1、浅谈洞庭湖大桥大体积混凝裂纹的控制【摘要】本文从大体积混凝土的定义、裂缝形成的原因、防止裂缝产生的施工措施几个方面简要论述大体积混凝土的抗裂施工技术。关键词：C30；C55大体积混凝土；裂缝；施工措施一、工程概况湖南临湘至岳阳高速公路是国家高速公路网规划中的第12条横线杭州至瑞丽国家高速公路在湖南省内的重要组成部分。岳阳洞庭湖大桥是临岳高速公路全线的控制性工程，桥位位于洞庭湖入长江交汇口处岳阳市七里山，走向东起岳阳，西接君山，该桥为双塔双跨钢桁架梁悬索桥，其主缆跨径组合为：460m+1480m+491m，主梁跨径组合为：1480m+453.6m，两岸锚碇为重力式锚碇，地连墙深基础，锚碇锚块及顶
2、板是大体积混凝土使用标号C30；索塔为深桩基础、承台、门式塔结构。主塔混凝土浇筑使用标号为C55。 二、大体积混凝土裂缝形成的原因2.1大体积混凝土的定义根据大体积混凝土施工规范混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1M的大体量混凝土，或预计会因凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。大体积混凝土除尺寸要超过一定范围外，其实质的区别在于混凝土中水泥水化热产生大量的热量，而由于其大造成混凝土内部热量不如表面散发的 快，从而导致内外温差大，由此产生的温度应力会造成混凝土的开裂。因此判断是否属于大体积混凝土范畴既要考虑尺寸因素，又要考虑水泥种类、强度、用量、环境等因素。2.2混
3、凝土裂缝形成的原因裂缝产生的原因可分为两种：温度裂缝和收缩裂缝。 2.2.1温度裂缝产生的主要原因：一是由于温差较大引起的，砼结构在硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，使砼表面和内部温差较大，砼内部膨胀高于外部，此时砼表面将受到很大的拉应力，而砼的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。二是由结构温差较大，受到外界的约束引起的，当大体积砼浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低，放松或取消约束，或根本无法消除约束，易发生深进，直至贯穿的温度裂缝。温度裂缝形成的过程：一般（
4、人为）分为三个时期：一是初期裂缝-就是在砼浇筑的升温期，由于水化热使砼浇筑后2-3天温度急剧上升，内热外冷引起“约束力”，超过砼抗拉强度引起裂缝。二是中期裂缝-就是水化热降温期，当水化热温升到达峰值后逐渐下降，水化热散尽时结构物的温度接近环境温度，此间结构物温度引起“外约束力”，超过砼抗拉强度引起裂缝。三是后期裂缝，当砼接近周围环境条件之后保持相对稳定，而当环境条件下剧变时，由于砼为不良导体，形成温度梯度，当温度梯度较大时，砼产生裂缝。图1 砼C30从浇筑开始内表温差变化温度控制：温度裂缝的产生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在规范允许的范围之内，要进行有效的控制，就必须进行科学预测，以
5、保证控制的准确性。在浇筑砼时，采用温度传感片和测温仪，从浇筑开始测温（包括出机温度、入模温度，环境温度），并及时抹压（特别是初凝前）和保温保湿养护。浇筑完后根据温控指标，及时调整保温保湿养护条件。如图1所示锚碇上锚块M3砼C30内表温差随混凝土入模的变化，当达到80小时左右时达到温峰，此时产生的温度应力最大，对温度应力的控制现场需要加强冷却水管的通水控制降低中心点温度。温度影响系数受多种因素影响，其中温度、湿度、散热界面（土、空气等），初凝时间、风速、温差等影响较大，特别是风速和温差较大时，温度影响系数大大降低，最高温升将降低，这与我们的实测结果是相吻合的。但为防止降温过快，形成大的温度梯度，
6、夏季选用蓄水养护,秋冬季加盖棉被、海绵如果工地气候风大、干燥特征拆模后及时采取防风，保温措施，并及时回填土，结果证明这些方法对温度影响系数的改变是非常有用的，事实表明控制也是非常成功的。二、沉缩裂缝 当然砼沉缩裂缝在大体积砼（特别是泵送大流态砼）施工中也是非常多的。主要原因是振捣不密实，沉实不足，或者骨料下沉，表层浮浆过多，砼浇筑后，没有及时抹压实（特别是初凝前的二次拌压），且表面覆盖不及时，受风吹日晒，表面水份散失快，产生干缩，砼早期强度又低，不能抵抗这种变形而导致开裂。三、 保证大体积混凝土质量的措施 1选择合适水泥和严格控制水泥用量 优先采用52.5R普通水泥，42.5R普通水泥等高标号
