關(guān)鍵詞：橋梁工程 大體積混凝土結(jié)構(gòu) 溫度應(yīng)力

　　橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸過大，施工時(shí)內(nèi)外溫差超過25℃，就容易產(chǎn)生溫度裂縫。所以，在橋梁工程中，溫度應(yīng)力是不可忽視的問題。貴州省六盤水至盤縣高速公路老鷹巖特大橋主墩承臺(tái)尺寸：21.6×20.4×4m，圬工總方量達(dá)1763m3，是典型的大體積混凝土。施工中，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，采取了相應(yīng)的措施，減小溫度應(yīng)力的破壞，確保了承臺(tái)混凝土的質(zhì)量。

　　1 橋梁大體積混凝土與溫度應(yīng)力

　　1.1 大體積混凝土定義 大體積砼指的是最小斷面尺寸大于1m以上的砼結(jié)構(gòu)，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開展的砼結(jié)構(gòu)。由于大體積的混凝土在其硬化的過程中，產(chǎn)生的混凝土很難散發(fā)出去，如果在施工過程中不采取措施的話，很容易出現(xiàn)裂縫。

　　1.2 溫度應(yīng)力 應(yīng)力的定義是單位面積上物體所承受的附加內(nèi)力；溫度應(yīng)力也叫做“熱應(yīng)力”，指的是物體體積不能夠隨著溫度的上升或者是下降自由地伸縮，物體的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)部由此產(chǎn)生的應(yīng)力就是溫度應(yīng)力。

　　產(chǎn)生溫度應(yīng)力的主要原因是結(jié)構(gòu)物的內(nèi)外溫差，一個(gè)是年溫差的影響，一個(gè)是局部溫差的影響。所謂的年溫差指的是氣節(jié)的變換導(dǎo)致氣溫隨之發(fā)生周期性的變化，這種周期性變化的氣溫對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的作用就是年溫差的影響。所謂的局部溫差，指的是日照的溫差，或者是混凝土內(nèi)部水化熱的影響。本文主要討論的就是混凝土內(nèi)部水化熱引起的局部溫差對(duì)結(jié)構(gòu)物的影響。

　　2 混凝土溫度應(yīng)力的影響因素

　　2.1 結(jié)構(gòu)尺寸的影響 一般情況下，結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度的變化都不是均勻的。溫度應(yīng)力不僅與溫度的變化有關(guān)，還與混凝土結(jié)構(gòu)的位置，以及材料的特性都有直接的關(guān)系。通常溫度應(yīng)力最大時(shí)，不是溫度變化最大的時(shí)候，而是內(nèi)外溫差最大的時(shí)候。所以在工程施工中，通常是通過控制內(nèi)外溫度差來控制大體積混凝土的放熱，其實(shí)質(zhì)是通過對(duì)溫差的控制來減小溫度應(yīng)力。如果結(jié)構(gòu)物尺寸越大，其體積越大，混凝土內(nèi)部水化熱就會(huì)越大，也就越不容易散發(fā)出來。因此通常在條件允許的情況下可以通過減小構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸來控制溫度應(yīng)力的破壞。在老鷹巖特大橋承臺(tái)施工中，為降低溫度應(yīng)力對(duì)承臺(tái)的影響，我們將承臺(tái)分兩次澆筑，即每次澆筑高度2m，混凝土方量約882m3，這樣每層混凝土中心離最近外表大氣環(huán)境只有1m，有利于內(nèi)部水化熱的散發(fā)，有效控制了承臺(tái)內(nèi)部溫度應(yīng)力的影響。

　　2.2 外部溫度影響 由于橋梁施工大都在野外進(jìn)行，混凝土都裸露在大自然中，受外部環(huán)境及溫度影響很大，弄清施工所處的氣象特征，是防控溫度應(yīng)力破壞的重要參考依據(jù)。通常情況下在氣侯條件比較惡劣的條件下如空氣干燥、晝夜溫差大、風(fēng)沙大、日照強(qiáng)的環(huán)境下，減小外部環(huán)境溫度的影響要采用保溫保濕法；對(duì)于在氣侯條件較好的地區(qū)如相對(duì)濕度大（超過60％）、晝夜溫差小、無風(fēng)沙影響、光照弱可采用覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)法。貴州水盤高速公路位于云貴高原山地季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，熱量豐富，雨水充沛。降雨多集中在5-10月份，年平均氣溫在14℃左右，極端最低氣溫-11.7℃，極端最高氣溫36.7℃。老鷹巖特大橋承臺(tái)澆筑在8、9月份進(jìn)行，其時(shí)外部溫度條件見下表：

　　從上表可以看出氣溫比較穩(wěn)定，沒有較大的波動(dòng)，承臺(tái)澆筑后在表面采用土工布覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，很好的控制了混凝土內(nèi)外溫差不超過25℃，減小了承臺(tái)內(nèi)部溫度應(yīng)力的影響。

