论文部分内容阅读
【摘 要】 预防承台基础等大体积混凝土出现裂缝，一直是桥梁施工所要控制的难点和重点。本文主要从施工准备，包括原材料的选择、拌合站的搅拌能力、人员的组织和安排等以及冷却管的布置、通水和温度监控、混凝土的养生等方面作以阐述。
【关键词】 大体积；混凝土；冷却管；温度；监控；养生
前言：
大体积混凝土容易产生裂缝主要是因为在混凝土浇筑初期产生大量的水化热，而混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，温度急剧上升与混凝土表面形成较大的温度差，待混凝土凝结初期产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时产生裂缝；其次，当混凝土内部温度达到峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，与温度峰值形成内部温差，也会产生温度裂缝。再加之受施工条件限制，如何保证在较短时间内完成整个浇筑，避免施工缝的出现也是需要考虑的重点。
一、施工准备
1.材料选择
（1）水泥
混凝土中的水化热主要由水泥产生，而水泥的水化热是矿物成分与细度模数的函数。资料表明，水泥中铝酸三钙和硅酸三钙含量较高的，水化热较高，水泥细度模数较小时，表面积每增加100cm2/g，1天的水化热增加17J/g～21J/g，7天和20天均增加4J/g～12J/g。因此在选择水泥时要尽量选择铝酸三钙和硅酸三钙含量较少，细度模数较小，早期水化热低的水泥。
（2）粉煤灰
减少水泥用量可以降低水化热，但混凝土强度也随之降低，因此在选做配合比时须将减少的水泥用粉煤灰代替。但必须按照规范严格控制粉煤灰掺量，因粉煤灰的比重比水泥小，若掺量太多，振捣时会浮出表面，使混凝土局部强度降低，表面产生塑性收缩裂缝。掺粉煤灰的作用：①粉煤灰中含有的大量硅、铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应产生活性；②粉煤灰颗粒较细，参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③粉煤灰中的火山灰反应改善了混凝土内部的孔结构，总的孔隙率降低，孔结构更细化，分布更均匀合理，硬化后更加密实，相应收缩值减少，产生裂缝的机率也随之减少。
（3）骨料
①粗骨料
粗骨料粒径大时，相对级配较好，孔隙率较低，总表面积减少，每立方水泥砂浆和水泥用量就减少，水化热也减少，但粒径过大不连续时，混凝土易离析且捣固困难。因此宜选用粒径为4.75～19和19～37.5的骨料，并按一定比例配置。
②細集料
砂子宜采用中粗砂（细度模数2.6～2.9），其孔隙率较小，总表面积较小，可以减少水和水泥用量。泵送时，细度模数宜在2.3～2.7之间，和易性相对较好。
（4）外加剂
①减水剂：改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量。
②缓凝剂：一则可延缓混凝土放热峰值出现的时间，因混凝土的强度随龄期的增长而增大，当放热峰值延迟出现时，混凝土的强度也增大了，裂缝出现的机率也就减少了。另一方面也改善了混凝土的和易性，减少了在运输过程中的塌落度损失。
综合考虑以上因素，笔者建议采用双掺技术。经试验确定水泥用量宜为310kg/m3（规范要求大体积混凝土小于350kg/m3），含砂率30%，水灰比0.48，高效减水剂掺量0.75%，粉煤灰掺量17.5%。
2.拌和站准备工作
（1）拌和能力方面
拌和能力的大小对大体积承台的浇筑至关重要，若不能连续浇筑，不仅会出现施工缝，还会使混凝土在浇筑过程中因停留时间过长提前出现应力收缩而产生裂缝。所以，建议准备2台JS500、2台JS750、1台JS1000共5台搅拌机，使搅拌能力达到60m3/h，以便短时间完成浇筑。
（2）混凝土运输和浇筑