7、水泥，以减少水泥用量，但是这两种水泥水化热较大温升较高，所以选用中低热水泥，减少水化热，降低混凝土的温升值。并尽量选用后期强度（90或120天），降低水泥量，并延缓峰值。在满足设计和混凝土可泵性的前提下，选用双掺粉煤灰和矿粉降低水泥用量，以降低砼最高温升，降低砼所受的拉应力。2. 严格控制骨料级配和合泥量 选用10-40mm连续级配碎石(其中10-30mm级配含量65左右)，细度模数2.80-3.00的中砂(通过03mm凹筛孔的砂不少于15，砂率控制在40-45)。砂、石含泥量控制在1以内，并不得混有有机质等杂物，杜绝使用海砂。3.选择适当外加剂 可根据设计要求，混凝土中掺加一定用量外加剂，如
8、防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性，使用水量减少20左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延长到5h左右。4. 选择优化配合比4.1 C55塔柱第一个配合比使用韶峰南方P.O 52.5，I级粉煤灰，S95矿粉，苏博特外加剂，中砂细度模数2.8，碎石5-25mm C55配合比如表1表1 C55配合比（Kg/m）水泥粉煤灰矿粉砂子碎石水外加剂水灰比280.6116.970.27021145.31454.680.31工作性能良好7d，28d，60d强度合格如表2表2混凝土的工作性和强度坍落度（mm）7d强度（MPa）28d强度（MPa）60d强度（MPa）180
9、-22054.368.773.7/72.5塔柱实体充分包裹养护，仍然有微裂纹4.2 C55塔柱第一次优化使用韶峰南方P.O52.5水泥，I级粉煤灰，S95矿粉，苏博特外加剂，中砂细度模数2.8，碎石5-25mm配合比如表3表3 优化C55配合比（Kg/m）水泥粉煤灰矿粉砂子碎石水外加剂水灰比263.7109.865.9750.21125.41454.390.33工作性能良好，7d，28d，60d强度合格如表4表4 优化C55工作性和强度坍落度（mm）7d强度（MPa）28d强度（MPa）60d强度（MPa）180-22046.862.870.7/71.8塔柱实体包裹养护充分，裂纹减少仍然有少量
10、裂纹。4.3第三次优化换用韶峰南P MH 42.5水泥，I级粉煤灰，S95矿粉，苏博特外加剂，中砂细度模数2.8，碎石5-25mm中热42.5水泥水化热较低降低混凝土绝热温升，减少裂纹。配合比如表5表5 中热42.5水泥C55配合比水泥粉煤灰矿粉砂子碎石水外加剂水灰比278.185.285.2741.41112.11484.0360.33工作性能良好，7d，28d，60d强度合格如表6表6 中热42.5水泥C55工作性及强度坍落度（mm）7d强度（MPa）28d强度（MPa）60d强度（MPa）180-22046.862.870.7/71.8塔柱实体包裹养护充分，裂纹明显减少。 选用良好级配的
11、骨料，严格控制砂石质量，降低水灰比，并在砼中掺加粉煤灰和外加剂等，以降低水泥用量，减少水化热，以降低砼温升，从而可以降低砼所受的拉应力。5.采用切实可行的施工工艺 根据泵送大体积混凝土的特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法。这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能较好地适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长，从而提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。根据混凝土泵送时自然形成一个坡度的实际情况，在每个浇筑带的前后布置两道振动器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实；由于底层钢筋间距较密，第二道布置在混凝
12、土坡脚处，以确保下部混凝土密实。随着浇筑的推进，振动器也相应跟上，以确保整个高度上混凝土的质量。由于大体积泵送混凝土表面水泥浆较厚，故浇筑结束后须在初凝前用铁滚筒碾压数遍，打磨压实，以闭合混凝土的收水裂缝。6.严格控制混凝土入模温度 大体积砼最好选在春秋季施工，以降低入模温度，既是在夏季施工最好采取有效措施降低入模温度，再者浇筑砼时最好不要让砼在太阳下直接爆晒。6.1碎石占混凝土约总质量的50，降低碎石温度能够很好地降低混凝土的出机温度，据有关数据统计碎石每降低5砼出机温度降低1，所以夏季施工过程中应对碎石使用冷却水洒水降温，保证碎石温度降低，但是碎石洒水势必造成含水率不稳定，导致混凝土拌合后