　　2.3 原材料影響 優(yōu)質(zhì)的原材料能給混凝土溫度裂縫控制帶來有利條件，低水化熱的水泥和低水泥用量能使混凝土內(nèi)部溫度明顯降低，但不宜使用早強(qiáng)水泥，適量摻用緩凝減水劑和適宜的摻合料，這樣可以減小水泥用量和避免水化熱過于集中。事實(shí)證明，混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫是從混凝土最薄弱的地方開始的，優(yōu)質(zhì)的骨料能提高混凝土的彈性模量，對(duì)溫度應(yīng)力有較高的抵抗能力,尤其是骨料的粒徑、粒形、級(jí)配及潔凈程度對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響最大，而混凝土的強(qiáng)度與彈性模量是成正比的，因此選擇優(yōu)質(zhì)的骨料至關(guān)重要。對(duì)粗骨料而言，宜選用母材堅(jiān)硬、連續(xù)級(jí)配、針片狀含量少、吸水率低的碎石。對(duì)于細(xì)骨料要求潔凈、級(jí)配合理，含泥量小。由于條件限制，本地區(qū)工程施工細(xì)骨料均采用機(jī)制砂，通過試驗(yàn)細(xì)骨料含泥(粉塵)量控制在5%以內(nèi)、細(xì)度在2.9~3.1之間。

　　3 混凝土溫度應(yīng)力的防治措施

　　3.1 合理的配合比 配合比設(shè)計(jì)總的要求是配制的混凝土水化熱量低、釋放速度慢不集中，強(qiáng)度及彈性模量高，對(duì)溫度應(yīng)力具有較強(qiáng)的抵抗能力。最大限度地減小水泥用量是減小水化熱最有效的途徑，但必須保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性符合設(shè)計(jì)要求。摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰和化學(xué)外加劑，既能保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性不受損又能減小水泥用量。在老鷹巖特大橋承臺(tái)施工中我們加入了一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，收到了良好的效果。本橋承臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30，通過試驗(yàn)配比，施工配合比見下表：

　　3.2 加強(qiáng)拌合控制 拌合站對(duì)原材料的控制除了監(jiān)控質(zhì)量外，還要測試各種組成材料的溫度。尤其是在夏季施工大體積混凝土?xí)r，特別要注意各種原材料對(duì)混凝土溫度的影響：粗骨料溫度影響最大，其次是細(xì)骨料和水的溫度，水泥溫度的影響較小些，但也不容忽視，一般溫度不宜超過40℃。為了降低混凝土機(jī)口溫度，最有效的方法是降低粗細(xì)骨料的溫度，在沒有冷卻措施的條件下，由于日照的影響，原材料溫度將高于當(dāng)時(shí)氣溫，我們必須采取搭棚遮陽，抽深層地下水等措施降溫。

　　3.3 增設(shè)冷卻管 在大體積混凝土施工過程中，一般多用冷卻水管的布設(shè)來降低混凝土結(jié)構(gòu)水化熱的影響。利用冷水管的布設(shè)降低溫度，主要是對(duì)對(duì)流方式的利用，經(jīng)過水管的水會(huì)將一部分的水化熱帶走，以達(dá)到降低混凝土結(jié)構(gòu)的溫度。一般的情況水管的橫截面積越大，而流過的水溫度越低、速度越快，那么散熱的效果肯定越好，但考慮到結(jié)構(gòu)安全、實(shí)施的可行性、經(jīng)濟(jì)性等原因，這些參數(shù)不是可以無限制的增加的。所以實(shí)施過程中冷卻管循環(huán)水只能帶走一部分水化熱，但是其效果顯著，實(shí)用。在老鷹巖特大橋承臺(tái)施工中，我們在每層混凝土正中設(shè)置了一層冷卻管，冷卻管距每次澆筑混凝土頂、底面及各側(cè)面均為1m，由于承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸較大，結(jié)合澆筑的先后順序和快慢，每層冷卻管設(shè)置了兩個(gè)進(jìn)水口，四個(gè)出水口，每個(gè)進(jìn)水口均設(shè)置閥門控制水流速度。進(jìn)水管為冷卻管直徑的兩倍，以保證冷卻管內(nèi)水流量的最大，在承臺(tái)正中設(shè)置測溫點(diǎn)，根據(jù)測定的內(nèi)部溫度來調(diào)節(jié)冷卻管內(nèi)水流循環(huán)的速度及大小，如下圖所示：

　　冷卻管布置圖

　　混凝土溫度測試記錄表

　　經(jīng)試驗(yàn)表明，混凝土在溫度上升階段很少開裂，裂縫一般出現(xiàn)在降溫階段，此階段為溫度監(jiān)控的重點(diǎn)。由上表可見，24小時(shí)左右是混凝土水化熱高峰值，持續(xù)100小時(shí)左右，逐漸下降，因此，對(duì)大體積混凝土工程來說，早期的溫度監(jiān)測工作非常重要。尤其是混凝土澆筑后24～120小時(shí)最為重要。當(dāng)混凝土中心溫度與表層溫度差超過了25℃時(shí)靠模板自身保溫已不能滿足要求了，需采取一定的措施，如包裹、覆蓋等措施來進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理以控制內(nèi)外溫差。

　　4 總結(jié)

　　混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因是多方面的，這就要求我們在施工過程中要精心設(shè)計(jì)，精心施工，每一道工序都要細(xì)心管理，才有可能避免裂縫的出現(xiàn)。溫度測試只能預(yù)控，合理的養(yǎng)護(hù)措施才能達(dá)到最后的目的。在混凝土施工前一定要制定相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，把混凝土內(nèi)表溫差控制在25℃以內(nèi)。

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