摘要：本文以铁路客运专线大体积承台混凝土施工为研究对象，分析大体积混凝土的起因，通过计算验证了混凝土的裂缝控制措施是安全的；最后，给出了大体积承台混凝土的裂缝控制措施。
关键词：大体积混凝土水泥水化热温控措施
Abstract: this article with the railway passenger special line of mass concrete construction of pile caps is as the research object, this paper analyzes the cause of the mass concrete through calculation and verify the crack control measures of concrete is safe; Finally, we give the big volume pile caps is the concrete crack control measures.
Keywords: mass concrete cement hydration heat temperature control measures
中图分类号：TV543+.6文献标识码：A 文章编号：
1 概述
中铁二局建设的哈大铁路客运专线鞍辽特大桥是哈大铁路工程重点控制之一。鞍辽特大桥全长19.2公里，共有墩身586个。为了实现架梁工期和快速有序建设好客运专线的目标，安排冬季施工。在负温条件下施工大体积混凝土承台，重点解决的是混凝土的防冻和裂缝生成。517号承台长18.6m宽15.6m高3.5m，混凝土方量1000m3。
2 大体积混凝温度裂缝产生的原因与控制措施
2.1温度裂缝的起因及预防
大体积混凝土温度裂纹是由于混凝土截面尺寸较大，在硬化期间水泥水化过程中，释放的水化热产生的温度变化和混凝土收缩，以及外界约束条件的共同作用下产生温度应力和收缩应力而引起混凝土结构出现的裂缝。
2.2 大体积混凝土温控措施
大体积混凝土裂缝出现的原因为内外温差过大和温度陡降引起的。
一般裂缝控制措施有：混凝土内部合理布置冷却水管；施工工艺采取分层浇筑；混凝土外部保温等措施。
3、承台混凝土原材料及配合比
水泥：辽宁恒威P.0 42.5低碱水泥；碎石：辽宁隆安5~25mm连续级配，含泥量0.3%，泥块含量0.1%；河砂：Ⅱ区中砂，细度模数2.5，含泥量1.3％，泥块泥量0.3%；矿粉：鞍钢磨细矿粉，规格S95，比表面积421m2/ kg，需水比96%，烧失量0.3；粉煤灰：细度9.1%，烧失量2.18％，需水比93%；水：地下水，符合混凝土施工用水标准；外加剂：山西黄腾HT-HPC高效减水剂。混凝土配合比见表1。
表1 C40高性能混混凝土配合比
4、水泥水化热计算及裂缝控制计算
4.1 水化热计算
大体积混凝土施工中，根据哈大铁路客运专线《混凝土工程质量控制手册》混凝土内部温度与外表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于25℃。，通过计算如下。水泥水化热3天253J/kg，7天为297 J/kg ，28天为364 J/kg。混凝土水化绝热温升，见公式（1）
T热= (WQ0/Cγ) (1-e-mt)（1）
式中：
T热―混凝土绝热温度；
W―每立方混凝土中水泥实际用量Kg/m3；
Q0―每千克水泥水化热J/kg；
γ―混凝土的密度2390 kg；
t ―水泥水化热升温龄期，取4天；
c―混凝土比热；
m―热影响系数，m=0.55+0.001 Q0；
е―指数函数2.718；
相应可建立绝热温度，见公式 (2)：
TMAX= (WQ0/Cγ)ε+F/50 （2）
式中：
F―粉煤灰用量Kg/m3
ε―热系数0.9
得出混凝土最高水化绝热温升为58.0℃。
4.2温度应力计算
混凝土内部温度应力公式见公式（3）：
Ty(t)= εg(t)/α （3）
式中：
εg(t) ― 任意时间收缩mm/m
εg(t) =ε0 M1M2M3……MI0(1-e-0.01t)
α－1×10-5混凝土线性膨胀系数
t－浇筑开始到计算时的天数
ε0 －标准状态下3.24×10-4
其中：M1＝1.2，M2＝1.35，M3＝1.0，M4＝1.2，M5＝1.0，M6＝1.0，M7＝0.6，M8＝1.0，M9＝1.0，M10＝0.95
以上∑M=1.1
表2代入― 任意时间收缩εg(t)
表3代入当量温差Ty(t)= εg(t)/α
4.3 计算混凝土中心温度
混凝土施工时处于散热条件,上下表面及侧面散热条件.体积厚度3.5米，散热系数取0.98;混凝土施工完成后,第三天水化热达到峰值.