大体积承台不仅混凝土方量大，承台钢筋、墩身预埋钢筋数量也不少，采用平板车推倒或搭设滑槽浇筑远远满足不了施工要求。因此，建议采用一台臂长37m的混凝土汽车泵和一台HBT60E混凝土地泵（备用泵）和5台8m3的混凝土运输车完成混凝土浇筑。浇筑时在承台顶面板钢筋上开设数个30×30cm的天窗，汽车泵管通过天窗伸到承台底部，分层浇筑，往复循环，每层30cm左右，使水泥水化热在下层混凝土浇筑前就散发一部分。
（3）人员组织和安排
搅拌机配料采用三级配料，人员只需添加粉煤灰和外加剂，每台搅拌机配3人，共5台15人，每班工作8小时，搅拌机、运输车和输送车司机每台配2人，采用轮班制，防止因疲劳发生意外事故。混凝土浇筑现场需准备振动棒10台（备用2台），振捣工人16人分两班。因承台内钢筋、拉杆和冷却管布置密集，工人移动不方便，要确保振捣到位，防止漏振和过振现象出现。现场技术、试验人员要全程监督，发现问题及时解决。
二、冷却管的布置、通水及监控
1.冷却管的布置
结合笔者所在项目的承台实际尺寸为长15.6m×宽15.6m×高混凝土强度等级为C30，冷却管分四层布置。因承台内温度应力集中出现在承台中心位置，因此将冷却管的进水口设在承台顶面中心处，出水口设在四个角，共计四个进水口、四个出水口。如图一示：
2.通水要求
（1）就近选择水源，水温保持在25℃左右，并在浇筑前12小时提前通水，以降低模内温度。
（2）通水时间根据实际监控情况而定。
（3）采用高压水泵，确保出水口满管出水，达到冷却循环作用。
3.温度监控
（1）温度传感器的埋设位置和作用
①在承台左前角离地面高度1.0m、离左侧面0.1m、离正面1.0m附近布置测点，了解外界气温对混凝土温度的影响，以指导养生和拆模。
②在中心竖轴位置偏下0.5m附近布置测点，测试承台混凝土温度最高点。 ③在中间层冷却管之间水平位置离冷却水管0.05m附近布置测点，了解冷却管对混凝土温度的影响范围，以控制冷却管水溫与混凝土温度间的温差。
④在承台右后角桩顶混凝土上0.3m附近布置测点，了解基础约束的影响。
⑤在承台右后角离右侧面1.0m、离顶面0.1m、离后侧面1.0m附近布置测点，了解外界气温对混凝土温度的影响。
（2）温度测试
①在混凝土浇筑覆盖温度传感器0.3m后开始温度测试，以后每间隔2小时测试一次，直至温度开始下降为止；在温度下降过程中间隔4小时测试一次；在温度下降至55℃后间隔8小时测试一次，当温度控制在45℃后（当地日最高气温41℃），停止测试。
②在混凝土浇筑前通水，混凝土浇筑后，进水口的温度测试时间应和温度传感器的测试时间同步进行。
③在测试温度传感器和冷却管进出水温的同时，须记录外界大气温度。
（3）监控结果
承台浇筑完成历时30小时，温度峰值出现在混凝土浇筑完成后20个小时左右，升温持续24个小时左右，降温持续时间在130个小时左右，进出水口最大温差为13℃，比同类型大体积混凝土施工温度峰值出现时间提前15～20个小时，降温持续时间缩短了50个小时左右。温度与时间关系见图二：
三、混凝土的养护
1.温度监控结束前不要拆模板，因为此时混凝土内外温差仍然存在且差值较高，拆除模板相当于将混凝土表面外衣脱掉，也易产生裂缝。
2.承台顶面满铺养生材料（麻袋片、塑料薄膜、土工布），养护水就地取材，采用冷却管出水口的水进行养护（模板比承台顶面高10cm便于储水），减少了混凝土内外温差，防止表面出现裂纹。
3.模板拆除后，在承台侧面覆盖养生材料，用冷却管内水每隔3～5小时养护一次，保持覆盖物湿润。
4.养生时间控制在14天左右，养生结束后经验收合格后尽早回填。
四、结束语
经过精心准备和科学合理的安排，整个浇筑过程控制在30个小时左右，混凝土养生效果非常好，拆模后综合评价内实外美，因水泥水化热引起温差产生温度应力裂缝得以有效避免。
参考文献：
[1]公路桥涵施工技术规范实施手册（JTJ041-2000），北京.人民交通出版社，刘士吉等主编，2001.10；
