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【摘 要】桥梁工程大体积混凝土结构施工，若混凝土原材料、混凝土配合比及施工措施不当，极易造成混凝土因水泥水化热等因素引起裂纹，破坏混凝土的耐久性。因此需采取温控措施，减少裂缝问题的发生。本文分析了桥梁工程大体积混凝土温度裂缝的成因，并提出了有效的温控抗裂措施。
【关键词】桥梁；大体积；温控抗裂
一、桥梁工程大体积混凝土温度裂缝的成因
桥梁工程的承台、墩身、连续梁、现浇梁一般为大体积混凝土结构。混凝土是由多种材料组成的非均质材料，它具有较高的抗压强度，良好的耐久性及抗拉强度低，抗变形能力差，易开裂的特性。桥梁双线及多线桥桥梁墩身、高墩大尺寸桩基础承台或扩大基础等大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。混凝土浇筑后，水泥水化时释放的水化热会产生较大的温度变化，这种温度变化会使混凝土内部温度显著提高，而混凝土表面由于散热较快，温度较低，这样砼结构会形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当这个拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。同时，混凝土表面降温时，由于降温产生的温差，加上混凝土多余水分蒸发产生的干缩，受到地基和结构边界条件的约束时，会产生很大的收缩应力（拉应力），当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面会产生贯穿裂缝，带来很大危害。
二、桥梁工程大体积混凝土温控抗裂技术
（一）材料选择与配合比控制
1.水泥
水泥颗粒过细，使得混凝土早期干燥收缩变形越大，更容易产生早期收缩裂缝。水泥颗粒过细，使水泥早期水化热过分集中。桥梁工程结构一般体积、尺寸较大，水泥颗粒过细将导致水泥水化速度加快，早期水化热过大且过分集中，使混凝土结构早期易于产生温度差异裂缝，从而影响混凝土的结构强度和长期耐久性。水泥颗粒过细，混凝土早期强度发展快，但混凝土后期强度发展潜力小，相当于混凝土强度的“拔苗助长”。
因此，对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成分依次为硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。
2.骨料
在骨料的选择上应该选择粒径大，强度高，级配好的骨料，有害
物质含量，特别是含泥量必须符合规范要求。这样则可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥及水的用量，降低水化热，减少干缩，减少了混凝土裂缝的发展。
3.砂石
砂宜用中（粗）砂，其技术指标应符合要求，含泥量不得大于3%。石子宜用碎石、卵石，颗粒级配应符合设计要求。
4.外加剂
在大体积混凝土中掺加一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量，是防止混凝土开裂的有效方法之一。外加剂可以使用UFA膨胀剂.它可以等量替换水泥，并使混凝土产生适度膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，可保证一定的坍落度，可以延缓水化热的峰值，并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。
5.优化配合比
优化配合比就是就是要在保证混凝土强度与和易性的基础上，尽量降低水化热。以某桥梁工程为例，该工程通过优化配合比配制出了兼具缓凝、高早强、低水灰比和易泵送的主梁C60高性能混凝土。通过采用早期强度较高的52.5普通硅酸盐水泥，掺入14%Ⅰ级粉煤灰，辅以优化的缓凝高效减水保塑剂，较常规C60混凝土配合比适当提高胶凝材料用量，控制较低的水胶比（0.31），配制出了可泵性好、缓凝时间长、早期强度高、且干缩小、渗透性低、抗冻性高的C60高性能混凝土，解决了缓凝与早强、高强与抗裂之间的矛盾，还满足了混凝土高扬程（垂直高差120m）、长输送斜距（170m）泵送的施工要求；同时系统研究了主梁C60高性能混凝土的工作性能、物理力学性能、变形性能以及耐久性。其主要技术指标达到：初凝时间27小时，初始坍落度200～220mm，扩展度500mm，60min后坍落度不小于160mm，4d抗压强度达到48.0MPa（即达到设计强度的80%），28d抗压强度70MPa以上，90d强度达到85MPa以上，长期强度持续增长，体积稳定性好，耐久性好，保证了主梁混凝土强度的均匀性。经评定，混凝土浇筑质量优良，主梁表面未出现有害裂纹。
（二）温度预测分析
根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场及温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准及进行保温养护优化选择。
（三）循环水管散热