T热= (WQ0/Cγ)=42.1℃×0.98=41.2
估计混凝土中心绝热温度
Tmax=18+41.2=59.2℃18℃为入摸温度
表5差分法推导的计算中心温度
4.4 混凝土各龄期弹性摸量
浇筑初期混凝土上升呈塑性,此时混凝土弹摸量很小， 弹性摸量随混凝土的养护时间推移， 弹摸强度增加
根据TB10002.3-2005、J462-2005标准
E(t)=E0(1-e-0.09t)
E(t)―任意龄期的弹性摸量:
E0―最终的弹摸
取：混凝土C40R30，弹摸为3.30×104 N /mm；
混凝土C40R30~45，弹摸为3.40×104 N /mm2
表6 任意龄期的弹性摸量
4.5各龄期混凝土松弛系数
当结构保持变形不变时，结构内的应力因徐变而随时间衰减的现象称松弛，龄期越早，徐变引起的松弛越大，应力作用时间越长，松弛也越大。
表7不同龄期的松弛系数
4.6 最大拉应力计算
根据YBJ1224-91规范，拉应力计算：
σ(t )=α/(1-υ) ×E(t ) ×ΔT×H(t ) ×R(t )
σ(t )―― 各龄期混凝土基础所承受的温度应力
E(t )―各龄期混凝土弹性摸量
α―混凝土线性膨胀系数
υ―泊松比1.0×10-5
ΔT――各龄期混凝土综合降温差
H(t )―各龄期混凝土松弛系数
R(t )――混凝土的外约束系数，基础为钻孔桩，桩头密集钢筋联接多；
Cx―外约束介质，取10×10-2N /mm2
L―混凝土长度，取18.6×103 mm
H―基础厚度，取3.5×103mm
表8不同龄期混凝土外约束系数、内部温度应力
故总降温差产生的最大拉应力：
∑σmax=0.2687＜ft=1.8 N /mm2
K= 1.8/0.27=6.70＞1.15（ 安全）
5、测温线与冷却管的布置
5.1为了解混凝土各部位水化热的大小,对517号墩承台基础进行布测温线与冷却管。侧温仪器用JDC-2建筑电子测温仪。测温范围-30～130℃,测温误差≤±0.5℃，使用环境-20～50℃ 。根据本工程基础的大小，分上中下三层布点,下层混凝土0.7m处,中间混凝土1.8m处 ,上层混凝土面3.0m处；斜交45°布四点，隔模型边0.2 m布一点。其余3.0 m布点，测温点被混凝土覆盖后开始测温，在混凝土浇筑后每四小时测温一次。大体积混凝土早期升温快，后期降温较慢，在混凝土应力计算的基础上，确定测温时间为45天，4天到15天内每6小时测一次，15天到30天12小时测以次，30天以后每天测一次。
5.2水化热实测结果分析
517号墩承台混凝土施工时间2009年11月13日17:00～11月14日8:00完毕。混凝土在11月17日8:00达到最高温度51.2℃.从17号到27号温度曲线上看出，温度呈下降趋势，有的下降点温度反呈上升趋势，上升点温升小于17日的最高点。侧面模板测点保温较差，中心4号点升温小,基础中心温度未达到估计计算温度。中心1、中心2、中心3号点在7～20天时间段，降温温度下降平缓
6、温控措施
6.1混凝土保温被材料计算：
δi=0.5λih(Тb-Ta )K/λ(Тb-Tmax)
Tmax=T0+Q/10+F/50
Δi―保温材料所需厚度，m;
h―结构厚度，3.5m
λi―保温材料导热系数，W/(m.K)查表保温棉被为0.14;
λ―混凝土导热系数，取2.3W/(m.K)
Tmax―混凝土中心最高温度℃
Тb―混凝土表面温度，℃，取21℃
Ta―混凝土浇筑3～5天空气温度
0.5―指中心温度向两边散热的距离，为结构厚度的一半；
K―传热系数胡整修正值，塑料布加保温棉被时，取2.3
T0―混凝土浇筑温度，前面计算为18℃
Q―每立方米混凝土中水泥（矿渣）的用量，Kg/m3
F―每立方米混凝土中粉煤灰的用量，Kg/m3
Tmax ＝ T0＋Q /10+F/50＝18＋（200+120）/10＋80/50＝51.6
Δi＝0.5λih(Тb-Ta )K/λ(Тb-Tmax)
＝0.5×3.5×0.14（21-3）2.3/2.3（51.6-21）
≈0.14m混凝土需要14cm保温棉被覆盖
6.2通水、养护时间及效果
在混凝土施工完毕后，对基坑搭棚保温。在混凝土表面、侧面采用塑料薄膜加二层保温棉被。保温棉被时间根据当时环境气温，养护14天。拆除保温棉被后，在基坑上部搭棚保温养护，这种复合保温方法，有效的控制了混凝土表面温度，混凝土表面未产生收缩裂纹。有效降低混凝土内部温度与表面温度梯度。混凝土内部安装的Φ30mm双层水管，在混凝土浇筑完成第二天开始抽水循环冷却水降温，进出水口温度之差控制在10～25℃;当进出水口温度之差小于10℃时，停止循环冷却管降温。当测量温度上升趋势较大时，继续通水。侧面模板拆出后，及时进行基础回填。循环冷却水管停止降温后，进行注浆处理。
表9通水时间及进出水温度比较见下表（ ℃）
结论：
1）综合分析试验数据，混凝土在浇筑完毕后第三天，达到水化热峰值 ，峰值小于计算值。
2）混凝土配合比设计上，掺加活性材料，矿粉、粉煤粉及高效减水剂，减少了水泥用量。让粉煤粉中高活性物质消耗吸收混凝土中的碱含量，降低混凝土中碱集料反应。
3）通过合理的内部布置循环冷却水管，减缓混凝土水化热上升过快，循环冷却水，带走了一部分热量；利用塑料薄膜、棉被复合表面保温。
参考文献
［1］ 王铁梦工程结构裂纹控制【M】北京：中国建筑工业出版社，1997
［2］ 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［TB10002.3-2005］2005.6
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。