南京长江四桥大体积混凝土温控防裂研究.pdf

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1、2012年5月[工巫珏施工技术南京长江四桥大体积混凝土温控防裂研究刘红坤(中交集团第二航务工程局四公司)l工程概述南塔承台为哑铃型结构，长80．5m，宽35m，单侧承台由外径35m和31m，高4．5m的两个圆柱体叠合而成，承台厚度为9m，中间由长17．5m，宽14m，高9m的长方体系梁连接。承台干施工采用双壁钢吊箱作为隔水结构，并与梅花式的钻孔灌注桩镶嵌，形成一个整体。南塔的两个塔座分别位于承台横桥向两端的圆柱体结构上，并通过分层预埋钢筋连接成为整体。塔柱根部截面为9．0x12．0m，实心段高度为5m，根部

2、30cm高与塔座一起浇筑，以避开塔座和塔柱变截面交界，降低约束强度，塔柱采用C55混凝土浇筑。坐一一ij●--_——一l●一斟匪『n打气n。．R畦图l2大体积混凝土温控2．1大体积混凝土结构断面最小尺寸在80em以上，水化热引起混凝土内最高温度与外界气温之差超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。南四桥承台塔座及首节实心段属于大体积混凝土范畴，应进行大体积混凝土温控措施。2．2大体积混凝土开裂原因分析混凝土结构热的扩散与其最小尺寸的平方成反比，大尺寸的结构的热的扩散十分缓慢。如1．5m厚的墙两侧暴露在较冷空气

3、中，要散失95％的热量需要一个星期的时间，对于15m厚的墙。要散失95％的热量则需要2年的时间。所以大体积混凝土温度扩散缓慢，有较大的温差，产生较大的体积变化。结构大体积混凝土受到基础底板约束时往往产生贯穿性裂缝，在整个断面产生裂缝．例如一个长的墙在底部受到基础约束，如果没有设置伸缩缝(伸缩缝间距为墙高的卜3倍)，在混凝土温度下降和干燥的影响下，肯定会在墙的长度方面产生裂缝。混凝土表面受环境温度的日变化和年变化的影响很大，表面混凝土温度完全随空气温度而变化，但厚大断面表面以内60cm处，混凝土温度变化只有表

4、面温度变化的10％。同样暴露在空气中混凝土表面失去水份，产生干缩，在混凝土内部失水很少，没有干缩，由此产生的拉应力可达7．0MPa。足以使表面混凝土开裂。大体积混凝土的拉应力主要是温度下降时收缩受到约束时产生的．一部分是由于自生体积收缩引起的，千缩则主要是在外表浅层内引起拉应力。大体积混凝土温度变化引起体积变化是混凝土产生拉伸应变以至开裂的主要原因。2．3防止大体积混凝土早期开裂措施南京四桥南塔承台混凝土方量约14000m3。塔座混凝土约640ta3，首节实心段混凝土1000m，．其中钢筋布置紧凑，结构形式

5、较为复杂，增加了混凝土温控防裂难度。另桥址区位于南京炼油厂附近化工企业众多，为防止混凝土碳化，限制粉煤灰掺量不超过25％，给低水化热大体积混凝土配制提出了更高的要求。防止混凝土早期热开裂要考虑的三个主要因素是：(1)在浇筑的混凝士结构中温度的发展；(2)刚浇筑的混凝土的力学性能；0)基础或邻接结构对混凝土结构的约束程度温控成败的关键在于控制混凝土内部最高温度：内外温差及降温速率。大体积混凝土开裂主要是水化热使混凝土温度升高引起的，所以采取适当措施控制混凝土温度升高和温度变化速度在一定范围内，使温度变化产生的

6、应力小于混凝土的抗拉强度，就可避免出现裂缝。这些措施包含于混凝土施工的全过程，包括分析混凝土内的温度分布，产生的约束应力，以及选择混凝土成分，施工安排，温度控制——浇筑前后降低混凝土温度的措施和养护保温等。3．3．1在低温季节浇筑混凝土在低温季节浇筑混凝土，南京四桥南主塔承台塔座及第一节实心段施工安排冬季施工，对大体积混凝士温度控制裂缝防止非常有利。3．3．2降低混凝土浇筑温度大体积混凝土因为水化热产生温度变化，在约束条件下超过了混凝土的极限拉伸应变导致开裂。如果把混凝土的浇筑温度降低IO℃，可以降低其开裂

7、时的应变10—15％。水灰比0．55，水泥用量320kg／m3，当材料温度降10℃，对混凝土温度的降低如表所示。降低材料温度lO℃新拌混凝土温度的降低降低温度10℃比热(kJ，kg℃)对新拌混凝上温度影响水泥Os8l℃水14．183℃集料2O．856℃总计31．∞lO℃从表得知降低新拌混凝土温度的有效方法是降低水和集料的温度。南京长江四桥集料堆搭设密封仓库，避免了阳光直射，库内设大功率降温窄调直接对集料降温处理，采用深井水喷水冷却集料，水泥储罐亦可油漆成白色，罐外缠有隔热保温材料。多项措施可以保证混凝土浇筑

8、温度不超过20℃。3．3．3分块分层浇筑混凝土结构水平尺寸愈大约束愈大，大体积混凝土结构应根据搅拌能力和浇筑能力划分为若干块浇筑混凝土．分层要注意避免断面的突然变化，两个不同断面它们的温度变化和干缩不同，断面变化处会产生约束。同时采用薄层浇筑．利用层面散热以降低混凝土温度，承台分层厚度分别为2．5m、3m、3．5m。南塔塔柱起步段根部截面为9．0x12．Om，高度为5m，根部30cm与塔座一起浇筑以避开塔座和塔柱