大体积混凝土温控及防裂技术研究大纲.doc

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桥梁承台大体积混凝土

温控及防裂技术

研

究

大

纲

中铁十二局四公司

武汉理工大学

武汉港湾设计研究院

20**年9月

工程概况

武汉天兴洲公铁两用长江大桥是国家“十五”期间投资的重点项目，总投资约110亿元，建设工期4年。该工程既是作为我国连接南北铁路交通的重要纽带，又是武广高速铁路客运专线的起点，其建设意义十分重大。

中铁十二局四公司负责建设天兴洲北汊062#~070#墩。根据设计要求，桩基全部采用C30泵送混凝土，承台采用C30混凝土，墩身采用C40高性能混凝土，桥梁采用C50高性能混凝土。该公司负责施工的062#~066#墩承台，每个承台截面尺寸为23.1m×16.8m，高5m，混凝土用量约1940m3，这样的承台共5个；另外，067#~070#墩承台，每个的截面尺寸为21.0m×10.8m，高为3.5m，混凝土用量约794m3，这样的承台共4个。062#~070#墩墩身采用的是大截面空心墩，最小厚度为1.0m，具体为：062、066号墩截面是7.1m×4.5m×(26.64~14.55)m；063~065号墩截面是7.8m×4.8m×(23.86~23.02)m；067~070号墩截面是6.5m×4.5m×(14.45~11.90)m；按照规范对大体积混凝土的界定，墩身部分的混凝土也属于大体积混凝土。

由于水泥水化过程是放热反应，放热量的大小与水泥组成有关，所放出的热量对混凝土有正负两方面影响。其中，负面影响最大的是大体积混凝土的温升，如果混凝土内外温差过大，在表面产生了较大的拉应力而导致出现裂缝。

国内外研究现状及发展趋势

国内外最早从事大体积混凝土温控的研究是在水工领域，主要是针对大坝混凝土开裂的问题。美国在上世纪30年代以前建造的奥瓦希等混凝土坝都发生了不少裂缝，1958年8月，日本大森川大头坝发生众多的垂直裂缝；上世纪70年代，美国利贝坝（1966~1971年）坝高127m，有七个坝段上游面发生裂缝，并导致基础廊道漏水；美国德沃夏克坝（1968~1972年）裂缝更为严重，该坝坝高218m。我国于60年代兴建，70年代建成的丹江口工程，在60年代初浇筑的100万m3混凝土上，出现了大量裂缝，经过停工整顿，并集中设计、施工、科研和大专院校的科技力量，在现场进行了历时数年的调查研究工作，总结了设计施工方面的经验，于1964年复工后，浇筑的200万m3混凝土，再也没有发现严重危害性的贯穿性裂缝或深层裂缝，一般的表面裂缝也很少出现。当时采取了三条主要措施：其一是严格控制基础允许温差，新老混凝土上下层温差和内外温差；其二是严格执行新浇混凝土的表面保护；三是提高混凝土本身的抗裂能力。

众多研究者的理论探索和大量工程实践表明，大体积混凝土裂缝的发生和发展，主要是在混凝土浇筑初期（一般为龄期6~20d）由于气温骤降引起表层混凝土急剧降温，而这时内部混凝土仍然维持在较高的温度，限制了表层混凝土的收缩，形成很陡的温度梯度，相当于加上一个瞬间荷载，使混凝土的徐变性能不能发挥作用，因而产生表面裂缝。这种裂缝，如果长期暴露，反复遭受气温骤降袭击，将在大体积混凝土内部形成非线性温度场，使混凝土收缩受到基岩约束，并且在表面裂缝的端部，形成应力集中，使裂缝向纵深发展。

理论和实践证明，为了防止大体积混凝土表面产生裂缝，对新浇混凝土表面进行保护，是一项十分有效的措施，再加上合理的温度控制，大体积混凝土的裂缝问题是可以控制的。大体积混凝土的温控和防裂需要综合考虑多方面的因素，从多种途径入手。首先，要注重混凝土材料性能的改善，即通过化学外加剂和矿物掺合料的配合，改善混凝土的流动性，减少水泥用量，从而达到减小水泥水化放热的效果；第二，在施工过程中，通过预先冷却原材料、通水冷却、分层浇注等措施，加速水泥水化热的散失和混凝土内部温度的下降，同时，对混凝土内外不同位置实施温度监控，及时掌握温度和热应力发展变化情况；加强混凝土结构的早期保护，根据环境温湿度的变化，采用不同的覆盖或补水养护措施，保证混凝土结构和强度的顺利发展。

三．研究的必要性

天兴洲大桥是我国目前铁路桥梁投资最大的工程项目，也是我国高速铁路桥梁上的一个历史性标志。桥梁结构混凝土的质量，关系到桥梁结构安全性和耐久性，应该引起高度重视。

承台大体积混凝土的温控，主要是为了防止混凝土发生表面裂缝或深层裂缝。一旦裂缝形成以后，它的危害性是十分严重的。这些裂缝破坏了结构的整体性，改变了设计安排的应力分布图形，改变了混凝土桥墩的受力条件，从而有使局部甚至整体结构发生破坏的可能，即使是一般的表面裂缝，对混凝土的耐久性也有一定损害，温度应力和结构应力迭加，对整个结构的应力状态，在运行阶段具有不容忽视的影响，所以温控设计与结构设计具有同等重要的意义。

在我国很多重点工程建设项目