低温升高性能抗裂大体积混凝土研究内容及工程应用

1、低温升高性能抗裂大体积混凝土研究内容及工程应用一、大体积混凝土国内外研究进展国外自1930年以后，就注意到大体积混凝土的裂缝问题，并且意识到水泥水化热引发的温度应力是大体积混凝土产生裂缝的根本问题。1933年，美国在建造221m高的胡佛坝(Hoover)时，对大体积混凝土进行了全面的研究，提出并开发了多种技术措施，以后相继又开发了多种技术，在实际施工中取得了良好的效果，其原理、方法至今仍然被广泛地应用于各种大体积混凝土中。总的来说，大坝混凝土中水泥的用量已经从30年代的225kg/m3降到了现在的胶凝材料总用量160kg/m3左右(含掺和料)，其中最低的如利尔坝，胶凝材料总用量只有 118 k

2、g/m3 (水泥88 kg/m3，粉煤灰30 kg/m3)。美国在对水工大体积混凝土温控防裂方面，在60年代初已经逐渐形成较定型的设计、施工模式，包括：（1）采用具有低水化热的水泥，或一部分用活性掺合料来代替；（2）采用低水泥含量以减少总的发热量；（3）限制浇筑层厚度和最短的浇筑间歇期；（4）采用人工冷却混凝土组成材料的方法来降低混凝土的浇筑温度；（5）采用预埋冷却水管，通循环水来降低混凝土的水化热温升；（6）保护新浇混凝土的暴露面，加强养护保温，以防止突然的降温。日本土木学会混凝土规范的混凝土标准示方书中，对大体积混凝土做原则规定，要求采取措施控制温度裂缝，根据混凝土一次浇灌量和裂缝控制要求

3、设置施工缝。它的土木设计资料要求对露天连续现浇混凝土的配筋，每米厚的钢筋断面大于5cm2，横向间距小于300mm；同时要求混凝土的伸缩缝间不大于30m，施工缝间距9m。按日本经验，伸缩缝处钢筋断开，以橡胶止水阻水；施工缝处钢筋连续，仍然要设置橡胶止水带防止渗漏。国内大体积混凝土温控防裂技术措施主要有：（1）水泥品种选择和用量控制；（2）骨料的优选；（3）控制混凝土出机温度和浇筑温度；（4）延缓混凝土的降温速率；（5）预埋冷却水管降低混凝土的水化热温升；（6）提高混凝土的极限拉伸值；（7）掺加外加料、改善边界约束和构造设计、加强施工监测工作、采取暂时解除约束等方法。二、课题组主要研究内容及研究方

4、法本课题组结合我国桥梁设施工程量巨大的背景，针对桥梁索塔和锚碇等部位大体积混凝土的质量控制难点，开发一种施工性能优良、水化热较低、具有梯度保护结构及自养护功能的高耐久性的大体积混凝土。研究成果为大跨度桥梁的施工建设提供有力的技术支持与保障。开展的试验研究内容和方法如下：（1）低温升高性能抗裂混凝土配合比优化设计分析混凝土裂缝的产生与发展影响因素，建立混凝土浇筑过程中模架的弹性变形、混凝土凝结时间及强度发展之间的匹配关系；研究混凝土的自收缩、干燥收缩、温度收缩、塑性收缩性能体积增稳技术；研究水灰比、砂率、矿物掺合料种类和掺量对混凝土工作性能与物理力学性能的影响规律，提出抗裂混凝土配合比优化设计方

5、法，制备出抗裂的高性能混凝土；（2）大体积混凝土的体积增稳与增韧技术研究胶凝材料组成、骨料品种、外加剂品种、水胶比、砂率等因素对混凝土体积稳定性与弹性模量的影响。研究纤维的品种、掺量、掺加方式对混凝土的体积增稳效果，设计适用于大体积混凝土的级配纤维。优选原材料、优化设计配合比，确定大体积混凝土配合比关键参数。研究纤维、矿物掺合料、有机聚合物等材料对混凝土的增韧效果。开发适用于大体积混凝土的复合型增韧材料。（3）大体积混凝土的边部增强与表面保护技术考察不同配合比混凝土的匹配性，研究其界面过渡区的特性。梯度大体积混凝土温度应力场的ANSYS有限元模拟。优选表面增强材料，研究增强材料的成膜性能及其对

