施工工艺也很重要。如 混凝土浇捣方式及顺序、分层厚度、振 捣方式、混凝土二次抹面、混凝土养护 等都将对温度裂缝的产生有一定影响。 3 温度裂缝控制措施 3.1 混凝土配合比设计与原材料 要求 3.1.1 混凝土配合比设计要求 从大体积混凝土的特点来看，为 保证混凝土的工作性能和力学性能，必 须大幅降低混凝土的水化热。根据这一 基本要求，大体积混凝土的配合比设计 应提高掺合料和骨料的含量，以降低每 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 立方米混凝土的水泥用量。 3.1.2 材料要求 (1) 水泥：针对高铁桥梁大体积 混凝土结构的特点，水泥选择时应兼顾 低热和高强两方面的要求。水泥的水化 热是其化合物的成分与细度的函数，所 以通过调整水泥的细度模数和水泥中的 矿物组成可以降低水泥的水化热，这样 在减少温度应力的同时确保水泥混凝土 的早期强度，从而有效控制温度裂缝。 (2) 掺合料：在混凝土中掺加如 粉煤灰等火山灰质的矿物掺合料用以替 代部分水泥，能显著降低水泥用量。虽 然粉煤灰作为活性材料也会释放水化热， 但它放出的水化热较低，它的放热量一 般为水泥放热量的 535，且升温 速度慢，因而能起到降低水化热和延长 温升时间的作用，从而消减水化热产生 的高温峰值。另外，粉煤灰等火山灰质 的矿物掺合料的掺入可以改善细骨料的 级配，进一步改善混凝土内部的孔隙分 布，降低总孔隙率，提高其密实性，从 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 而提高混凝土的抗掺性和耐久性。 (3) 骨料：集料在混凝土中的体 积超过 50，在成型阶段是一种导热介 质，因此应选择导热系数高、热传导能 力强的集料，可有效降低混凝土的内外 温差。同时，集料自身的温度对水化热 的产生也有一定的影响，集料自身温度 越高，水化热也就越大。因此，在制备 混凝土时，应根据当日气候和集料温度， 对集料进行必要的降温处理。另外，大 体积混凝土中应选用连续级配、粒径较 大的粗骨料，可以减少用水量和水泥用 量，并降低孔隙率和过渡区面积，减少 裂缝产生。 (4) 外加剂：在控制大体积混凝 土温度裂缝时，可选择能调节混凝土凝 结时间和硬化性能的缓凝剂、减水剂。 缓凝剂对混凝土的后期物理力学性能没 有不利影响，却能延缓混凝土的凝结时 间，从而增加混凝土的降温散热时间。 高效减水剂能在保证混凝土的工作性能 及水泥用量不变的条件下，减少用水量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 15，混凝土强度提高 20左右。因此 在相同强度要求下，可减少了水泥的用 量，从而达到降低水化热的目的。 3.2 施工措施 混凝土浇筑时宜采用分段分层连 续进行施工，使混凝土沿高度均匀上升， 以便于混凝土散热。分层厚度为 400- 500mm，不大于振捣棒长度的 1.25 倍， 要在下一层混凝土初凝之前浇筑上一层， 以避免混凝土产生冷缝。混凝土浇筑过 程中应及时进行振捣以保证混凝土的密 实性，在振捣时，其插点间的间距要均 匀，其间距以相邻的振捣范围重叠 1/2 为宜，振捣棒移动间距应不大于 400mm，振捣时间 15-30s，振捣应快插 慢拔，时间要一致，最好以表面不泛浆 及不冒气泡为标准。为增加混凝土密实 度和提高抗裂性能，应采用二次振捣方 法，二次振捣时间宜为浇筑后 40-50min 后。振捣时应注意欠振、过振及漏振的 情况，要着重对有预埋件的部位进行振 捣，但要避免振捣器触碰预埋件。振捣 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 过程要全面仔细，禁止因出现漏振而导 致蜂窝、麻面等混凝土施工质量事故。 3.3 混凝土的养护 养护是大体积混凝土施工中一项 关键的任务，通过养护，可以使混凝土 的表面保持合适的温度和湿度、降低混 凝土表面与内部的温差，从而防止混凝 土裂缝的产生和发展。混凝土养护可在 混凝土表面压平后，先在混凝土表面洒 水，再覆盖一层塑料薄膜，然后在塑料 薄膜上覆盖保温材料（如草袋、锯木、 湿砂等）进行养护，保温材料夜间要覆 盖严密，防止混凝土暴露。 4 结语 裂缝会降低混凝土的抗渗性和耐 久性，会导致混凝土中的应力集中从而 降