浅析桥梁施工中大体积混凝土水化热

杨鹏

混凝土是现代主要建筑材料之一，也是目前世界上生产量最大的人造材料。目前，随着我国公路基础设施建设的加快，对应用于公路工程中的水泥混凝土提出了更高的要求，全面提高混凝土结构物的耐久性、安全性和可靠性，切实提高混凝土的内在质量和外观质量就成为施工的基本要求。

水化热指物质与水化合时所放出的热。此热效应往往不单纯由水化作用发生。混凝土凝结时会放出热量，这个热量是多种物质和水反应产生的，故称为混凝土水化热，在浇筑混凝土前期，的反应，对结构会产生一定的危害。现就某桥梁大体积混凝土施工中关于水化热一点体会在此浅析说明，以资抛砖引玉。

1.基本情况

北方某特大桥全长为2107.558m，桥跨布置为：6×30m + 7×30m +（28.5m+2×46.5m+26m）（右幅为31m+2×46.5+23.5m）+ 6×30m+ 7×30m + 4×50m + 3×50m + （50m+5×85m+50m） + 52m + 2×38.5m + 2×30.079m + 3×36m，共12联。桥宽28米，下部结构采用左、右幅分离式双柱矩形墩。承台尺寸为30×6.2×2.5m；由上、下行分离的两个单箱单室箱形截面组成，斜腹板，底板横桥向变宽。箱梁根部梁高5.0米，高跨比为1/17.0；跨中梁高2.6米，高跨比为1/32.692.箱梁顶板宽13.99米，底板宽5.916～7.041米，翼缘板悬臂长为3.0米。桥梁85m主跨采用挂篮悬浇工艺，其他箱梁采用移动模架和现浇支架施工工艺。承台和箱梁施工的时间主要集中在3月份到11月份，日平均气温为25℃，最低气温为15℃，最高气温为37℃。

大桥承台的混凝土强度设计等级为C30普通钢筋混凝土，现浇箱梁的混凝土强度设计等级为C55预应力混凝土。

2.分析

我国《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009里规定：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，或预计会因混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，称之为大体积混凝土。

对于桥梁来说，此承台为一次性浇筑成型混凝土，箱梁为大体薄壁结构，均属于大体积混凝土，易使结构物产生温度变形。大体积混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。 且箱梁高强度混凝土温度收缩和自收缩大，控制箱梁混凝土不开裂难度大。在中腹板和风嘴位置产生裂缝的可能性较大；横隔梁温控防裂难度非常大。

通过计算，一般来说，当其温度差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂。

因此，为了预防水化热对工程实体结构的影响，要求混凝土具有高工作性（缓凝、低塌落度损失、稳定泵送性能）、高抗裂性（降低混凝土水化热升温、减少自收缩以降低早期开裂敏感性，且后期收缩徐变要小）及高耐久性（抗渗、抗碳化和抗冻）。

3.措施

为切实降低混凝土的水化热，建设单位会同施工、监理、质监等部门共同委托长安大学对此课题进行了专项研究，优化了混凝土配合比，模拟不同温度下的施工环境，对混凝土以及原材料的各项指标进行了测试，对施工工艺进行了优化和调整。

（1）原材料的优选

水泥：采用了冀东牌P·O42.5和P·O52.5低碱水泥；

碎石：泾阳5～25mm（4：6）碎石；

粉煤灰：华电Ⅰ级灰

砂：沣河中砂，细度模数为2.3；

外加剂：山西黄腾聚羧酸高效减水剂和洛阳祥昌FDN高效减水剂

水：地下水。

对于原材料的各项指标进行了检查，水泥中的C3A含量宜控制在6%～12%，检测施工现场的水泥C3A为7.2%，且大体积混凝土中采用时C2S含量较高，水泥中的总碱含量为2.7kg/m3，氯离子含量低于0.03%。

