论文部分内容阅读
摘要：通过对某高速公路连接线工程施工过程中的实际经验及专家意见的总结，阐述了工程中大体积混凝土温度裂缝产生的原因、加冰技术对混凝土温度的影响等问题。
关键词：加冰混凝土；温度；裂缝；控制
1、概述
某高速公路连接线工程主线段高架桥全部采用双向预应力现浇梁，混凝土强度等级为C50，采用泵送施工，要求坍落度为12-16cm。考虑到强度等级高，体积大，箱内散热不良会引起升温，导致出现结构性裂缝等问题。为保证工程质量，经组织专家讨论分析，结合已有经验，提出混凝土强度在早期不能发展太快，入模温度不超过32℃，相应出厂温度不超过30℃。
在大体积混凝土中，对温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和加冰处理技术做些总结探讨。
2、裂缝的原因
混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。本文主要介绍、分析温度变化引起的裂缝及处理措施。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上（分多次浇注的混凝土）的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力，有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力。
3、温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
3.1早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
3.2中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
3.3晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。
根据温度应力引起的原因可将其分为两类：
（1）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉應力，在中间出现压应力。
（2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。
这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。
4、温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。本文主要介绍温度控制，并重点介绍加冰技术。控制温度的措施如下：
4.1采用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂等方法减少水泥用量。本项目采用添加粉煤灰（广州电厂Ⅱ灰）、外加剂（珠海红墙GSP-2缓凝型高效减水剂）的方法减少水泥用量。其配合比及试验结果见表1、表2。
4.2控制水泥的出厂温度，混凝土用料及拌和站采用遮阴防晒，并在砂石料堆上洒水降温；拌合混凝土时在拌和水中加碎冰作为拌和水的一部分（具体在4.3中介绍）。经过这些措施，较好的降低了混凝土的出厂温度。计算方法如下。
混凝土出机温度计算：
T0=∑TiGiCi-80ηGc+Q/∑GiCi （1）
式中：
T0?—混凝土出机温度，℃；
Ti-第i种材料的平均进料温度，℃；
Gi-第i种材料的重量，Kg，见表3；
Ci-第i种材料的比热，kcal/Kg. ℃，见表3；
Gc-每m3混凝土加冰水，Kg；
η-冰的冷量利用率，一般取0.9；
80-冰的融化潜热，kcal/Kg；
Q-每m3混凝土拌制过程中的附加热（包括机械热和环境交换热）。Kcal/ m3；
由式（1）可以看出影响混凝土出机温度的主要材料除加冰量G外，应为GiCi的乘积。
关于Q值的确定，其包含了搅拌机械和环境交换热，由于搅拌机非绝热环境，必然有热交换，所以孤立的搅拌机械热和环境交换热定量测定是困难的，而综合考虑为附加热则可通过进、出物料温度代入（1）式求出。试验表明，Q值随环境温度影响较大。表4列出了9、10、11月份对Q值的抽测结果。
在实际施工当中，由于当时处于9-11月份，广州地区正处于高温天气，大部分时间气温高达35℃以上，用表4的材料最高温度，砂、石的含水率分别取5%和1.5%。Q取2000kcal/ m3带入（1）式得需加碎冰75.51Kg/ m3。根据经验，加冰量一般不宜大于60 Kg/ m3，否则由于搅拌用水量太少，混凝土出机坍落度将难以保证，唯有尽量减少碎冰粒径和延长搅拌时间，使冰在搅拌时间内融为水，这又影响生产速度，无法满足泵送施工得需求；另一方面。加冰量太大，碎冰得制备、存储、添加及计量都带来很大困难，也无法形成大批量生产。
根据理论计算及实际经验，如果较好的控制原材料得温度，则只需使用冰水系统就可以达到混凝土温度控制的目的。如水泥90℃，粉煤灰40℃，砂、石、外加剂20℃，砂、石含水率分别取5%和1.5%，Q取1500 Kcal/ m3，则只需10℃冰水，出机温度就可降到29.6℃。由此不难看出，碎冰和冰水制备双系统在技术、经济和效率上都具有较大的优势。
同时，可以通过尽量安排在晚上施工，浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，达到有效降低混凝土温度；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；以及混凝土的早期养护措施。
5 结束语
混凝土的施工温度与裂缝之间有着密切关系，目前同行对于具体的预防和改善措施基本上大同小异，同时在实践中的应用效果也是比较好的。但具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是可以控制的。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部发布.公路桥涵施工技术规范（JTJ073-96）.
[2]富文权、韩素芳编著.混凝土工程裂缝分析与控制[M].中国铁道出版社，2002年5月第1版.
