降低橋梁大體積混凝土水化熱技術(shù)探究

1、降低橋梁大體積混凝土水化熱技術(shù)探究摘要：水泥的水化反應(yīng)的過(guò)程屬于是一個(gè)放熱反應(yīng)。一般情況下水泥的水化放熱周期比較長(zhǎng)，但是其大部分的熱量都會(huì)在3d左右便會(huì)放出，熱量放出主要階段為水泥漿出現(xiàn)凝結(jié)、硬化期。而在大型橋梁大體積混凝土中，引起混凝土和水泥漿體硬化的早期體積變形的原因就在于水泥出現(xiàn)水化熱溫升，因而為了能夠有效防止橋梁大體積混凝土出現(xiàn)早期開(kāi)裂現(xiàn)象，就需要有效降低水泥混凝土的水化熱。關(guān)鍵詞：橋梁；大體積混凝土；水化熱引起橋梁大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的因素有很多，而且對(duì)大體積混凝土水化熱溫度的規(guī)律也是很難進(jìn)行預(yù)測(cè)的，再加之混凝土的應(yīng)力、徐變及彈模等力學(xué)性能的隨時(shí)變換，這也更加加大了人們對(duì)大體積混凝土

2、內(nèi)部的水化熱溫度應(yīng)力場(chǎng)和溫度裂縫進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，但是經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)、外科研學(xué)者的不懈努力，其在混凝土水化熱溫度、拉應(yīng)力以及溫度裂縫的研究中均取得了突破性的成就。 在本文的研究中，我們主要是以莞深高速公路東江特大橋橋梁為例。由于莞深高速公路屬于是六車(chē)道的跨河大橋，因而其大部分的橋梁的承臺(tái)、墩身設(shè)計(jì)均為大型的鋼筋混凝土構(gòu)件，而且一次性澆筑的混凝土數(shù)量基本上都超過(guò)了250m3，（其中個(gè)別承臺(tái)的混凝土數(shù)量超過(guò)800 m3），在此基礎(chǔ)上來(lái)深入探討混凝土水化熱溫度、拉應(yīng)力以及溫度裂縫等大體積混凝土的關(guān)鍵施工技術(shù)。 1水化熱分析的必要性 我國(guó)在很多的橋梁大體積混凝土中，由于混凝土中的水泥會(huì)產(chǎn)生一定的水化熱反應(yīng)（即放

3、熱反應(yīng)），因而其會(huì)引起混凝土的體積出現(xiàn)收縮或膨脹現(xiàn)象，而在收縮混凝土?xí)r其外部或內(nèi)部的約束力時(shí)可能產(chǎn)生一種溫度應(yīng)力。橋梁大體積混凝土在水化熱作用下會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的溫度變化，這樣便會(huì)因溫度應(yīng)力而使得混凝土出現(xiàn)裂痕，而混凝土的表面與內(nèi)部之間的不同溫差會(huì)使得混凝土表面出現(xiàn)裂縫，另外由于混凝土溫度的先升后降而產(chǎn)生的收縮受到外界約束時(shí)便會(huì)產(chǎn)生貫通性裂縫。 若橋梁大體積混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂痕，這必將會(huì)極大減弱其防水性能、承載力以及耐久性等等，這也是導(dǎo)致降低橋梁大體積混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及耐久性的主要因素之一。在一般情況下，也就是在橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，其當(dāng)板的厚度85cm110cm，而下端的固定基礎(chǔ)厚度60cm時(shí)

4、，為了能夠有效控制混凝土出現(xiàn)裂痕，那就需要對(duì)混凝土的溫度和應(yīng)力的分布進(jìn)行計(jì)算，這就是需要進(jìn)行水化熱分析。 2橋梁大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因 2.1 水泥水化熱對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響 在澆筑大型橋梁的墩身、樁基礎(chǔ)承臺(tái)以及擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，其都會(huì)使用到大體積的混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)在大體積的混凝土澆筑完成后的硬化過(guò)程中，其中的水泥在水化作用下便會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱現(xiàn)象，而此時(shí)其內(nèi)部的溫度可能會(huì)70，若混凝土的體積越大其內(nèi)部的溫度就會(huì)越高。 若混凝土構(gòu)件的體積過(guò)大，其內(nèi)部聚集的水化熱能量就越不易散發(fā)，因而其內(nèi)部的溫度就會(huì)持續(xù)升高，但是若其表面的散熱速度比較快，那么就會(huì)形成較大的內(nèi)外溫差，而這種溫差可能會(huì)導(dǎo)致其外部與內(nèi)部

5、的熱脹冷縮出現(xiàn)不同步，進(jìn)而在其內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力，而在大體積混凝土的表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，若混凝土的拉應(yīng)力超過(guò)了其自身的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)其表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。 2.2 大體積混凝土構(gòu)件的收縮因素 混凝土收縮指的是其在空氣中硬化時(shí)其體積逐漸變小的過(guò)程。這種現(xiàn)象是在混凝土不受任何外力作用下而出現(xiàn)的自發(fā)性變形，若其受到外力作用時(shí)，在混凝土內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，這樣可能會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂痕。 在眾多引起混凝土出現(xiàn)裂痕的因素中最主要的有：塑性、溫度以及干燥三類(lèi)收縮。而在實(shí)際工程施工過(guò)程中，工程施工人員對(duì)混凝土收縮的性質(zhì)都會(huì)較為重視，一般情況下除了大型水壩以外，在其它的大型建筑施工中均會(huì)測(cè)定大體積混