这一措施在桥梁工程中较为常用。如在承台安装钢筋后期，安装直径50的钢循环水管，以混凝土中心范围水管间距不大于4米，以1000立方米为一个循环系统为原则。承台混凝土施工关键是控制混凝土内部中心温度与表面温度温度差值不大25℃，而采取循环水管散热措施能有效控制温差变化，并且在使用时，须将混凝土测温增加到每1小时测温一次，当温度受到控制时，可减少水冷至停止，以免降温过快。
（四）混凝土浇筑
采用延缓温差梯度与降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度及前后浇筑的搭接时间；控制混凝土入模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振及过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力，保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理（一般浇筑后3～4h内初步用水长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压两遍，再用木抹子搓平压实）以控制表面龟裂；混凝土浇灌完及拆模后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。
（五）温控监测
在大体积混凝土的温控测量中，需要测试的温度参数有混凝土的拌合温度、入模温度，沿断面方向的温度分布曲线。温度监测工作为施工组织者及时提供信息，反映大体积混凝土浇注块体内温度变化情况及所采取的施工技术效果，为施工组织者在施工过程中及时准确地采取温控对策提供科学依据。
1.测温元件及测量仪表
测温元件与测温仪表的选择主要是保证测量元件与测量仪表有足够的精度和可靠性，以满足温控施工的需要。测量仪表的温度记录误差不大于±1℃，测温元件的测量误差不大于±0.5℃，就可以满足大体积混凝土施工过程中温度监测的需要。目前常用的温度计为热电偶计或半导体液晶显示温度计。采用热电偶测温时，还应配合普通温度计，以便进行校验。
2.测点布设
测温点的布设必须具有代表性和可比性。沿浇注的高度，应布置在底部、中部和表面，垂直测点间距一般为500-800mm，平面则应布置在边缘与中间，平面测点间距一般为2.5-5m。当使用热电偶温度计时，其插入深度可按实际需要和情况定，一般应不小于热电偶外径的6-10倍。测温点的布置，距边角和表面应大于50mm。
3.测温周期
在混凝土温度上升阶段（1-4d）每2-4h测一次，温度下降阶段8h测一次。
参考文献
[1]艾力·克力木.桥梁大体积混凝土裂缝原因分析及控制措施[J].大陆桥视野，2010年7期.
[2]张健.桥梁大体积承台砼施工控制技术[J].城市建设理论研究，2014年9期.
【关键词】桥梁；大体积；温控抗裂
一、桥梁工程大体积混凝土温度裂缝的成因
桥梁工程的承台、墩身、连续梁、现浇梁一般为大体积混凝土结构。混凝土是由多种材料组成的非均质材料，它具有较高的抗压强度，良好的耐久性及抗拉强度低，抗变形能力差，易开裂的特性。桥梁双线及多线桥桥梁墩身、高墩大尺寸桩基础承台或扩大基础等大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。混凝土浇筑后，水泥水化时释放的水化热会产生较大的温度变化，这种温度变化会使混凝土内部温度显著提高，而混凝土表面由于散热较快，温度较低，这样砼结构会形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当这个拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。同时，混凝土表面降温时，由于降温产生的温差，加上混凝土多余水分蒸发产生的干缩，受到地基和结构边界条件的约束时，会产生很大的收缩应力（拉应力），当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面会产生贯穿裂缝，带来很大危害。
二、桥梁工程大体积混凝土温控抗裂技术
（一）材料选择与配合比控制
1.水泥
水泥颗粒过细，使得混凝土早期干燥收缩变形越大，更容易产生早期收缩裂缝。水泥颗粒过细，使水泥早期水化热过分集中。桥梁工程结构一般体积、尺寸较大，水泥颗粒过细将导致水泥水化速度加快，早期水化热过大且过分集中，使混凝土结构早期易于产生温度差异裂缝，从而影响混凝土的结构强度和长期耐久性。水泥颗粒过细，混凝土早期强度发展快，但混凝土后期强度发展潜力小，相当于混凝土强度的“拔苗助长”。
因此，对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成分依次为硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。
2.骨料
在骨料的选择上应该选择粒径大，强度高，级配好的骨料，有害
物质含量，特别是含泥量必须符合规范要求。这样则可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥及水的用量，降低水化热，减少干缩，减少了混凝土裂缝的发展。
