PPF在大体积混凝土开裂中的控制研究

【摘要】 PPF混凝土有着良好的抗裂性，在大体积混凝土中添加PPF有助于增加早期抗拉强度，对有效预防开裂有着极为重要的意义。本文结合海子沟大桥主墩承台大体积混凝土施工，实验研究了聚丙烯纤维混凝土水泥浆含量、聚丙烯纤维体积对混凝土抗裂性能的影响，并对现场施工工艺如温控措施进行了研究。现场实践表明所提出的处理方法有效的防止了大体积混凝土开裂。

【关键词】 大体积混凝土 温度控制施工

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1．前言

本文结合海子沟特大桥主墩承台大体积混凝土施工，对聚丙烯纤维混凝土水泥浆含量和聚丙烯纤维体积对抗拉强度的影响，研究合理的配合比，并对现场施工工艺进行了探讨。

2.现场应用

2.1 工程简介

海子沟大桥为跨越海子沟而建设，位于乡宁县境内，属山区大型冲沟，冲沟发育，呈“V”字形，其流量主要由降雨供给，水流经峪口河汇入汾河，沟内平时无水。沟中有一条乡村土路通过，工程范围地面高程介于857m―945m之间。

海子沟大桥孔跨布置为5-32m预应力混凝土简支梁+48+80+48m预应力混凝土连续梁+2-32预应力混凝土简支梁，桥面总宽7.5m，两侧设1.05m人行道，全桥共2个桥台9个桥墩，两个桥台均为挖方桥台，挖井基础，引桥桥墩采用圆端形空心和实心混凝土墩，挖井基础；主桥边墩采用圆端形钢筋混凝土空心墩，挖井基础，主墩采用圆形钢筋混凝土空心墩，基础均为挖井基础。本桥位于直线上，桥梁建筑高度80m，桥梁总新里程DK53+149，全桥总长415m，设计范围为DK52+941.5―DK53+356.5。

2.2 沿线气象条件及地质概况

本区段常年干旱少雨，工点范围内出露地层有第四系全新统冲洪碎石土，奥陶系石灰岩夹泥灰岩等地层，其特征如下，碎石土：主要分布于沟谷中，厚3-5m，灰色，石质主要为灰岩、砂岩，分选性一般，颗粒粒径主要为2-6m，主要填充物为粉土及砂类土，稍湿，稍密，σ=400kpa。石灰岩夹泥结灰岩：石灰岩，灰白色，含白云岩，岩质坚硬，结晶粒状、隐晶质结构，厚层-巨厚层块状构造；泥灰岩，浅绿色，主要为粘土与石灰质的混合物，隐晶质结构，薄层状，受构造运动的影响，节理裂隙发育，强风化，厚3-5m，σ=400kpa；以下为，σ=800kpa.极限抗压强度R=50Mpa。在勘察期间，工点范围内未见地下水，最大季节冻结深度63cm。

3.材料选定

（1） 水泥：考虑普通硅酸盐水泥由于其生产工艺原因水化热较高，在大体积混凝土工程建设中，会生成大量的水化热，这些热能在混凝土内部积聚，产生膨胀作用，就会造成混凝土表面产生产生拉应力。一旦表面拉应力超过了混凝土的早期抗拉强度，就会产生裂缝，在这个原因下，利用水化热比较低的水泥，成了大体积混凝土施工安全的重要条件，同时对水泥强度、凝结时间、安定性必须检验合格。

（2） 粗骨料：采用碎石，粒径5mm-25mm，粒径对温度开裂影响较大，粒径越大、越有利于降低开裂。同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。采用连续级配的石子，在满足施工要求的情况下粒径尽量大。在大体积混凝土中，粗细骨料的含泥量是要害问题，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。

（3） 细骨料：采用中粗砂，平均粒径大于0.5mm，细骨料的数量的降低可以有效减少混凝土收缩。

（4） 粉煤灰：粉煤灰的添加可以增加混凝土的和易性，考虑掺加适量的粉煤灰。为了降低水泥用量，降低混凝土内部的温度。粉煤灰应符合《GB1596-91》中规定的要求。