13、出现坍落度较大甚至离析现象，这就要求工作人员认真负责时时关注含水率的变化。6.2对于大体积混凝土水泥温度不宜超过60，保证水泥库通风良好，确保进场水泥温度是保证混凝土入模温度的有效措施。6.3，拌合水采用经过冷水机冷却后的冷却水，水温大约5。高温时节在冷却水中加入碎冰屑，保证水温稳定。7.增加适当预埋件 在砼易裂缝部位埋设应力应变传感片，直接测试拉应力，以便更直接控制砼（调节保温保湿养护条件，保证温度梯度），确保砼不裂缝。在基础面筋上加设铁丝网或小直径钢筋网，以提高砼表面抗裂性（中间温度筋可去掉）。如300m厚承台设计时，在承台中间设置了垫202肋水平抗缩钢筋网片。采用“水平分层间隙”施工方法
14、，分两层进行浇筑，间隙时间7d以上，分层厚度各15m，抗缩钢筋网设置在下层15m的上表面。在工期允许的情况下，这种施工方法可降低内部最高温升、减少人力、材料及机械设备的投入。 8改进施工技术 施工时加强插筋位置的振捣、抹压、养护。由于钢筋是热的良导体，易产生大的温度梯度，这是裂缝产生的一个主要环节。同时加强初凝前的抹压，以消除初期裂缝，并加强早期养护，提高砼抗拉强度。9加强砼浇筑后的养护 砼浇筑后，应尽快回填土-土是砼最好的养护材料之一。目前这是砼保温保湿养护的最有效方法，对预防裂缝是非常有益的。如采用蓄水法保温养护，在混凝土施工期间可通入冷却循环水，以便加快承台内部热量的散发。如采用内散外蓄
15、综合养护措施，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。10.加强技术管理 加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工，责任到人。加强计量监测工作，定时检查并做好详细记录，认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝，并采取措施加以杜绝。在变截面施工前，一定要加强预测，并保证预测的科学性。同时在实施过程中，要切实落实施工方案。11. 加强混凝土的测温工作 为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在承台内埋没若干个测温点，采用L形布置，每个测温点埋设温管2根01根管底埋置于承台混凝土的中心位置，测量混凝土中心的最高温升，另一根管底
16、距承台上表面100 mm，测量混凝土的表面温度，测温管均露出混凝土表面100 mm。用100的红色水银温度计测温，以方便读数。第l - 5d每2h测温1次，第6d后每4h测温1次，测至温度稳定为止。从已有施工经验的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3.5d内产生，3d内温度可上升到或接近最大温升，内外温差值在20左右，控制在规范规定范围内，未发现异常现象。12.其它参考意见 大体积混凝土采用泵送工艺，泵送过程中，常会发生输送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要。须合理选择泵送压力，泵管直径，输送管线布置应合理。泵管上须遮盖湿麻袋，并经常淋水散热。混凝上中的砂石要有良好的级配，碎石最大
17、粒径与输送管径之比宜名1：3，砂率宜在40。45间，水灰比宜在05-055间，坍落度宜在180-200间。 及时与气象台取得联系，掌握天气情况。由于大体积混凝土承台连续浇筑，故浇筑现场须设防雨棚，并在基坑四周，设置盲沟和集水井。 四、结论经过施工前的准备工作，施工中的严格控制以及施工后的监测养护等工作，本桥顺利浇筑了锚碇和塔柱的大体积混凝土的施工工作。在后期的不断监测中并未发现明显的裂缝出现。大体积混凝土施工中，严格控制各原材料的质量，是提高抗拉强度的重要措施。采用混凝土中掺入聚丙烯纤维，是提高混凝土抗拉强度的有效措施。选用低水化热水泥，减少单位水泥用量；采用材料降温控制混凝土入模温度，布设冷却水管降低混凝土内部温度，减小温度应力。如果措施得力，大体积混凝土的浇筑也会做到无危害裂纹，同时还可降低工程成本。 参考文献： 公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011 大体积混凝土施工规范GB50496-2009 大体积混凝土预冷技术中国电力出版社翁定伯 水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程(JTS 202-1-2010) 工程结构裂缝控制 徐荣年、徐欣磊编著 7
