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摘要:大体积混凝土因温度变化而产生的温度裂缝，是一个普遍存在的现象，而混凝土施工阶段的温度控制是混凝土防裂的关键环节。本文结合桥梁基础大体积混凝土承台施工实例，提出了一些大体积混凝土承台施工温度控制的措施，并对温度监测结果进行分析，结果表明所采用的温度控制措施能够有效预防温度裂缝的产生，可供类似工程参考。
关键词:桥梁；大体积混凝土；温度裂缝；温度控制；温度监测
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
随着我国交通事业的蓬勃发展，大跨度桥梁大量涌现，在桥梁结构中大体积混凝土承台亦随之大量使用，但是大体积混凝土承台发生温度裂缝的现象也较为常见。这是因为大体积混凝土在施工中，由于水泥水化热，内部温度上升，在一定约束条件下会产生较大的温度应力，从而导致混凝土产生裂缝。因此，在施工中如何控制温度温度，采取相应的温控措施，避免混凝土出现有害的温度裂缝是保证工程质量的首要问题。
1 工程概况
某桥梁工程，长度为823.22m，使用C35混凝土进行浇注，混凝土用量为1024m3左右，由于承台体积较大、混凝土用量高、水化放热较高，容易产生温度裂缝，为了低大桥承台大体积混凝土内部水化热温度，降调节承台大体积混凝土内表温差，在承台体内设置冷却管通水可有效降低大体积混凝土温度。
2 承台温度控制措施
2.1 混凝土原材料选择及配合比设计
水泥：选用华润牌P.O42.5水泥；
粉煤灰：采用当地电厂I级粉煤灰；
外加剂：选用广州某公司高效缓凝减水剂；
细集料：采用当地河砂；
碎石：采用当地采石场生产的二级配碎石。
水泥、粉煤灰性能分别见表1、表2。
表1 水泥性能
表2 粉煤灰性能
工程要求承台浇注采用混凝土泵送施工技术，所使用的混凝土应具有良好的工作性能，初始坍落度应控制在180～220mm之间。经过大量试验，并结合施工情况调整，最后确定的承台用C35混凝土，配合比如表3所示。
表3 C35混凝土配合比
经现场检测，新拌混凝土坍落度为205mm，未出现离析、泌水等现象，工作性能较好；混凝土3d、7d、28d的抗压强度分别为27.6MPa、34.0MPa、42.4MPa，满足工程需求。
在大体积混凝土配合比设计中，关键是降低混凝土的水化热或延缓混凝土水化热峰值的出现时间，有实验表明单方混凝土中水泥用量每增减10kg，混凝土的内部温度可升高或降低约1℃。因此，在配合比设计过程中应在确保混凝土各项性能指标的基础上，尽量减少水泥用量。粉煤灰在混凝土中，前期基本不发生反应，后期发生二次水化反应，这种特性可以降低胶凝材料的水化热峰值，有效地减少大体积混凝土早期温度裂缝。本配合比中，使用粉煤灰以1∶1.2的比例取代20%的水泥，减少了混凝土中的水泥用量，降低了混凝土的水化热。粉煤灰还具有形态效应、微集料效应，掺加粉煤灰还可以改善混凝土的和易性并提高混凝土的耐久性能。
为改善混凝土的工作性能、延长混凝土的凝结时间，在混凝土中掺加适量的高效缓凝减水剂。该工程中使用的高效缓凝减水剂，减水率达到25.2%，缓凝效果显著，经检测混凝土初凝时间延长至13h，终凝时间延长至16h，混凝土的凝结时间推迟后延迟了水化热峰值的出现时间，避免温度积聚。
2.2 合理布置冷却水管
在承台中埋设冷却水管，待混凝土浇注完成后通入冷却水带走混凝土中的热量，是大体积混凝土进行温度控制的重要手段，这种温度控制措施效果显著而且具有经济、易施工等特点，在工程中得以广泛应用。根据热力学计算及施工要求，在承台中共布置5层冷却水管。冷却水管采用直径45mm、壁厚为3.5mm的铁管，其具体布置方式见图1。