6、混凝土的保护效果。（4）建立抗裂性能评价体系模拟施工现场，进行大体积混凝土浇筑的中间试验。大体积混凝土温度应力场的ANSYS有限元模拟。确定合理的参数，对其抗裂能力做出全面评估，建立抗裂性能评价体系。（5）低温升高性能抗裂混凝土温度监测及其影响效应分析研究原材料、混凝土配合比、环境温度、湿度、浇筑温度和浇筑方式、结构尺寸等对混凝土温度与应力的影响规律；模拟分析混凝土温度场与温度应力场，建立温度开裂安全性评估体系；研究混凝土温度控制技术，提出温度控制措施与实施细则；（6）低温升高性能抗裂混凝土裂缝控制与结构耐久性研究对混凝土结构裂缝的进行分形特征模拟，研究温度场、湿度场、混凝土开裂性能的影响规律

7、；提出混凝土裂缝预防与控制技术；分析在役混凝土材料裂化原因，研究混凝土氯离子渗透系数和结构耐久性之间的内在关系，提出其寿命评估方法；（7）低温升高性能抗裂混凝土浇筑施工质量控制技术提出适宜于大体积混凝土的养护工艺，研究其强度与脱模时间、张拉时间、灌浆时间的最优匹配关系；研究大体积混凝土浇筑工艺与振捣工艺，提出大体积混凝土浇筑质量控制方法。（8）索塔混凝土的超高距离泵送技术研究各种润滑材料对高强度等级混凝土粘度的影响效果。考察掺有润滑材料混凝土的工作性能。确定适用于高强度等级索塔混凝土的泵送施工工艺。掺有润滑材料混凝土的超高距离泵送模拟试验，确定润滑材料的品种和掺量。三、大体积混凝土工程应用1嘉

8、绍大桥大桥主航道桥采用技术含量最高的6塔独柱斜拉桥方案，主桥长2680米，宽55.6米，索塔数量、主桥长度规模位居世界第一。承台混凝土7d劈裂抗拉强度为2.1MPa，28d劈裂抗拉强度为3.3MPa，均大于同龄期下混凝土温度应力，且有较大安全系数。2大榭二桥大榭二桥为特大型跨海桥梁，承台长38.22m、宽26.4m、厚5.0m。在未进行预埋冷却水管施工的情况下，第一层（1.5m）混凝土最高温度为34.6，最大内外温差为18.5；第二层（3.5m）混凝土最高温度为51.3，最大内外温差为21.1。施工效果优良，未见温度裂缝的产生。3西藏通麦特大桥通麦特大桥为单塔单跨钢桁架悬索桥，主跨256米，索

9、塔为门式构造,塔高59.5米，锚碇采用重力式锚。在取消冷却水管的情况下，各部位混凝土的抗拉强度均大于同龄期降温时产生的拉应力，具有较高的抗裂安全系数，施工质量良好，温控效果良好，没有产生温度裂缝。4东沙连通工程中北路跨楚河桥中北路跨楚河桥桥台长约66.80m，宽约7.70m，高约3.20m。本工程综合采用设置后浇段分块浇筑以及配合比优化设计减少水泥用量的方法，降低水化热，达到取消冷却水管，抑制桥台混凝土结构温度裂缝产生的目的。5东沙连通工程东一路跨楚河桥东一路跨楚河桥单个桥台基础采用6根2.5m钻孔灌注桩，混凝土浇筑方量约为1929.84m3，混凝土的各龄期下的抗拉强度均大于混凝土内部因降温不

10、均产生的拉应力，具有较高的抗裂安全系数，充分验证了东一路跨楚河桥大体积混凝土取消冷却水管的可行性。6合江一桥合江一桥拱座C30大体积混凝土，总方量为11000m3，28天强度38-41MPa，90天强度53-57MPa，新拌混凝土PH值12.4。C30大体积塔座混凝土实际温升29；掺级粉煤灰C40承台大体积混凝土绝热温升32，在未通冷却水管的情况下，混凝土内外温差均小于25。7合江二桥合江二桥采用预应力砼简支T梁结构型式,大桥全长1976.00m，主桥宽29.50m,引桥宽27.50m，塔座实心段26.514.73m。一次性浇注,入模温度为30，最高温度为58.9，内外最大温差19.7。8港珠