[2]公路工程集料试验规程（JTJ058-2000），北京.人民交通出版社，2000；
[3]牛紫龙，混凝土施工中温度裂缝的分析与控制，工程建设，2006；
【关键词】 大体积；混凝土；冷却管；温度；监控；养生
前言：
大体积混凝土容易产生裂缝主要是因为在混凝土浇筑初期产生大量的水化热，而混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，温度急剧上升与混凝土表面形成较大的温度差，待混凝土凝结初期产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时产生裂缝；其次，当混凝土内部温度达到峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，与温度峰值形成内部温差，也会产生温度裂缝。再加之受施工条件限制，如何保证在较短时间内完成整个浇筑，避免施工缝的出现也是需要考虑的重点。
一、施工准备
1.材料选择
（1）水泥
混凝土中的水化热主要由水泥产生，而水泥的水化热是矿物成分与细度模数的函数。资料表明，水泥中铝酸三钙和硅酸三钙含量较高的，水化热较高，水泥细度模数较小时，表面积每增加100cm2/g，1天的水化热增加17J/g～21J/g，7天和20天均增加4J/g～12J/g。因此在选择水泥时要尽量选择铝酸三钙和硅酸三钙含量较少，细度模数较小，早期水化热低的水泥。
（2）粉煤灰
减少水泥用量可以降低水化热，但混凝土强度也随之降低，因此在选做配合比时须将减少的水泥用粉煤灰代替。但必须按照规范严格控制粉煤灰掺量，因粉煤灰的比重比水泥小，若掺量太多，振捣时会浮出表面，使混凝土局部强度降低，表面产生塑性收缩裂缝。掺粉煤灰的作用：①粉煤灰中含有的大量硅、铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应产生活性；②粉煤灰颗粒较细，参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③粉煤灰中的火山灰反应改善了混凝土内部的孔结构，总的孔隙率降低，孔结构更细化，分布更均匀合理，硬化后更加密实，相应收缩值减少，产生裂缝的机率也随之减少。
（3）骨料
①粗骨料
粗骨料粒径大时，相对级配较好，孔隙率较低，总表面积减少，每立方水泥砂浆和水泥用量就减少，水化热也减少，但粒径过大不连续时，混凝土易离析且捣固困难。因此宜选用粒径为4.75～19和19～37.5的骨料，并按一定比例配置。
②細集料
砂子宜采用中粗砂（细度模数2.6～2.9），其孔隙率较小，总表面积较小，可以减少水和水泥用量。泵送时，细度模数宜在2.3～2.7之间，和易性相对较好。
（4）外加剂
①减水剂：改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量。
②缓凝剂：一则可延缓混凝土放热峰值出现的时间，因混凝土的强度随龄期的增长而增大，当放热峰值延迟出现时，混凝土的强度也增大了，裂缝出现的机率也就减少了。另一方面也改善了混凝土的和易性，减少了在运输过程中的塌落度损失。
综合考虑以上因素，笔者建议采用双掺技术。经试验确定水泥用量宜为310kg/m3（规范要求大体积混凝土小于350kg/m3），含砂率30%，水灰比0.48，高效减水剂掺量0.75%，粉煤灰掺量17.5%。
2.拌和站准备工作
（1）拌和能力方面
拌和能力的大小对大体积承台的浇筑至关重要，若不能连续浇筑，不仅会出现施工缝，还会使混凝土在浇筑过程中因停留时间过长提前出现应力收缩而产生裂缝。所以，建议准备2台JS500、2台JS750、1台JS1000共5台搅拌机，使搅拌能力达到60m3/h，以便短时间完成浇筑。
（2）混凝土运输和浇筑