图1 承台冷却水管布置图
冷却水管内通的水为河水，冷却水管布置完成后，应先进行预通水检查，观察水管是否有水流不畅、漏水等问题。当混凝土浇注完成后开始通水，持续时间为10d左右。在通冷却水的过程中，应注意控制水管中的冷却水水温，使其与混凝土温差不超过25℃，避免在冷却水管周围产生温度应力裂缝，可将出水口流出的温水收集于集水池中用以调节冷却水水温。
2.3 保温保湿养护
合理的保温保湿养护对大体积混凝土有极为重要的作用。养护使大体积混凝土处于合适的温度及湿度条件下，可以降低混凝土结构表面与外界之间的温差，延长混凝土的散热时间，减少温差裂缝；养护还可以减少混凝土因失水而产生的干缩裂缝，为水泥的持续水化提供水分。因此，在承台混凝土施工过程中，待混凝土终凝后，及时在混凝土承台表面覆盖草席洒水保湿的养护，持续10d。
3 温控监测
根据该混凝土承台体积较大、混凝土用量较高、工程环境复杂的特点，设计承台大体积混凝土的温控标准如下:
(1)严格控制混凝土的浇注温度在35℃以下；
(2)混凝土中心温度与表面温度之差(内表温差)应小于25℃；
(3)混凝土结构的降温速率应小于15℃/d。承台混凝土结构具有对称性，选取承台结构的1/4区域布置温度测点，进行温度监测。共布置12个温度测点，从开始工作后每隔2h测量一次并记录，温度测点在承台中的布置如图2所示。
图2 承台温度测点布置图
4 温度监测结果及分析
承台测点温度情况如表4所示，中心点及承台表面各点温度变化过程如图3、图4所示。
表4 承臺测点温度情况
图3 1号测点温度变化情况
图4 3号测点温度变化情况
由图3、图4可以看出，各温度测点所呈现的温度随时间的变化规律基本相同:承台混凝土浇注完成后，各温度测点温度开始快速上升，温度上升持续时间一般为46～50h；达到温度峰值后开始缓慢地降温最终进入稳定阶段。混凝土承台的最高温度75.6℃，出现位置为结构中心的3号测点，其余各点最高温度(如:1号70.4℃、8号73.8℃、12号74.4℃)均不如中心点高，而且从图3、图4、图5、图6中也可以看出3号点的最高温度出现时间为46h，其余各点出现时间均迟于46h。表面测点1、8、12号点的整体平均温度也低于3号测点的平均温度，而且进入温度下降阶段后，相对于中心点表面各点的降温速率较快。在整个温度监测过程中，承台表面各点与中心点之间出现的最大内表温差为13.4℃，这个数值远低于设计提出的最大内表温差25℃的标准，可有效地减少温度应力裂缝的出现。在浇注过程中，混凝土浇注温度控制在32.4℃以下；布置冷却水管并及时通入冷却水，可有效降低大体积混凝土内部温度；施工期间，外界的平均气温为26.7℃，与承台表面温度差距较大，在混凝土终凝后及时使用草席覆盖洒水养护，有效地减少了承台表面裂缝。
从以上的分析结果，可以得出以下规律:大体积承台中心处的温度比表面高，中心处的降温速度较为缓慢，表面各点降温速度较快。出现这种情况的原因是:中心处的水化热向外传输路径较长，传输较困难，容易形成温度集聚。承台表面各点与外界接触，温度传输较快所以温度下降速度较快。
5 结论
综上所述，大体积混凝土承台温度裂缝主要是温度变化导致的。因此，为了确保大体积混凝土承台施工的质量，关键是做好施工中的温度控制，降低混凝土的水化热。实践证明，通过设计合理的混凝土配合比、掺加粉煤灰取代部分水泥、使用高效缓凝减水剂等，能降低混凝土的水化热。同时，在承台中布置冷却水管通入冷却水可降低承台内表温差，减少承台温度裂缝；在承台表面及时覆盖草席洒水养护可减少承台表面裂缝。本工程温度控制是有效的，其施工经验值得类似工程参考借鉴。
参考文献
