工程应用（雅西＋嘉绍＋大榭）

1、工程应用实例：1 四川雅泸高速公路黑石沟桥承台大体积混凝土1.1 工程背景雅泸高速公路黑石沟大桥2号、10号、11号钢管混凝土组合高墩承台尺寸为：20.5m×24m×5m，属于大体积混凝土结构。混凝土的强度等级为C30，混凝土方量大，需要采取专门措施防止因为混凝土水化热温升而出现温度裂缝，以满足桥梁耐久性设计要求。一般的方法就是采用通冷却水管的方法进行降温，然而这种方法由于存在如下的弊病不能解决根本问题：（1）在大体积混凝土中埋入冷却水管，会存在压浆不实的问题，在水分和空气容易渗入进去，导致产生钢冷却水管及钢筋锈蚀，影响桥梁的承载能力；（2）该桥隶属山区，水资源相对比较缺乏

2、，采用冷却水管的方案需要大量的水分供应，会给工程带来不必要的麻烦，而且水量供应不足就丧失了该方案的作用，还会导致大体积混凝土因为温升过高而产生裂缝；（3）采用冷却水管通水降温的措施，需要电力带动水泵，然而该桥电线的架设比较困难，而且电源难以保证，中断通水会造成混凝土内外温差变大，温度应力增大，从而产生裂缝；（4）冷却水管用量较大，不仅增大了工程成本，还造成了资源的浪费；（5）布置冷却水管，不仅需要耗费大量的人力，且影响工期。武汉理工大学、中国路港集团和四川省交通规划设计院通过实地考察，针对雅西高速公路黑石沟大桥的工程实际，提出了取消冷却水管并能够避免大体积混凝土出现温度和收缩裂缝的技术方案：一

3、方面，通过密实骨架堆积法对混凝土的配合比进行优化设计，采用粉煤灰取代部分水泥，减少了水泥的用量，大大的降低了水泥水化产生的温升，且混凝土经密实堆积设计后，密实度大幅度提高，混凝土的抗渗性能、抗冻性能等也相应的得到加强；同时，通过采用高效聚羧酸系缓凝保塑减水剂，延长了大体积混凝土的初凝时间，致使混凝土的水化放热得以分散，起到了良好的降低水化温升的作用。另一方面，通过采用自主开发的有限元程序大体积混凝土施工期温度场及温度应力场计算程序包对大体积混凝土进行了内部仿真温度场和应力值的计算，通过温度场和应力场分析，并采用WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机进行承台大体积混凝土抗裂性能评价，确

4、定了大体积混凝土的配合比和保温养护措施，保证了工程质量，加快了施工进度。1.2 承台大体积混凝土配合比设计（1）原材料选择水泥：金顶集团峨嵋水泥厂生产的PO42.5水泥；粉煤灰：成都博磊级粉煤灰，需水量比102%；砂：中砂，细度模数2.62.8；石：5-25mm连续级配碎石，针片状含量6%，压碎值6%；减水剂：马贝聚羧酸系高效减水剂，减水率30%；矿粉：武钢S95级矿粉。（2）采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计C30承台大体积混凝土的配合比及性能见1-1和表1-2。表1-1承台大体积混凝土配合比（kg/m3）编号水水泥矿粉粉煤灰砂石减水剂1150230/16079610993.521553

5、00/10079610993.63160370/80711133.4416012015015076611043.7表1-2承台大体积混凝土性能编号坍落度（cm）凝结时间（h）抗压强度（MPa）劈裂抗拉强度（MPa）0h1h初凝终凝7d28d90d3d7d28d1201818202639551.62.33.52211816183141491.82.73.63221912143442472.13.43.94201921222438571.21.93.3注：黑石沟大桥2号承台大体积混凝土采用的是第一组配合比1.3混凝土温度-应力试验及抗裂性能评价（1）温度应力试验通过采用WTST-150约束可调式单

6、轴温度应力开裂试验机进行了承台大体积混凝土的温度-应力试验，试验模拟了实际承台混凝土施工中的最高温升、升温、降温速率以及相对湿度，测试分析了承台混凝土由温度变化和干缩产生的最大拉应力并测试此时混凝土的抗拉强度，以评价混凝土的抗裂性，试验结果见表1-3。表1-3混凝土温度应力试验结果配合比1234新拌混凝土温度（）26262626第一零应力温度()29.130.229.630.3最大压应力（MPa）0.680.911.020.53最大压应力时的温度()39.242.348.936.1最高温度()41.744.651.738.9温升()15.718.625.712.9升温时间（h）44403648