3.砂石
砂宜用中（粗）砂，其技术指标应符合要求，含泥量不得大于3%。石子宜用碎石、卵石，颗粒级配应符合设计要求。
4.外加剂
在大体积混凝土中掺加一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量，是防止混凝土开裂的有效方法之一。外加剂可以使用UFA膨胀剂.它可以等量替换水泥，并使混凝土产生适度膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，可保证一定的坍落度，可以延缓水化热的峰值，并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。
5.优化配合比
优化配合比就是就是要在保证混凝土强度与和易性的基础上，尽量降低水化热。以某桥梁工程为例，该工程通过优化配合比配制出了兼具缓凝、高早强、低水灰比和易泵送的主梁C60高性能混凝土。通过采用早期强度较高的52.5普通硅酸盐水泥，掺入14%Ⅰ级粉煤灰，辅以优化的缓凝高效减水保塑剂，较常规C60混凝土配合比适当提高胶凝材料用量，控制较低的水胶比（0.31），配制出了可泵性好、缓凝时间长、早期强度高、且干缩小、渗透性低、抗冻性高的C60高性能混凝土，解决了缓凝与早强、高强与抗裂之间的矛盾，还满足了混凝土高扬程（垂直高差120m）、长输送斜距（170m）泵送的施工要求；同时系统研究了主梁C60高性能混凝土的工作性能、物理力学性能、变形性能以及耐久性。其主要技术指标达到：初凝时间27小时，初始坍落度200～220mm，扩展度500mm，60min后坍落度不小于160mm，4d抗压强度达到48.0MPa（即达到设计强度的80%），28d抗压强度70MPa以上，90d强度达到85MPa以上，长期强度持续增长，体积稳定性好，耐久性好，保证了主梁混凝土强度的均匀性。经评定，混凝土浇筑质量优良，主梁表面未出现有害裂纹。
（二）温度预测分析
根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场及温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准及进行保温养护优化选择。
（三）循环水管散热
这一措施在桥梁工程中较为常用。如在承台安装钢筋后期，安装直径50的钢循环水管，以混凝土中心范围水管间距不大于4米，以1000立方米为一个循环系统为原则。承台混凝土施工关键是控制混凝土内部中心温度与表面温度温度差值不大25℃，而采取循环水管散热措施能有效控制温差变化，并且在使用时，须将混凝土测温增加到每1小时测温一次，当温度受到控制时，可减少水冷至停止，以免降温过快。
（四）混凝土浇筑
采用延缓温差梯度与降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度及前后浇筑的搭接时间；控制混凝土入模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振及过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力，保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理（一般浇筑后3～4h内初步用水长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压两遍，再用木抹子搓平压实）以控制表面龟裂；混凝土浇灌完及拆模后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。
（五）温控监测
在大体积混凝土的温控测量中，需要测试的温度参数有混凝土的拌合温度、入模温度，沿断面方向的温度分布曲线。温度监测工作为施工组织者及时提供信息，反映大体积混凝土浇注块体内温度变化情况及所采取的施工技术效果，为施工组织者在施工过程中及时准确地采取温控对策提供科学依据。
1.测温元件及测量仪表
测温元件与测温仪表的选择主要是保证测量元件与测量仪表有足够的精度和可靠性，以满足温控施工的需要。测量仪表的温度记录误差不大于±1℃，测温元件的测量误差不大于±0.5℃，就可以满足大体积混凝土施工过程中温度监测的需要。目前常用的温度计为热电偶计或半导体液晶显示温度计。采用热电偶测温时，还应配合普通温度计，以便进行校验。
2.测点布设
测温点的布设必须具有代表性和可比性。沿浇注的高度，应布置在底部、中部和表面，垂直测点间距一般为500-800mm，平面则应布置在边缘与中间，平面测点间距一般为2.5-5m。当使用热电偶温度计时，其插入深度可按实际需要和情况定，一般应不小于热电偶外径的6-10倍。测温点的布置，距边角和表面应大于50mm。
3.测温周期
在混凝土温度上升阶段（1-4d）每2-4h测一次，温度下降阶段8h测一次。
参考文献
[1]艾力·克力木.桥梁大体积混凝土裂缝原因分析及控制措施[J].大陆桥视野，2010年7期.
[2]张健.桥梁大体积承台砼施工控制技术[J].城市建设理论研究，2014年9期.