[1] 龚玉华;陈舜东;黄强军.茅台大桥大体积混凝土承台温度控制研究[J].铁道建筑,2012年01期
[2] 马晓佳;李林挺.桥梁承台大体积混凝土施工温度控制技术[J].建设机械技术与管理,2011年01期
关键词:桥梁；大体积混凝土；温度裂缝；温度控制；温度监测
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
随着我国交通事业的蓬勃发展，大跨度桥梁大量涌现，在桥梁结构中大体积混凝土承台亦随之大量使用，但是大体积混凝土承台发生温度裂缝的现象也较为常见。这是因为大体积混凝土在施工中，由于水泥水化热，内部温度上升，在一定约束条件下会产生较大的温度应力，从而导致混凝土产生裂缝。因此，在施工中如何控制温度温度，采取相应的温控措施，避免混凝土出现有害的温度裂缝是保证工程质量的首要问题。
1 工程概况
某桥梁工程，长度为823.22m，使用C35混凝土进行浇注，混凝土用量为1024m3左右，由于承台体积较大、混凝土用量高、水化放热较高，容易产生温度裂缝，为了低大桥承台大体积混凝土内部水化热温度，降调节承台大体积混凝土内表温差，在承台体内设置冷却管通水可有效降低大体积混凝土温度。
2 承台温度控制措施
2.1 混凝土原材料选择及配合比设计
水泥：选用华润牌P.O42.5水泥；
粉煤灰：采用当地电厂I级粉煤灰；
外加剂：选用广州某公司高效缓凝减水剂；
细集料：采用当地河砂；
碎石：采用当地采石场生产的二级配碎石。
水泥、粉煤灰性能分别见表1、表2。
表1 水泥性能
表2 粉煤灰性能
工程要求承台浇注采用混凝土泵送施工技术，所使用的混凝土应具有良好的工作性能，初始坍落度应控制在180～220mm之间。经过大量试验，并结合施工情况调整，最后确定的承台用C35混凝土，配合比如表3所示。
表3 C35混凝土配合比
经现场检测，新拌混凝土坍落度为205mm，未出现离析、泌水等现象，工作性能较好；混凝土3d、7d、28d的抗压强度分别为27.6MPa、34.0MPa、42.4MPa，满足工程需求。
在大体积混凝土配合比设计中，关键是降低混凝土的水化热或延缓混凝土水化热峰值的出现时间，有实验表明单方混凝土中水泥用量每增减10kg，混凝土的内部温度可升高或降低约1℃。因此，在配合比设计过程中应在确保混凝土各项性能指标的基础上，尽量减少水泥用量。粉煤灰在混凝土中，前期基本不发生反应，后期发生二次水化反应，这种特性可以降低胶凝材料的水化热峰值，有效地减少大体积混凝土早期温度裂缝。本配合比中，使用粉煤灰以1∶1.2的比例取代20%的水泥，减少了混凝土中的水泥用量，降低了混凝土的水化热。粉煤灰还具有形态效应、微集料效应，掺加粉煤灰还可以改善混凝土的和易性并提高混凝土的耐久性能。
为改善混凝土的工作性能、延长混凝土的凝结时间，在混凝土中掺加适量的高效缓凝减水剂。该工程中使用的高效缓凝减水剂，减水率达到25.2%，缓凝效果显著，经检测混凝土初凝时间延长至13h，终凝时间延长至16h，混凝土的凝结时间推迟后延迟了水化热峰值的出现时间，避免温度积聚。
2.2 合理布置冷却水管
在承台中埋设冷却水管，待混凝土浇注完成后通入冷却水带走混凝土中的热量，是大体积混凝土进行温度控制的重要手段，这种温度控制措施效果显著而且具有经济、易施工等特点，在工程中得以广泛应用。根据热力学计算及施工要求，在承台中共布置5层冷却水管。冷却水管采用直径45mm、壁厚为3.5mm的铁管，其具体布置方式见图1。
图1 承台冷却水管布置图