（5） 外加剂：设计无具体要求，通过分析比较及过去在其它工程上的使用经验，每立方米混凝土采用2kg减水剂，减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。

（6）水：水源对大体积混凝土的影响主要是在搅拌温度控制上，大体积混凝土搅拌时必要时采用冰水混合搅拌，以降低混凝土人模温度。

（7）混凝土采用由我工区搅拌站集中拌合。

（8）采用外掺法添加粉煤灰时应考虑到水泥的实际供应情况，以满足施工的要求。

4.现场施工

结合室内试验室研究成果，确定配合比如下：水泥：粉煤灰：细骨料：粗骨料：水：外加剂=288:96:776:1071:169:3.84；聚丙烯掺入量为1.5%。

4.1分块分层浇筑

混凝土结构平面尺寸愈大约束也愈大,将大体积混凝土结构划分为若干块浇筑,可降低约束,但要注意避免断面的突然变化。采用分层浇筑可利用层面的散热来降低混凝土温度。分块长度和分层厚度视结构尺寸大小、现场条件、浇筑能力、工期等因素确定。分块分层浇筑有利于降低混凝土最高温度和内外温度差,同时减少约束,但浇筑过程较长,不利于工期控制。根据现场实际情况分成4块，分层采用斜面分层,尽量做到在整个浇筑过程中使混凝土总的暴露面最小,以避免出现施工冷缝。厚度一般为 80cm～ 100cm。在第1 层混凝土浇筑完毕还未初凝前浇筑第2 层混凝土,在振动棒的振捣作用下(插入下层5～10 cm) 使上下层混凝土结合成整体,如此逐层进行,直至浇筑完成。

4.2埋设冷却水管

由于大体积砼的浇筑在1月份开始，气温很低，在入模温度难以达到预定值后，砼的保温和测温工作就成为控制砼内外温差和降温速度的唯一措施，其重要性在大体积砼施工中就抗裂措施方面属第一位。因而，在方案考虑和现场施工中，砼的保温和测温工作不能忽视，为此现场采取如下措施。

4.3.1埋设冷却水管

混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，控制混凝土内外温差小于20℃，通过测温点测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，控制温差。

承台冷却管布置如下图1所示：

图1 冷却管布置示意图

为了降低大体积混凝土由于水泥水化热而引起的内外温差，在钢筋绑扎过程中，分层分区埋设好冷却水管网，安装好控制阀门。

在绑扎钢筋的同时，进行冷却水管的安装，冷却管的每个接头都要到密封、不渗漏，并在指定部位设测温装置。同时外部接进出水总管、水泵。混凝土内冷却管采用直径32mm钢管。平面布设间距为100cm×100cm，层间距170cm，上层离表面100cm，下两层离表面80cm。冷却水管布设后进行水密性试验，经检验，渗漏及水流能够满足施工要求。冷却水管安装时，以钢筋骨架和支撑桁架固定牢靠，以防混凝土灌注时水管变形及脱落而发生堵水和漏水。每层循环水管被混凝土覆盖并振捣完毕，即可在该层水管内通水。循环冷却水的流量控制在2～3m³/h，随时调整水流量，使进、出水的温差不大于10℃。循环冷却管排出的水在混凝土灌注未完之前，应立即排除基坑外，不得排至混凝土顶面。

4.3.2埋设测温点

为了准确测量、监控混凝土内部的温度，指导混凝土的养护，确保大体积混凝土的施工质量，在构件内合理布设温度测量元件。根据砼的升温速率来决定测温频次，在砼浇筑完三天至五天时间内，基本保证2-4小时测一次，之后，4-6小时测一次。当砼中心与表面温度小于25°C时，方可拆模。如图2所示

5 结语

本文利用了聚丙烯纤维混凝土的防裂功能，首次提出了在大体积混凝土浇筑中采用聚丙烯纤维以防治和较少开裂，进行了室内抗折强度试验，通过实验确定了合理的水灰比和聚丙烯纤维的体积掺和量。在工程实践中,采用了聚丙烯混凝土并配合适当温控措施，有效控制混凝土开裂；同时，在混凝土浇筑后用扫把将混凝土扫成毛面(初凝之前)，对防止混凝土表面开裂也是有利的。

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