摘 要:結(jié)合貴州虎跳河特大橋6 號～10 號墩承臺大體積混凝土在冬春季低溫條件下的施工實(shí)例,介紹了對橋梁承臺大體積混凝土的溫差測控,提出了摻入高效減水劑、采用蓄水養(yǎng)護(hù)法等改進(jìn)措施,以有效地防止溫度裂紋、裂縫的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞:特大橋,大體積混凝土,承臺,水化熱
中圖分類號: TU755. 7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
引言
隨著西部大開發(fā)的進(jìn)行,在西南部崇山峻嶺地區(qū)將要建造很多特大型橋梁,其主墩承臺多為大體積混凝土,混凝土凝結(jié)時(shí),水泥和水發(fā)生水化反應(yīng)放出大量的水化熱,當(dāng)混凝土體積較大和散熱條件不好時(shí),水化熱基本上積蓄于混凝土內(nèi),從而引起混凝土內(nèi)部溫度的明顯升高。在混凝土內(nèi)外散熱不均勻以及受到內(nèi)外約束的情況下,會引起混凝土體積的不均勻變化即溫度變形。當(dāng)溫度變形受到約束而不能自由伸縮時(shí),就會引起溫度應(yīng)力,從而產(chǎn)生溫度裂縫。
文中以貴州虎跳河特大橋?yàn)橐劳?對橋梁承臺大體積混凝土施工溫度測控進(jìn)行了研究分析。滬瑞國道主干線(貴州境) 鎮(zhèn)寧至勝境關(guān)公路虎跳河特大橋主橋橋跨布置為(120 + 4 ×225 +120) m 六跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,6 號～10 號墩為主墩,均在干處施工,主墩樁基礎(chǔ)為4 排共16 根直徑2. 5 m 的鉆孔灌注樁,樁基采用C30 水下混凝土,承臺均采用C30 混凝土,承臺體積均為長×寬×高= 22. 75 m ×22. 75 m ×5 m。以上五個(gè)承臺均為大體積混凝土,采用大塊鋼模板,均一次澆筑成型,施工中混凝土產(chǎn)生的水化熱對溫差裂縫的影響不容忽視,為保證施工質(zhì)量,在施工過程中需對承臺混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)控。
1 施工溫度監(jiān)控概況
本橋主墩承臺在降低大體積混凝土內(nèi)部最高溫度以及控制混凝土內(nèi)外溫度差在25 ℃以內(nèi),存在兩個(gè)極不利因素:1) 承臺混凝土較厚,高為5 m ,需要一次性澆筑,混凝土內(nèi)部溫度不易發(fā)散;2) 在冬春季施工,環(huán)境溫度低,貴州當(dāng)?shù)貧鉁卮蠹s在0 ℃～10 ℃內(nèi)變化,混凝土內(nèi)表溫差大。在這些因素綜合作用下,混凝土內(nèi)部必然產(chǎn)生較高的溫度,存在著產(chǎn)生裂縫的危險(xiǎn)。
針對虎跳河特大橋在冬春季施工等特點(diǎn),為了保證承臺大體積混凝土在澆筑后,使其內(nèi)部溫度場變化能夠按照預(yù)計(jì)的方向發(fā)展,需要采取以下措施:降低核心混凝土的最高溫度和最高溫升;降低內(nèi)外溫差,并控制在25 ℃內(nèi);控制混凝土的降溫速率,不大于1. 5 ℃/ d ,以防出現(xiàn)冷擊;出水口溫度控制在40 ℃以內(nèi);出水口流量最好能保證在30 L/ min 以上。
2 溫度計(jì)算
溫度計(jì)算首先要按經(jīng)驗(yàn)公式對混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行計(jì)算,估計(jì)混凝土中心最高溫度?；炷磷畲笏療峤^熱溫升值計(jì)算公式如下:
其中, W 為每立方米混凝土水泥用量,可取285 kg/ m3 (貴州水城烏蒙山水泥P. O32. 5) ; Q0 為每千克水泥水化熱量,可取289 kJ / kg ; C 為混凝土的比熱,可取0. 96 kJ / kg·K;γ為混凝土的質(zhì)量密度,可取2 400 kg/ m3 。
混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度計(jì)算公式[ 4 ]如下:
Tmax = T0 + T′maxζ (2)
其中, Tmax為混凝土內(nèi)部的最高溫度, ℃; T0 為混凝土的澆筑入模溫度, ℃; T′max為混凝土最大水化熱絕熱溫升值, ℃;ζ為不同的澆筑塊厚度、不同齡期時(shí)的降溫系數(shù),根據(jù)文獻(xiàn)[ 4 ] ,通過線性差值ζ取為0. 8 。
根據(jù)交通部公路科學(xué)研究院虎跳河特大橋主墩承臺水化熱監(jiān)控階段成果,虎跳河特大橋五個(gè)主墩承臺混凝土澆筑入模溫度T0 、實(shí)測最高溫度、通過上述公式計(jì)算所得的混凝土內(nèi)部最高溫度Tmax以及由實(shí)測值反算得到的ζ值見表1 。
