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大体积混凝土冬季施工技术1前言1.1背景大体积混凝土施工常见的质量问题是温度裂缝。混凝土结构出现裂缝是一个相当普遍的现象，近代科学关于混凝土强度的微观研究，以及大量工程实践所提供的经验都说明，结构的裂缝是不可避免的，科学的要求是将其有害程度控制在允许范围内。裂缝控制主要包括裂缝的预测、预防和处理工作。混凝土随着温度变化而发生膨胀收缩，称为温度变形。对于大体积混凝土施工阶段来讲，裂缝是由于混凝土内外存在过大温差，因混凝土温度变形而引起的。由于混凝土温度变化产生变形受到混凝土内部和外部的约束影响，产生较大应力，尤其是拉应力，是导致混凝土产生裂缝的主要原因。为避免混凝土出现裂缝，不影响结构的受力和正常的使用，必须采取可靠措施防止内外出现过大温差，对混凝土温度变化加以控制，严格控制裂缝出现。1.2工程概况主墩承台混凝土体积较大，本桥主桥8#墩和9#墩下部各有24根桩基，承台分左右幅，承台尺寸为顺桥向18.5m，横桥向11.5m，厚4m。一次浇筑混凝土最大体积为851m3。根据工期安排承台需在冬季完成施工。工程地处黄土地区，连续刚构对地基沉降有着严格的要求，过大的沉降将会引起结构内力的变化，并危害结构本身。设计要求混凝土的浇注必须一次性完成，如此大体积的混凝土，产生的水化热非常之大，在冬季施工，给混凝土内外温差的控制增加了相当的难度。（见图1－1）图1－1承台平面图40018502506503254002400250650250左幅325400延安方向右幅承台墩身桥梁中心线250100塔吊120410120260707040×40附墙件电梯横撑结构单位:cm2技术措施通过查阅、分析大量相关资料，结合本工程的实例，我们采取了如下措施：2.1优化施工配合比2.1.1原材料性能及优选承台温度裂缝形成的主要原因是内外温差过大，有效地控制水泥的水化热、降低混凝土内外温差是防止温度裂缝出现的主要手段，因此原材料的选择就格外重要。通过选择合适的原材料，能够降低水泥水化热，明显地降低混凝土内外温差，本文根据工程的实际场地位置、地理气象条件，对原材料进行了以下几个方面的优选工作。⑴粉煤灰粉煤灰含有大量的活性SiO2，其掺入具有增强效应、增塑效应、填充效应和消减温度峰值，延长水化热出现时间的作用。是配制大体积混凝土不可缺少的材料。本工程选用了陕西蒲城电厂的I级粉煤灰，其物理性能和化学成分见表1－1及表1－2。表1－1蒲城电厂I级粉煤灰物理性能项目含水量（％）烧失量（％）需水比（％）细度45μm筛余堆积密度g/cm3指标0.31.761067.6703表1－2蒲城电厂I级粉煤灰化学成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2O含量（％）64.2821.545.173.242.650.761.560.81⑵砂选用西安灞河中粗砂，属Ⅱ区级配范围，细度模数Mx＝2.85，天然密度1.58/cm3，颗粒级配见表1－3，筛分曲线见图1－2，实测砂含泥量小于1％。表1－3细集料颗粒级配表筛孔尺寸（mm）105.02.51.250.630.3150.16累计筛余（％）标准级配范围010-025-050-1070-4192-70100-90实测值07.821.033.656.889.297.3筛孔尺寸（）累计筛余％实际筛分级配曲线级配区图1－2砂筛分级配曲线⑶碎石采用铜川口花岗岩碎石，5～31.5mm连续级配，其颗粒级配见表1－4，级配曲线见图1－3，针片状含量小于10％，石粉含量小于1％。表1－4粗集料颗粒级配表筛孔尺寸（mm）31.52520161052.5累计筛余（％）标准级配范围0-5/15-45/70-9090-10095-100实测值4.5/23.3/72.29899.6级配范围实际筛分级配曲线累计筛余％筛孔尺寸（）图1－3碎石级配曲线⑷外加剂及配合比选择通过大量试验对外加剂掺量进行试配，主要内容包括拌制混凝土的和易性、减水率、凝结时间及强度试验，试验结果见表1－5。表1－5混凝土性能试验胶凝材料及用量粉煤灰掺量配合比W/C外加剂掺量坍落度（cm）凝结时间抗压强度0h1h2hR7R28普通硅酸盐水泥32.5285Kg/m326.7%1:2.52:3.980.341.01312112624.538.90.361.21312.5122923.739.10.381.412.512.5123417.333.6注：承台混凝土为C30。从试验的结果可以看出，采用陕西省高速集团生产的缓凝高效减水剂能够满足施工要求，从减水剂凝结时间终期强度来看选用了掺量为1.2％的用量。2.1.2配合比优化承台大体积混凝土的设计优化主要通过调整相关参数如胶凝材料用量、粉煤灰掺量、外加剂掺量以及砂率、砂浆体积等参数，选择物理力学性能、施工性能及耐久性最佳的配合比，结果统计于表1－6。表1－6混凝土各方面性能试验表试验编号胶凝材料用量Kg/m3粉煤灰掺量％外加剂掺量砂率抗压强度（Mpa）和易性R7R28N1300301.23820.741一般N2290301.23918.939较好N3280301.24017.332易泵送N4300251.23823.539.6较好N5290251.23922.039.5易泵送N6280251.24018.936.5较好N73003013819.438.6一般N82903013917.335.4有泌水N92803014015.432.5有离析以上是进行对比试验结果，经绘出不同胶凝材料、不同粉煤灰掺量的强度曲线，再做配合比进行验证，并报驻地办试验室、业主中心试验室进行验证，最后确定配合比为每方混凝土水泥用量285Kg、粉煤灰76Kg、砂子718Kg、碎石1134Kg、水172Kg、外加剂4.76Kg，比例为1：2.52：3.98：0.63：0.012：0.267，坍落度为13cm。2.2承台混凝土降温与温度场监测方案因为承台体积很大，且为了保证承台的整体性，要求混凝土一次浇筑完成，混凝土采用C30。