粉煤灰来源固定，品质稳定均匀，本工程的粉煤灰烧失量為2.8%，颜色较深。多孔的碳吸附了较多的外加剂，直接影响混凝土的工作性和耐久性。

本工程的碎石选用了级配良好的石灰岩，骨料的吸水率较低。细集料选用了颗粒坚硬、强度高、耐风化的河砂。各项指标均满足规范要求。

外加剂减水率大于25%，氯离子含量小于胶凝材料总重的0.01%，与水泥的适应性好，在厂商提供的推荐掺量的基础上进行了优化。

（2）配合比设计

课题组模拟了各种情况下的施工环境，并且采用不同的材料进行了混凝土配合比设计。经试验室和同条件下混凝土的7天强度均能达到设计强度的80%，其28天强度能够达到设计强度的120%左右。其中C55的28弹性模量达到4.8×104Mpa，混凝土的各项指标均满足要求。

（3）混凝土拌合和施工

根据不同的温度和施工环境采用了不同的施工顺序，以保证混凝土的入模温度。

在炎热季节浇筑大体积混凝土时，将混凝土原材料进行遮盖，避免 日光曝晒，并用冷却水搅拌混凝土，釆用冷却骨料、搅拌时加冰屑等方法降低入仓温度，在承台在混凝土内埋设冷却管通水冷却。实测箱梁混凝土塌落度为145mm，承台混凝土塌落度为175mm。混凝土拌合物的工作性能良好。

大风天气浇筑混凝土，在作业面应釆取挡风措施，降低混凝土表面风 速，并增加混凝土表面的抹压次数，及时覆盖塑料薄膜和保温材料，保持混凝土表面湿润，防止风干。

浇筑过程中突遇大雨或大雪天气时，及时在结构合理部位留置 施工缝，尽快中止混凝土浇筑；对已浇筑还未硬化的混凝土立即进行覆盖， 严禁雨水直接冲刷新浇筑的混凝土。

承台浇筑完成时，抹面结束后，迅速用湿润的土工布进行覆盖，并保持覆盖物的湿润。避免了模板和混凝土受阳光直射。并且根据季节和气温的要求调整了施工时间。在夏季一般采用早晚温度较低时进行施工。在施工箱梁混凝土时，由于是薄壁结构，适当的延缓浇筑时间，延长了总体浇筑时长，振捣加密并根据要求在混凝土施工时在并对首件浇筑混凝土各项指标进行了测算，根据现场情况对施工工艺和混凝土拌合工艺进行适当的调整。

现场施工时对混凝土拌合物和施工根据实际情况进行了动态管理，每30分钟有值班人员进行一次测温，及时掌握温差，利于后续施工中的调整。

通过对混凝土内外温度的测试，内外温差均小于20℃，经检验，混凝土的各项指标均符合要求。承台和箱梁混凝土结构均未出现裂缝，达到了耐久性、安全性等要求。

4.体会

鉴于结构部位的重要性，以及对结构物的耐久性、抗开裂以及体积的稳定性提出了更高的要求，这也是混凝土施工中的重点和难点。所以从施工中首先对原材料提出了更高的要求，优选原材料是控制好混凝土水化热的内因和前提，混凝土配合比设计的对比优化和对施工环境的理解与模拟是实现目标的最关键的因素。混凝土拌合工艺与施工工艺要求是达到预期目标不可或缺的重要因素之一，加上混凝土结构物的养生这一外在因素，使得整个过程环环相扣缺一不可，才达成了最终的目标。

当然，随着我国工程建设的大规模展开，原材料的制造工艺和新产品的研发日益加强，性能不断调高，各项施工工艺的不断优化改进，使得混凝土的品质不断调高，随之而来的国家和人民群众对工程质量要求的进一步提高，这就要求我们要不断完善，不断研究，不断提高，不断努力，要为工程建设继续做出更多的工作。

参考资料：

《荆岳大桥箱梁混凝土及钢混结合段配合比优化试验及建议》

《耐久性混凝土施工作业手册》

《桥梁施工技术规范》

《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》