6、凝土的干縮值，這樣可有效評(píng)估混凝土開(kāi)裂的可能性。 2.3 外界氣溫濕度變化的影響 在我國(guó)相關(guān)部門(mén)頒布的混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50204-92) 【1】中對(duì)大型混凝土構(gòu)件的澆筑溫度進(jìn)行了明確的規(guī)定（即不能超過(guò)28），但是考慮到全國(guó)各地的地方溫差，例如南方地區(qū)與北方地區(qū)的平均溫差較大，因而在高溫季節(jié)進(jìn)行橋梁大體積混凝土施工時(shí)，需要時(shí)刻評(píng)估周?chē)鷼鉁氐淖兓瘜?duì)構(gòu)建產(chǎn)生裂縫的影響，若施工地區(qū)溫度較高時(shí)建議應(yīng)選擇溫度較低時(shí)段進(jìn)行混凝土澆筑工作。 3降低橋梁大體積混凝土水化熱的措施 3.1 進(jìn)一步優(yōu)化橋梁大體積混凝土的設(shè)計(jì) 在修筑大型的橋梁時(shí)，為了能夠有效控制所使用的大體積混凝土出現(xiàn)裂縫，我們需要

7、首先從工程施工方案的設(shè)計(jì)上著手，目前在大型橋梁施工中較為常見(jiàn)的優(yōu)化混凝土施工設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)： 在水泥使用方面，可以首要考慮主要使用中低強(qiáng)度的水泥，這樣可以充分的利用混凝土的后期強(qiáng)度為了避免橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)突變而產(chǎn)生應(yīng)力相對(duì)集中，我們需要在比較容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取必要的強(qiáng)化措施（例如：在轉(zhuǎn)角處、孔洞周?chē)鹊胤皆鎏硪恍┬苯?，讓這些鋼筋來(lái)分散混凝土所承擔(dān)的拉應(yīng)力，進(jìn)而有效提高了混凝土的極限拉伸能力），這樣可有效控制大體積混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂痕在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到施工當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，科學(xué)設(shè)計(jì)后澆縫，其保留的時(shí)間需要60d為宜。若不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)施工時(shí)的一些具體條件，則可根據(jù)實(shí)

8、際情況來(lái)進(jìn)行臨時(shí)變更即可。 3.2 科學(xué)選擇水泥品種與控制用量 通過(guò)長(zhǎng)期的理論與實(shí)踐研究證實(shí)，由于混凝土中的水泥會(huì)產(chǎn)生一定的水化熱反應(yīng)（即放熱反應(yīng)），因而其會(huì)引起大體積混凝土出現(xiàn)收縮或膨脹現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫【2】。因而，我們?cè)跐仓蛄捍篌w積混凝土?xí)r，需要科學(xué)選擇低、中熱的水泥品種。而水泥所釋放溫度的速度與大小與水泥內(nèi)礦物成分存在著必然的聯(lián)系，據(jù)相關(guān)研究文獻(xiàn)記載，在水泥礦物充分中釋放熱量最大的是鋁酸三鈣，次之是鐵鋁酸四鈣、硅酸三鈣和硅酸二鈣。另外所使用的水泥越細(xì)，其發(fā)熱的速度就會(huì)越快，但其不會(huì)影響最后的發(fā)熱量。因此，在澆筑大體積混凝土?xí)r所使用的水泥以選用火山灰水泥或渣硅酸鹽水泥為最佳。 3.3

9、合理選擇混泥土的骨料 在大體積混凝土中，其骨料幾乎占到其體積的大部分，因而為了能夠有效減少混凝土的膨脹率，我們建議最好是選用表面清潔且無(wú)弱包裹層、線(xiàn)膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低以及級(jí)配良好的骨料【3】。為了能夠有效降低混凝土的表面積和空隙率，在骨料的粒徑選擇方面最好是選用強(qiáng)度高、粒徑大的骨料，這樣便可減少混凝土中水泥的用量，從而達(dá)到有效降低水化熱、減少干縮的功效，因而也有效地減小了混凝土出現(xiàn)裂縫的可能性。 3.4 橋梁大體積混凝土施工時(shí)科學(xué)控制溫度 在橋梁大體積混凝土澆筑時(shí)，可在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的部事先埋設(shè)測(cè)溫點(diǎn)和冷卻水管，這樣可有效測(cè)控混凝土內(nèi)部的溫度，然后合理調(diào)控冷卻水的流量來(lái)將內(nèi)外溫差控制在小于25左右，另外還可根據(jù)施工時(shí)具體情況及自身的技術(shù)手段采取其它防護(hù)措施來(lái)調(diào)節(jié)其內(nèi)外溫差。除此之外，還需要對(duì)大體積混凝土表面進(jìn)行防護(hù)及保溫（如：在冬季氣溫比較低，此時(shí)澆筑混凝土?xí)r需將拆模的時(shí)間適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，這樣可有效避免由于混凝土表面的溫度太低而與內(nèi)部的高溫形成較大的溫差而使混凝土結(jié)件出現(xiàn)裂痕）【4】。 參考文獻(xiàn) 【1】 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50204-92).中國(guó)建筑工業(yè)出版