桥梁大体积混凝土水化热控制技术研究及实践分析

摘要：桥梁工程施工中，大体积混凝土的水化热问题对其质量有着显著的影响，因此，对该问题及控制技术所进行研究具有非凡的意义以及实际价值。本文以大体积混凝土的定义及特点作为出发点，探讨了桥梁施工中大体积混凝土温度裂缝的成因，对桥梁大体积混凝土水的化热控制技术进行了详细的分析。以期为类似的工程实践提供参考与借鉴

关键词：桥梁工程；大体积混凝土；水化热；控制技术

Abstract: in bridge project construction, mass concrete of hydration ReWenTi has obvious effects on its quality, therefore, on the issue and control technology research of special significance and practical value. In this paper, the definition and features of mass concrete as a starting point, discussed the bridge construction of large volume concrete temperature crack causes of mass concrete of the bridge water of the thermal control technology are analyzed in detail. So as to provide reference for similar engineering practices with reference

Key words: bridge project; Mass concrete; The hydration heat; The control technology

中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

在进行桥梁的大体积混凝土施工时，水泥的水化热会使混凝土的温度升高，而外界温度一般较低，从而导致混凝土的内外温差过大，在混凝土的表面产生较大温度应力，因此形成表面裂缝且往往会发展成为贯穿性的裂缝。裂缝定会对结构的整体性造成破坏，甚至直接导致结构的质量及安全问题。因此，桥梁施工中，大体积混凝土的水化热控制具备极其重要的理论意义与实际价值。

1大体积混凝土的定义及特点

1.1大体积混凝土的定义

目前尚没有关于大体积混凝土的明确定义：根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)，最小边的尺寸介于1—3m，须进行现场浇注，同时采取合理措施来避免水化热导致的温差大于25℃的混凝土统称大体积混凝土；依照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2000)，将混凝土结构物的最小尺寸不小于lm，或可能会由于水泥的水化热导致混凝土内外温差过大进而造成裂缝的混凝土定义为大体积混凝土。可见，不能单纯的按照断面的尺寸来判定是否属于大体积混凝土，以避免不必要的损失和浪费，必须对断面尺寸、气温、水泥以及结构本身等因素进行综合考虑。目前，在工业及民用的建筑结构中，一般的现浇连续墙式结构、地下的构筑物以及设备的基础等容易由温度应力导致裂缝的结构，通称作大体积混凝土结构。

1.2大体积混凝土的特点

1、混凝土属于脆性材料，其抗拉强度仅为抗压强度的十分之一左右，拉伸变形的能力也较小：短期加载时其极限拉伸变形仅有(0.6—1.0)×10－4，约为降低6—10℃的温度变形；长期加载时其极限拉伸变形也仅有(1.2—2.0)×10－4。

2、对于大体积的混凝土结构而言，其断面尺寸较大，完成混凝土的浇筑后，由于水泥产生水化热，造成结构内部温度的急剧上升，此时混凝土的弹性模量极小，徐变颇大，升温所引起的压应力尚且较小；然而，随着日后混凝土温度的降低，弹性模量增加，徐变较小，在约束条件一定的情况下将产生很大的拉应力。

3、通常情况下，桥梁大体积混凝土须暴露于室外环境，其表面直接与水或空气接触，随着一年四季水温与气温的交替变化，大体积混凝土的结构内部会产生很大的拉应力。

4、一般情况下，大体积混凝土的结构只在表面或孔洞附近配置少量的钢筋，甚至不进行配筋。相对于结构巨大的断面尺寸而言，其含钢率非常低。普通钢筋混凝土结构中的拉应力主要是由钢筋承担的，混凝土只须承受压应力即可。然而，在大体积混凝土的结构内，由于并未配置钢筋，一旦出现拉应力，则必须依靠混凝土自身来承受。

2大体积混凝土温度裂缝的成因

大体积混凝土产生裂缝的主要是由于混凝土的内外温度差较大所致。根据裂缝深度的不同，大体积混凝土所出现的裂缝通常可分为：表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝三种。对于混凝土结构而言，有裂缝是绝对的，无裂缝则是相对的，所谓结构抗裂，仅仅是要将裂缝控制在一定范围内而已。根据我国《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002) 的明确规定，混凝土结构裂缝的最大宽度为：一类环境(室内的正常环境)中为0.3mm；二、三类环境中为0.2mm。