11、澳大桥港珠澳大桥承台为六边形，边缘顺桥向宽为12.2m，中心顺桥向宽为12m，横桥向宽16m，高5m，采用C45低温升抗裂混凝土；帽梁C50低温升抗裂混凝土，属于海工大体积混凝土，一次性浇注,未产生温度裂缝。9天兴洲大桥中铁十二局天兴洲大桥标段桥墩承台主要有三种尺寸类型，分别为：029-045、067-070墩承台平面尺寸为21 m10.8m，高3.5 m，046-049承台平面尺寸为21m11.6 m，高4 m，050061墩承台平面尺寸为23.1m15.3m，高5 m，均属于大体积混凝土。混凝土断面最高温度55，最大内表温差均小于25，温控效果良好，没有产生温度裂缝。10东沙大桥东沙特大桥

12、主塔承台长28m、宽19m、厚6m，混凝土标号为C30，共3092m3，属于典型的大体积混凝土施工。混凝土断面最高温度49，最大内表温差均小于25，温控效果良好，没有产生温度裂缝。11阳逻大桥阳逻长江大桥北锚块，长70.5m，宽54.0m，高46.0m，混凝土强度等级分别为C30，属大体积混凝土结构物，混凝土方量为80418.4m3。混凝土断面最高温度53，最大内表温差均小于25，温控效果良好，没有产生温度裂缝。12赣州赣江大桥-承台赣州赣江公路大桥为特大桥，全长1073米，主跨为408米地锚式悬索桥，引桥为连续梁桥。该桥东、西两岸承台各自分上下游两部分，承台单个尺寸直径为19.5m，高为5m

13、，属大体积混凝土结构。采用C40大体积混凝土。混凝土最高温度53，最大内表温差均小于20，在取消冷却水管下,没有产生温度裂缝。13赣州赣江大桥-锚锭赣州赣江大桥锚块混凝土为C30强度等级，浇筑总方量为46700m3，属于大体积混凝土。混凝土断面最高温度51，最大内表温差均小于18，在取消冷却水管条件下,没有产生温度裂缝,仅冷却水管就节约100多万元。14广州珠江黄埔大桥-承台广州珠江黄埔大桥由承台由上游承台和下游承台两部分，构造属大体积砼结构物，长19.0m，宽19.0m，高6.0m，砼强度等级为C30，上、下游承台方量各为2166m3，共计4332m3；上游承台分三层浇筑；下游承台分两层浇筑

14、，上下游承台由横系梁连接。混凝土断面最高温度53，最大内表温差均小于25，温控效果良好，没有产生温度裂缝。15广州珠江黄埔大桥-南锚锭底板广州珠江黄埔大桥南锚锭底板属于大体积混凝土结构物，基坑底板为直径65.6m、高5m的混凝土圆柱体，混凝土为C30微膨胀混凝土，混凝土总方量为19899m3。混凝土断面最高温度55，温控效果良好，没有产生温度裂缝。16广州珠江黄埔大桥-南锚锭顶板广州珠江黄埔大桥南锚锭顶板属于大体积混凝土结构物，基坑顶板混凝土为C30强度等级，混凝土浇筑总方量17418m3。混凝土断面最高温度49，最大内表温差均小于25，温控效果良好，没有产生温度裂缝。17广州珠江黄埔大桥-后锚块广州珠江黄埔大桥后锚块属于大体积混凝土结构物，锚块最长32.0m，宽26.25m，高31.17m，混凝土强度等级为C30。锚块混凝土总方量约为：C30混凝土41720m3。混凝土断面最高温度49，最大内表温差均小于25，温控效果良好，没有产生温度裂缝。18雅西高速公路雅西高速公路C4标段黑石沟大桥2号承台，腊八斤10