由表1 可以看出,傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式在本橋承臺大體積混凝土施工溫度預(yù)測中,理論值可能由于山砂、粉煤灰等影響而小于實(shí)測最高溫度,其中起到重要作用的是降溫系數(shù)ζ, 由ζ反算值可以看出傳統(tǒng)公式中ζ值在本橋承臺大體積混凝土水化熱計(jì)算中不能很好地指導(dǎo)理論計(jì)算,為了使得理論計(jì)算能夠較好地指導(dǎo)溫度監(jiān)控的進(jìn)行,必須仔細(xì)考慮影響ζ的因素,或者采用有限元分析等方法對大體積混凝土內(nèi)部水化熱進(jìn)行較為可靠的分析與預(yù)測。
3 測點(diǎn)的布置
以真實(shí)反映混凝土塊體的內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度為原則,并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙中承臺冷卻管的布置及施工工藝來確定測點(diǎn)的合理布置。本橋承臺擬采用如下方案進(jìn)行測點(diǎn)布置:1) 通過在中心豎軸布置一組測點(diǎn),找出最大溫升點(diǎn)。2) 在頂表面、側(cè)面附近布置兩組測點(diǎn)。了解外界氣溫對混凝土溫度的影響,以指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)和拆模。3) 在冷卻水管之間水平和豎直方向布置兩組測點(diǎn),以了解冷卻水管的影響范圍,據(jù)此調(diào)節(jié)冷卻水管的橫向、豎向間距,以及控制冷卻水管與混凝土之間的溫差。
4 溫度測試結(jié)果分析
各項(xiàng)監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)在混凝土澆筑后立即進(jìn)行,連續(xù)不斷地進(jìn)行混凝土的溫度測試,峰值出現(xiàn)以前每2 h 監(jiān)測一次,峰值出現(xiàn)后每4 h 監(jiān)測一次,持續(xù)5 d ,然后轉(zhuǎn)入每天測兩次,直到溫度變化基本穩(wěn)定。根據(jù)測溫結(jié)果進(jìn)行分析得到下列結(jié)論:
1) 大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:混凝土在澆筑后的1 d～3 d ,溫度處于上升階段,混凝土內(nèi)部最高溫度多數(shù)發(fā)生在澆筑后的3 d～5 d內(nèi),第5 天以后混凝土溫度處于下降階段。本橋五個(gè)承臺混凝土內(nèi)部各測點(diǎn)溫度大致在0 h～50 h 內(nèi)處于上升階段,在50 h～120 h內(nèi)達(dá)到最高值,而在120 h 以后處于下降階段,符合上述混凝土澆筑后這一溫度變化的規(guī)律。
2) 各個(gè)承臺混凝土內(nèi)外溫差基本上控制在25 ℃以內(nèi),由于測點(diǎn)位于表面或者側(cè)面,且在冬季施工,外界低溫對混凝土的影響明顯,所以施工單位在混凝土澆筑初期對混凝土表面應(yīng)該采取更為有效的保溫措施,以減少外界低溫對混凝土的影響。
3) 各個(gè)測點(diǎn)的混凝土降溫速率基本上控制在1. 5 ℃/ d 以下,部分時(shí)間段不滿足小于1. 5 ℃/ d ,是由于某測點(diǎn)布置在冷卻水管旁,受到了冷卻水管通水的影響,可以看出冷卻水管對于降低承臺溫度起了明顯的作用。
5 對施工工藝的改進(jìn)建議
大體積混凝土施工控制的關(guān)鍵是保證混凝土內(nèi)外溫差小于25 ℃,通過對虎跳河特大橋主墩承臺大體積混凝土的溫度監(jiān)控研究,提出了以下幾點(diǎn)改進(jìn)措施:
1) 摻入適當(dāng)?shù)姆勖夯乙詼p少水泥用量,由公式(1) 可以看出,每立方混凝土減少10 kg 水泥用量,混凝土的最大水化熱絕熱溫升值降低1. 2 ℃左右,因此,在保證混凝土強(qiáng)度的前提下,盡可能降低水泥用量是一種有效的溫控措施。
2) 可以在混凝土澆筑后第二天開始采用蓄水養(yǎng)護(hù)法,使混凝土表層盡量保持在15 cm 水層,這樣可以大大降低混凝土表面熱量的散失。
3) 選用水化熱低的水泥,摻入高效減水劑,減水劑的緩凝作用能有效地削減水化熱峰值;摻入一定的鋼纖維,鋼纖維混凝土能很大地提高混凝土的抗拉性能,防止裂縫的產(chǎn)生。
6 結(jié)語
通過對虎跳河特大橋6 號～10 號墩承臺大體積混凝土施工的溫控表明,采用合理的施工工藝,采取適當(dāng)?shù)臏乜卮胧?使得本橋五個(gè)承臺混凝土表面平整,棱角平直,無施工接縫;有效地防止了溫度裂紋、裂縫的產(chǎn)生,個(gè)別承臺面的蜂窩麻面面積與非受力裂縫均符合設(shè)計(jì)要求,充分保證了大體積混凝土的施工質(zhì)量。
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