冷却水管内通的水为河水，冷却水管布置完成后，应先进行预通水检查，观察水管是否有水流不畅、漏水等问题。当混凝土浇注完成后开始通水，持续时间为10d左右。在通冷却水的过程中，应注意控制水管中的冷却水水温，使其与混凝土温差不超过25℃，避免在冷却水管周围产生温度应力裂缝，可将出水口流出的温水收集于集水池中用以调节冷却水水温。
2.3 保温保湿养护
合理的保温保湿养护对大体积混凝土有极为重要的作用。养护使大体积混凝土处于合适的温度及湿度条件下，可以降低混凝土结构表面与外界之间的温差，延长混凝土的散热时间，减少温差裂缝；养护还可以减少混凝土因失水而产生的干缩裂缝，为水泥的持续水化提供水分。因此，在承台混凝土施工过程中，待混凝土终凝后，及时在混凝土承台表面覆盖草席洒水保湿的养护，持续10d。
3 温控监测
根据该混凝土承台体积较大、混凝土用量较高、工程环境复杂的特点，设计承台大体积混凝土的温控标准如下:
(1)严格控制混凝土的浇注温度在35℃以下；
(2)混凝土中心温度与表面温度之差(内表温差)应小于25℃；
(3)混凝土结构的降温速率应小于15℃/d。承台混凝土结构具有对称性，选取承台结构的1/4区域布置温度测点，进行温度监测。共布置12个温度测点，从开始工作后每隔2h测量一次并记录，温度测点在承台中的布置如图2所示。
图2 承台温度测点布置图
4 温度监测结果及分析
承台测点温度情况如表4所示，中心点及承台表面各点温度变化过程如图3、图4所示。
表4 承臺测点温度情况
图3 1号测点温度变化情况
图4 3号测点温度变化情况
由图3、图4可以看出，各温度测点所呈现的温度随时间的变化规律基本相同:承台混凝土浇注完成后，各温度测点温度开始快速上升，温度上升持续时间一般为46～50h；达到温度峰值后开始缓慢地降温最终进入稳定阶段。混凝土承台的最高温度75.6℃，出现位置为结构中心的3号测点，其余各点最高温度(如:1号70.4℃、8号73.8℃、12号74.4℃)均不如中心点高，而且从图3、图4、图5、图6中也可以看出3号点的最高温度出现时间为46h，其余各点出现时间均迟于46h。表面测点1、8、12号点的整体平均温度也低于3号测点的平均温度，而且进入温度下降阶段后，相对于中心点表面各点的降温速率较快。在整个温度监测过程中，承台表面各点与中心点之间出现的最大内表温差为13.4℃，这个数值远低于设计提出的最大内表温差25℃的标准，可有效地减少温度应力裂缝的出现。在浇注过程中，混凝土浇注温度控制在32.4℃以下；布置冷却水管并及时通入冷却水，可有效降低大体积混凝土内部温度；施工期间，外界的平均气温为26.7℃，与承台表面温度差距较大，在混凝土终凝后及时使用草席覆盖洒水养护，有效地减少了承台表面裂缝。
从以上的分析结果，可以得出以下规律:大体积承台中心处的温度比表面高，中心处的降温速度较为缓慢，表面各点降温速度较快。出现这种情况的原因是:中心处的水化热向外传输路径较长，传输较困难，容易形成温度集聚。承台表面各点与外界接触，温度传输较快所以温度下降速度较快。
5 结论
综上所述，大体积混凝土承台温度裂缝主要是温度变化导致的。因此，为了确保大体积混凝土承台施工的质量，关键是做好施工中的温度控制，降低混凝土的水化热。实践证明，通过设计合理的混凝土配合比、掺加粉煤灰取代部分水泥、使用高效缓凝减水剂等，能降低混凝土的水化热。同时，在承台中布置冷却水管通入冷却水可降低承台内表温差，减少承台温度裂缝；在承台表面及时覆盖草席洒水养护可减少承台表面裂缝。本工程温度控制是有效的，其施工经验值得类似工程参考借鉴。
参考文献
[1] 龚玉华;陈舜东;黄强军.茅台大桥大体积混凝土承台温度控制研究[J].铁道建筑,2012年01期
[2] 马晓佳;李林挺.桥梁承台大体积混凝土施工温度控制技术[J].建设机械技术与管理,2011年01期