8#右幅承台于2003年11月14日20:00开始施工，到16日凌晨8:00结束，共33小时。8#左幅承台于2003年11月28日19:00开始施工，到30日凌晨1:00结束。9#左幅承台于2003年12月9日23:00开始施工，到11日10:00结束。9#右幅承台于2003年12月22日15:30开始施工，到23日22:00结束。8#承台施工时混凝土分层较厚，9#承台分层较合理，一般在25～30cm。为了防止大体积承台混凝土的开裂，通过在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，减小内外温差，确保混凝土内外温差小于25℃。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。在开始浇筑混凝土时即通冷水，连续通水15天，水压可根据天气和水化热情况适当调整，应将出水口水温尽量控制在40℃以下。冷却水管布置如图1－4～1－8。图1－4冷却管布置图1图1－5冷却管布置图2图1－6冷却管布置图3图1－7冷却管布置图4管道平面布置图进水口出水口5X20出水口进水口管道平面布置5X20×管道平面布置图出水口进水口×200管道平面布置图出水口进水口C3进水口C3出水口出水口4出水口进水口4进水口1进水口1出水口图1－8冷却管布置图5依据《GB60164－92混凝土质量控制标准》、《GB50204－92混凝土结构工程施工及验收规范》及《YBJ224－91块体基础大体积混凝土施工技术规程》，测温点的布置力求反映混凝土内部温度场的变化情况，故测点基本布置于垂直于长轴线方向，在厚度方向也垂直放置5个测点，详见图1－9。对8＃墩左右幅承台及9＃墩左幅承台均按常规埋设。后来考虑到温度场的变化，和验证暖棚保暖，覆盖保温对温度场的影响，在9＃墩右幅承台施工时对水平点进行了调整，详见图1－10所示。图1－98＃墩左右幅承台及9＃墩左幅承台测点布置图1－109＃墩右幅承台测点布置图承台混凝土的温度监测具体由专业人员来执行，每天定时定点监测，采用的仪器型号为UJ33a型直流电位差计，准确度等级：0.05级。前三个承台施工后均采用较薄的塑料棚布覆盖，第四个承台由于气温较冷，按冬季施工进行处理，采用了布帐篷覆盖，里面设置4～8个火炉，一台热风机。这样棚内温度白天通常为15～20℃，夜间为8～15℃。由于保温措施得当，内外温差控制合理，承台混凝土表面没有出现开裂现象。3数据整理与分析3.1实测数据如下表（表1-7）表1-7实测数据表8#承台（右幅）测温记录（浇筑时间：11月14日21:03~11月16日6:40。11月16日-27日）时间测点竖1竖2竖3竖4竖5时间测点平2平3平4平5室外温度16日09：3012.827.818.434.927.516日09：3076.831.916.61.1416日19：3020.335.3375239.116日19：306348.232.441.7516日23：3027.644.544.549.152.716日23：3052.749.349.928.7417日08：0033.750.951.151.453.417日08：0055.753.953.626617日14:3037.25453.752.252.917日14:3056.155.85526.5617日23:3037.454.154.151.750.917日23:3057.856.455.225.4418日08：004054.154.951.851.918日08：0058.756.654.924.3418日14:154355.25450.251.818日14:1558.557.254.924418日20:3046.854.952.447.942.418日20:3059.757.157.123.2319日08：1047.753.449.648.143.619日08：1059.355.65121.7419日11:0048.453.749.848.544.419日11:0059.255.951.322.4619日23:3047.752.348.747.844.919日23:3056.754.351.522.2320日08：0046.651.947.74845.720日08：0056.253.952.320.5-120日14:3046.551.346.64845.920日14:305653.452.420.7920日23:3044.250.745.747.745.220日23:3055.652.353.320.5-121日08：1043.449.644.846.644.721日08：1055.751.35217.9-321日17:303948.54445.445.121日17:3055.650.250.417.8221日20:3034.648.343.844.844.521日20:3055.55050.317.4-222日08：0028.847.543.2444422日08：0055.449.149.114.6-622日14:303146.341.942.842.622日14:3054.147.948.215.1822日20:3028.545.741.442.94322日20:3054.347.347.615.3123日08：0025.544.240.14242.523日08：0053.845.846.213.5023日14:3028.143.239.241.441.623日14:305344.945.214.81023日23:3024.442.138.440.841.123日23:3051.843.944.413.2-124日08:0022.240.937.34040.624日08:0049.243.313.2-324日12:3023.74036.439.44024日12:3049.542.814.2724日22:302138.73638.439.224日22:3047.541.515.1025日08：0017.537.9635.43