大体积承台不仅混凝土方量大，承台钢筋、墩身预埋钢筋数量也不少，采用平板车推倒或搭设滑槽浇筑远远满足不了施工要求。因此，建议采用一台臂长37m的混凝土汽车泵和一台HBT60E混凝土地泵（备用泵）和5台8m3的混凝土运输车完成混凝土浇筑。浇筑时在承台顶面板钢筋上开设数个30×30cm的天窗，汽车泵管通过天窗伸到承台底部，分层浇筑，往复循环，每层30cm左右，使水泥水化热在下层混凝土浇筑前就散发一部分。
（3）人员组织和安排
搅拌机配料采用三级配料，人员只需添加粉煤灰和外加剂，每台搅拌机配3人，共5台15人，每班工作8小时，搅拌机、运输车和输送车司机每台配2人，采用轮班制，防止因疲劳发生意外事故。混凝土浇筑现场需准备振动棒10台（备用2台），振捣工人16人分两班。因承台内钢筋、拉杆和冷却管布置密集，工人移动不方便，要确保振捣到位，防止漏振和过振现象出现。现场技术、试验人员要全程监督，发现问题及时解决。
二、冷却管的布置、通水及监控
1.冷却管的布置
结合笔者所在项目的承台实际尺寸为长15.6m×宽15.6m×高混凝土强度等级为C30，冷却管分四层布置。因承台内温度应力集中出现在承台中心位置，因此将冷却管的进水口设在承台顶面中心处，出水口设在四个角，共计四个进水口、四个出水口。如图一示：
2.通水要求
（1）就近选择水源，水温保持在25℃左右，并在浇筑前12小时提前通水，以降低模内温度。
（2）通水时间根据实际监控情况而定。
（3）采用高压水泵，确保出水口满管出水，达到冷却循环作用。
3.温度监控
（1）温度传感器的埋设位置和作用
①在承台左前角离地面高度1.0m、离左侧面0.1m、离正面1.0m附近布置测点，了解外界气温对混凝土温度的影响，以指导养生和拆模。
②在中心竖轴位置偏下0.5m附近布置测点，测试承台混凝土温度最高点。 ③在中间层冷却管之间水平位置离冷却水管0.05m附近布置测点，了解冷却管对混凝土温度的影响范围，以控制冷却管水溫与混凝土温度间的温差。
④在承台右后角桩顶混凝土上0.3m附近布置测点，了解基础约束的影响。
⑤在承台右后角离右侧面1.0m、离顶面0.1m、离后侧面1.0m附近布置测点，了解外界气温对混凝土温度的影响。
（2）温度测试
①在混凝土浇筑覆盖温度传感器0.3m后开始温度测试，以后每间隔2小时测试一次，直至温度开始下降为止；在温度下降过程中间隔4小时测试一次；在温度下降至55℃后间隔8小时测试一次，当温度控制在45℃后（当地日最高气温41℃），停止测试。
②在混凝土浇筑前通水，混凝土浇筑后，进水口的温度测试时间应和温度传感器的测试时间同步进行。
③在测试温度传感器和冷却管进出水温的同时，须记录外界大气温度。
（3）监控结果
承台浇筑完成历时30小时，温度峰值出现在混凝土浇筑完成后20个小时左右，升温持续24个小时左右，降温持续时间在130个小时左右，进出水口最大温差为13℃，比同类型大体积混凝土施工温度峰值出现时间提前15～20个小时，降温持续时间缩短了50个小时左右。温度与时间关系见图二：
三、混凝土的养护
1.温度监控结束前不要拆模板，因为此时混凝土内外温差仍然存在且差值较高，拆除模板相当于将混凝土表面外衣脱掉，也易产生裂缝。
2.承台顶面满铺养生材料（麻袋片、塑料薄膜、土工布），养护水就地取材，采用冷却管出水口的水进行养护（模板比承台顶面高10cm便于储水），减少了混凝土内外温差，防止表面出现裂纹。
3.模板拆除后，在承台侧面覆盖养生材料，用冷却管内水每隔3～5小时养护一次，保持覆盖物湿润。
4.养生时间控制在14天左右，养生结束后经验收合格后尽早回填。
四、结束语
经过精心准备和科学合理的安排，整个浇筑过程控制在30个小时左右，混凝土养生效果非常好，拆模后综合评价内实外美，因水泥水化热引起温差产生温度应力裂缝得以有效避免。
参考文献：
[1]公路桥涵施工技术规范实施手册（JTJ041-2000），北京.人民交通出版社，刘士吉等主编，2001.10；
[2]公路工程集料试验规程（JTJ058-2000），北京.人民交通出版社，2000；
[3]牛紫龙，混凝土施工中温度裂缝的分析与控制，工程建设，2006；