[3]赵爱珍.三峡工程混凝土冷却工艺及热平衡[J].中国三峡建设，2001年第7期.
关键词：加冰混凝土；温度；裂缝；控制
1、概述
某高速公路连接线工程主线段高架桥全部采用双向预应力现浇梁，混凝土强度等级为C50，采用泵送施工，要求坍落度为12-16cm。考虑到强度等级高，体积大，箱内散热不良会引起升温，导致出现结构性裂缝等问题。为保证工程质量，经组织专家讨论分析，结合已有经验，提出混凝土强度在早期不能发展太快，入模温度不超过32℃，相应出厂温度不超过30℃。
在大体积混凝土中，对温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和加冰处理技术做些总结探讨。
2、裂缝的原因
混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。本文主要介绍、分析温度变化引起的裂缝及处理措施。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上（分多次浇注的混凝土）的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力，有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力。
3、温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
3.1早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
3.2中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
3.3晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。
根据温度应力引起的原因可将其分为两类：
（1）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉應力，在中间出现压应力。
（2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。
这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。
4、温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。本文主要介绍温度控制，并重点介绍加冰技术。控制温度的措施如下：
4.1采用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂等方法减少水泥用量。本项目采用添加粉煤灰（广州电厂Ⅱ灰）、外加剂（珠海红墙GSP-2缓凝型高效减水剂）的方法减少水泥用量。其配合比及试验结果见表1、表2。
4.2控制水泥的出厂温度，混凝土用料及拌和站采用遮阴防晒，并在砂石料堆上洒水降温；拌合混凝土时在拌和水中加碎冰作为拌和水的一部分（具体在4.3中介绍）。经过这些措施，较好的降低了混凝土的出厂温度。计算方法如下。
混凝土出机温度计算：
T0=∑TiGiCi-80ηGc+Q/∑GiCi （1）
式中：
T0?—混凝土出机温度，℃；
Ti-第i种材料的平均进料温度，℃；
Gi-第i种材料的重量，Kg，见表3；
Ci-第i种材料的比热，kcal/Kg. ℃，见表3；
Gc-每m3混凝土加冰水，Kg；
η-冰的冷量利用率，一般取0.9；
80-冰的融化潜热，kcal/Kg；
Q-每m3混凝土拌制过程中的附加热（包括机械热和环境交换热）。Kcal/ m3；
由式（1）可以看出影响混凝土出机温度的主要材料除加冰量G外，应为GiCi的乘积。
关于Q值的确定，其包含了搅拌机械和环境交换热，由于搅拌机非绝热环境，必然有热交换，所以孤立的搅拌机械热和环境交换热定量测定是困难的，而综合考虑为附加热则可通过进、出物料温度代入（1）式求出。试验表明，Q值随环境温度影响较大。表4列出了9、10、11月份对Q值的抽测结果。
在实际施工当中，由于当时处于9-11月份，广州地区正处于高温天气，大部分时间气温高达35℃以上，用表4的材料最高温度，砂、石的含水率分别取5%和1.5%。Q取2000kcal/ m3带入（1）式得需加碎冰75.51Kg/ m3。根据经验，加冰量一般不宜大于60 Kg/ m3，否则由于搅拌用水量太少，混凝土出机坍落度将难以保证，唯有尽量减少碎冰粒径和延长搅拌时间，使冰在搅拌时间内融为水，这又影响生产速度，无法满足泵送施工得需求；另一方面。加冰量太大，碎冰得制备、存储、添加及计量都带来很大困难，也无法形成大批量生产。
根据理论计算及实际经验，如果较好的控制原材料得温度，则只需使用冰水系统就可以达到混凝土温度控制的目的。如水泥90℃，粉煤灰40℃，砂、石、外加剂20℃，砂、石含水率分别取5%和1.5%，Q取1500 Kcal/ m3，则只需10℃冰水，出机温度就可降到29.6℃。由此不难看出，碎冰和冰水制备双系统在技术、经济和效率上都具有较大的优势。
同时，可以通过尽量安排在晚上施工，浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，达到有效降低混凝土温度；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；以及混凝土的早期养护措施。
5 结束语
混凝土的施工温度与裂缝之间有着密切关系，目前同行对于具体的预防和改善措施基本上大同小异，同时在实践中的应用效果也是比较好的。但具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是可以控制的。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部发布.公路桥涵施工技术规范（JTJ073-96）.
[2]富文权、韩素芳编著.混凝土工程裂缝分析与控制[M].中国铁道出版社，2002年5月第1版.
[3]赵爱珍.三峡工程混凝土冷却工艺及热平衡[J].中国三峡建设，2001年第7期.