大体积混凝土承台温度裂缝控制技术

PAGEPAGE9XX公路大大体积混凝土承台温度裂缝控制技XX项目经理部【摘要】XX公路大桥主桥主墩、次主墩的四个承台均为大体积混凝土基础，本文主要以8＃次主墩承台为例，介绍了大体积混凝土施工中采取的温度控制措施，并通过实测数据对温控效果进行了分析，实践证明施工中所采取的措施是有效的。1工程概况XX公路大桥全长2743.1m，主桥上部结构为（116+200+220+200+116）m预应力混凝土刚构-连续结合梁。9＃、10＃主墩承台的结构尺寸为25.9m（横桥向）×25.9m（顺桥向）×5.0m（厚度），砼3354.059m3；8＃、11＃次主墩结构尺寸为25.9m（横桥向）×22.0m（顺桥向）×5.0m（厚度），砼2849m3；根据设计及业主要求，整个承台混凝土一次灌注，属于典型的大体积混凝土施工。次主墩8#承台位于黄河岸滩上，为左右幅整体式基础，其下布设42根φ1.5m，长度为108m钻孔灌注桩；原地面标高为9.0m，原地面以下2.5m左右开始出现饱和液化砂土，地质条件较差。2大体积混凝土温度裂缝理论分析及温控标准2.1温度裂缝理论分析由于水泥的水化热作用，混凝土浇注后要经历升温期、降温期和温度稳定期三个阶段。升温阶段，水泥产生的水化热大量的聚集在混凝土内部不易散发，内外温差使混凝土内部产生压应力，外部产生拉应力，若大于相应龄期的容许拉应力时就有可能产生裂缝；降温阶段，新浇混凝土受内部钢筋、封底混凝土及桩头约束而不能自由收缩，此时弹性模量相对较低，若降温梯度过大就容易产生较大的温度拉应力，当该拉应力大于相应龄期的混凝土容许拉应力时，也容易产生温度裂缝，因此控制温差尽量降低温度梯度是保证不产生裂缝的根本。2.2混凝土内部最高温度计算一般可采取下式近似计算大体积混凝土内部最高温度：――――――――式一式中：T0：混凝土入模温度，以混凝土浇注时的实际测量数据为准；W：每方水泥用量（kg/m3）；θ0：水泥28天水化热，本工程选用山东铝业公司低碱P·O32.5R水泥，通过试验28天水化热为350J/g；C：混凝土比热取0.98KJ/kg·℃；ρ：混凝土的密度（由配合比确定）；ξ：不同厚度的浇筑块散热系数（参考相关资料），当厚度大于4.0m时ξ=1.0m；混凝土平均入模温度为23℃时，将以上数据代入式一，计算8＃墩承台中心点的最高理论温度为65℃。2.3温度控制标准综合考虑混凝土的入模温度、混凝土水化热的发展变化规律、养护条件、通水散热等因素，制定了以下混凝土的温控标准：（1）混凝土的内表温差不超过25℃；（2）拆模时内外温差小于25℃；（3）最大降温速率要小于2.0℃/d；3大体积混凝土温度控制措施通过对大体积混凝土产生裂缝的机理分析，我们主要从降低水泥水化热、降低混凝土入模温度、通水散热、混凝土养护、严格控制拆模时间等几方面做好混凝土温度控制工作，确保内外温差控制在25℃以内，尽量降低混凝土内部温度的升降速率。3.1混凝土配合比设计为降低水化热，同时满足混凝土防腐、抗冻、泵送的设计要求，掺加了一定量的矿物质超细粉，等量取代水泥；掺入一定量的高效缓凝减水剂，改善了混凝土的和易性，减少拌合用水量，降低水灰比，同时推迟了混凝土温度峰值出现的时间，相应的提高了同龄期的容许拉应力。粗骨料选用连续级配石子，细骨料选用中砂，施工中严格控制粗细骨料的含泥量<1.5％，以提高混凝土的均匀性，增加抗裂能力。水泥选用山东铝业公司P·O32.5R低碱普硅水泥，水泥中严格控制C3A含量小于6％，碱含量小于0.6％。经过多次试配，混凝土配合比优选如表一：表一设计标号C300水泥（kg）超细粉（kg）砂子（kg）碎石（kg）水（kg）外加剂（kg）每m3用量2919775511321557.372混凝土主要性能指标见表二：表二设计坍落度（ccm）初凝时间（h）终凝时间（h）抗压强度（MPPa）56天导电量（库仑）7天28天14～18162031.541.6645.73.2合理的布置散热及测温系统3.2.1散热管的布置共设置4层直径50mm的散热管，竖向层距1.0m，每层水平间距1.5m，具体布置见图一。散热管采用耐腐蚀的镀锌钢管，与钢筋一起绑扎。在使用前要求通水进行密闭性试验，防止管道在焊接接头位置处漏水或阻塞。通水散热后对散热管作压浆处理。3.2.2测温设备为提供可靠的数据控制混凝土内外温差，考虑承台平面对称性，在承台平面1/4位置及对角线上布置温度应变片，用温度显示仪采集数据。（测点布置与编号见图一）采集的数据主要包括不同施工时段的入模温度、每个温度应变片处混凝土不同龄期温度、草袋内温度、外界气温、散热管进出水温度。3.2.3通水散热承台基坑的顶部和底部各放置一个6m3水箱，利用高差形成的势能完成水循环。进出水管之间用塑料管连接，在散热管的每个出水口设置一阀门控制流量。当混凝土浇注至该层散热管标高时，即通水散热，单根散热管流量按不小于1.5m3/h控制，通水时间不小于12天。