虽然干缩可能会引起混凝土的裂缝，然而大体积混凝土的内部湿度变化不大，且湿度变化局限于表面很浅的范围内，只须加强养护，很容易避免由干缩导致的裂缝。

在大体积的混凝土结构中，温度的变化不仅能够导致裂缝，还可能会严重影响结构的应力状态。在数值上，温度应力甚至有超过其它外荷载所引起应力总和的可能性。温度应力与气候条件、结构形式、施工过程及材料特性等诸多因素的关系十分密切。温度应力的变化极其复杂，其应力分析比水压力、自重及其它外荷载的应力分析复杂得多。因此，对温度应力的分析，以及对温度控制与防止裂缝措施的研究，是大体积混凝土结构设计及施工中非常重要的课题。

3桥梁大体积混凝土的水化热控制方法研究

3.1合理设计原料配比，适当添加膨胀剂

混凝土水化热过大的最重要原因为混凝土内部的材料配比不合理。据研究表明，混凝土所产生热量的最主要来源是水泥，因此，在保证混凝土满足整体强度要求的前提下，尽可能降低水泥含量，这样能够有效降低因水化热导致的混凝土温度升高。实验证明：每增减10kg的水泥，其水化热将使得混凝土温度升降1℃，此外，混凝土的后期强度对于水泥的含量变化并不敏感。由此可见，降低混凝土中的水泥含量是非常可行且有效的。另外，为了更好的控制水化热，还应尽量选用粒径较大且级配良好的粗细骨料，严格控制砂石的含泥量，在浇筑混凝土时掺加适量粉煤灰，并且选用掺合料或添加缓凝剂、减水剂，以改善混凝土的和易性，降低其水灰比，从而充分减少发生水花放音的混凝土材料的表面积，加快水分的蒸发。同时，在进行混凝土的拌和时，可掺入适量微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土进行补偿收缩，以平衡温度升高而引起的温度应力。

3.2加装循环冷却水管降低水化热

在桥梁工程中，为控制大体积混凝土的水化热常采用循环冷却水管技术，该技术从施工工艺到散热原理均相对简单，经实践证明，该技术可以很好的控制大体积混凝土的水化热问题。首先，该技术的工作原理为：在大体积混凝土内部，铺设一系列混换的冷却水管，利用冷水循环流动将混凝土内部多余的热量带走；其次，在铺设过程中，可以根据混凝土体积的不同选择一根或数根循环水管，按照从上到下、从高到低的顺序注水，使水能够由上而下的产生作用；再次，在水循环时，应防止冷却水的循环过快，这样将阻碍热量被及时的带走，为此每隔一段时间应间歇水循环，以确保大体积的混凝土内部不会过快降温，从而保护混凝土结构。利用冷却循环水管来控制水化热的措施具有较强的技术性，实际操作中需要结合实际情况选择合理的工艺。

3.3浇筑措施

混凝土的浇筑量越大，水泥的水化热导致的温升值越高，据此特点，在浇筑时可以采取如下措施：

1)将混凝土的初凝时间严格控制在12h以上，以免混凝土的内部由于产生水化热过快而导致温度裂缝；2)分层进行混凝土的浇筑，控制层厚在50cm左右，以此间接的增加散热面积，从而避免温度的积聚；3)进行混凝土的二次收浆时，可有效的防止混凝土表面的龟裂。

3.4混凝土后期的水化保养

完成混凝土的浇筑后，必须合理的加以保养。在混凝土的保养过程中，可以采取一定的措施来加快混凝土内部温度的降低，这能够明显降低水化热对混凝土后期养护的危害。作为非常有效的一种措施，混凝土水化保养主要是向浇筑王城并成型的混凝土喷水，以此来降低水化热。首先，定期的进行喷水，通过水分的蒸发直接带走大量的水化热，由于水能够通过混凝土的毛细空隙进入到其内部，因此其内部的热量非常容易被带走；其次，进行混凝土的浇筑时，其中的某些成分无法与水完全反应，投入使用后，这些成分便会与所处环境中的水继续反应，造成二次水化热的产生，通过保养时期的水化反应，能够提前二次水化热的产生，增强混凝土抗压的能力。总而言之，混凝土的后期水化养护不仅能使浇筑混凝土时产生的水化热减少，还能有效的增强混凝土的抗压能力，因而在实际工程上得到了广泛应用。

4结语

近年来，随着桥梁建设规模日益增大，大体积混凝土的水化热控制问题已在桥梁工程界得到了高度的重视。在施工过程中，必须采取有效的措施，控制大体积混凝土的水化热问题，从而确保整个桥梁工程的施工质量及安全性能。

参考文献：

[1]叶琳昌，沈义.大体积混凝土施工[M].北京：中国建筑工业出版社，1987.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社，1999.

[4]陈辉.桥梁大体积混凝土水化热控制技术研究及实践分析[J].道路工程，2012（4）：81—83.