3.3混凝土施工为确保大体积混凝土施工质量，保证施工连续进行，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，在混凝土施工前从原材料的储备、施工机械和人员的配置到施工前的技术交底都做了充分的准备。混凝土施工严格按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中的相关要求进行，并特别注意了以下几个方面的工作：（1）因承台面积较大，施工中采用三台布料杆分三区进行，每区按一定的厚度、顺序和方向分层进行浇注，每层的浇注厚度不大于50cm，相邻两区的交界处要注意振捣，防止出现漏振。混凝土的浇注顺序为自墩身预留钢筋位置向外浇注，主要目的是保证墩身附近处混凝土的质量，在浇注过程中要防止承台边部浮浆太多，造成表面收缩裂缝。（2）混凝土浇注时间长，随着外界气温的变化和施工现场原材料含水量的变化要不断调整水灰比，尽量使混凝土的坍落度均匀一致，保证混凝土的和易性。（3）因是泵送混凝土配合比，施工中会产生一定量的泌水和浮浆，为此在模板的一侧设置了预留孔，可以随时将泌水及浮浆排出，提高了混凝土的密实性。（4）因承台钢筋密集，采用不同长度的直径200mm的钢管作为导管将混凝土送入模板内部，保证混凝土下落高度小于1.5m，不产生离析现象，而且避免了钢筋的污染。（5）严格控制混凝土施工结束时间。因承台的面积较大，表面收光需要的时间较长，若混凝土在白天气温较高时结束，因混凝土初凝时间短，且表面的的水分散发较快，在表面容易产生收缩裂纹，因此将混凝土的结束时间控制在下午4：00以后。3.4养护措施养护主要是起到保湿和保温作用，保温的主要目的是减少混凝土表面的热扩散，降低表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；保湿的主要目的是防止混凝土表面出现收缩裂缝。混凝土浇注前即用一层毛毡外加两层草袋将侧面模板覆盖，降低混凝土的内外温差，起到良好的保温效果。为使表面覆盖层起到良好的保温和保湿效果，8＃墩承台混凝土施工完毕后，在最后一层混凝土终凝前即用一层毛毡外加两层草袋覆盖。并坚持在草袋表面洒水保湿，使表面覆盖层始终处于湿润状态，但不使草袋处于饱水状态，以免失去保温作用。3.5严格控制拆模时间根据测量的混凝土内部温度与外界气温的差值来决定拆模时间，若两者温差大于25℃，则不能拆模，继续通水散热；直至外界气温与混凝土内部温差小于25℃时才可拆模。4温控结果分析4.1温度场分布根据测量收集的数据对混凝土总体温度变化过程分析：混凝土入模12小时内升温迅速，温升接近25℃；三天后内部最高温度达到62℃的峰值（与理论计算的基本相符），随后温度开始下降，下降梯度为1.8℃/d；十天后，温度梯度线趋于平缓。自浇注开始至拆模，共通水散热18天。拆模时外界气温24℃，承台中心处最高温度为48.8℃，距离承台外边缘0.5m处的测点的平均温度为31.01℃，拆模时满足内外温差小于25℃要求。图二图三温度沿高度方向上，在承台中心偏下位置温度最高，沿此点向两边逐渐降低，在距离顶面1m范围内温度梯度最大，底面由于封底混凝土的保温效果好，温度下降较慢。沿水平方向，从承台中心到边缘，温度逐渐下降。图二反映了同一竖直面上不同高度温度场的分布情况，图三反映了设置在承台对角线上距离承台上表面3米高度处的温度—－时间曲线，图二、图三中点的编号和图一中的编号相一致。4.2保温效果分析从测量的草袋内外温度分析：一层毛毡和两层草袋起到了良好的保温效果，保温一般在8℃左右，减少了内表温差，具体典型数据见表四：表四日期测量时间草袋内空气温度度（℃）草袋外温度（℃℃）温差（℃）5-1221:4025.017.08.05-138:3031.5247.55-144:4032.8257.85-156:0033.625.38.35-173:1524.5177.54.3冷却水管的降温效果按一定的时间频率测量进出水口温度，从直观上反映了散热管的降温效果，表五是在承台混凝土内部温度达到峰值时测量的进出水温数据。散热管进出水温温度测量表表五日期时间进水温度(℃))出水温度(℃))差值(℃)2003--55-147:1030.837.66.810:1031.136.75.617:1033.139.162003--55-158:003136.46.410:4532.437.65.214:1532.838.25.417:3035.540.75.2从上表数据可以看出，进出水温的差值平均在5.8℃，取得了较好的降温效果。5结束语XX大桥主桥8#墩大体积承台混凝土于2003年5月11日上午10时开始浇注，5月13日下午5：00浇注完毕，历时54个小时，浇注混凝土2849m3。通水散热18天后，拆模观察：表面平整、光洁，没有发现温度裂缝，证明采取的温控措施是有效的。结合整个施工过程，得出以下结论供同类基础施工借鉴：(1)完善的施工方案、充分的原材料准备、合理的人员和机械设备配置是大体积混凝土顺