7、第二零应力温度()38.341.24735.1室温应力（MPa）1.531.722.051.15试验历时（h）10610198111开裂应力（MPa）2.512.462.282.09开裂温度（MPa）1013198应力储备（%）39301045（2）混凝土抗裂性评价与锚碇混凝土配合比的选择与配比3相比，配比2各项性能指标均优良，且开裂温度低，说明粉煤灰的掺入极大地改善了混凝土的抗开裂性能。这是由于粉煤灰有降低水化热、减缓降温速率和提高混凝土延性的作用，因而室温应力很低，尽管早期混凝土抗拉强度发展慢，但混凝土的抗裂性仍很好。配比1为在配合比2的基础上采用粉煤灰取代部分水泥，进一步降低了水泥的用量

8、，水化放热小，试件的室温应力低，因此开裂温度低，应力储备值达39%，混凝土安全系数高，抗裂性能最好。配合比4为在配合比3的基础上采用矿粉超量取代部分水泥。在多种胶凝材料协同效应下，水化放热小，试件的室温应力低，因此开裂温度低，应力储备值达45%，混凝土抗裂性能最好。考虑到雅泸高速公路的矿粉来源供应不足，而且配合比1的各项性能也均能满足力学性能和工作性能要求，且应力储备值较高，抗裂性能良好。实际工程中选用配合比1进行施工后，未出现温度和收缩裂缝。1.4 应用效果针对雅泸高速公路黑石沟大桥承台实际工程，通过密实骨架堆积进行承台大体积混凝土配合比优化设计，采用1#配合比进行施工，降低水泥水化温升和混

9、凝土内外温差以及产生的温度应力，从而使得承台大体积混凝土能够取消冷却水管，节省了冷却水管费用2万多元，降低混凝土成本3万多元，具有重要的经济效益和社会效益，并且没有产生温度裂缝和收缩裂缝，工程应用效果良好。 图1 雅泸高速公路黑石沟大桥2号、10号、11号承台2 嘉绍跨江大桥2.1 工程背景嘉绍跨江大桥主航道桥为六塔独柱四索面分幅钢箱梁斜拉桥，其跨径布置为70+200+5×428+200+70=2680米。索塔采用独柱型索塔，索塔总高度为169.964173.174 m。索塔基础采用圆形承台，Z3索塔承台直径为39.0米，厚6.0米，Z4Z5索塔承台直径为40.6米。在塔柱与承台之间

10、设置了2.5米厚的棱台形塔座。索塔承台直径为39.040.6米，厚6.0米，混凝土一次浇注量大，属于典型的海工大体积混凝土。由于混凝土的水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段，在这个过程中混凝土的体积在温度变化影响下亦随之伸缩，若各块混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力将导致混凝土开裂；因此为了避免混凝土出现裂缝，提高混凝土耐久性，保证工程质量，必须对混凝土的配合比进行优化设计和采取温控养护措施。为防止混凝土中水泥水化放热温升而产生温度裂缝，以满足设计要求，保证大桥的长期安全使用，受广东长大集团嘉绍跨江大桥标段项目经理部的委托，武汉理工大

11、学承担了嘉绍跨江大桥承台混凝土的配合比优化设计、温控施工方案设计及现场监控工作，通过分层浇筑的2.5m+3.5m分层浇筑的措施成果实现了取消冷却水管施工。在各方共同努力下，承台大体积混凝土施工质量优良，没有产生有害温度裂缝。Z3及Z5承台施工期间处于高温炎热天气，然而在取消冷却水管的情况下，承台大体积混凝土最高温度依然小于68.5，断面平均最高温度小于67，承台大体积混凝土内表最大温差均小于25，混凝土的抗拉强度均大于同龄期降温时产生的拉应力，具有较高的抗裂安全系数，承台C30大体积混凝土的28d抗压强度达到41.8 MPa，抗渗等级为P18 ，氯离子扩散系数为 2.0×10-12

12、,具有优良的耐久性。2.2承台大体积混凝土配合比设计（1）原材料选择水泥：安徽“海螺”P.042.5R水泥，比表面积为377 m2/kg；粉煤灰：浙江长兴电厂I级灰，需水量比为92%，细度为4.8%（筛余）；矿粉：浙江拓翔建材S95级灰，比表面积400m2/kg，实测比表面积为428 m2/kg，流动度比为98%，7天活性指数为81%，28天活性指数为101%；砂：江西赣江河中砂，细度模数2.63.0；石：德清下柏石场525mm连续级配碎石，压碎值16%；减水剂：浙江五龙ZWL-A-IX缓凝高效减水剂，减水率为28.6%。（2）采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计表2-1 C30大体积混凝土

13、配合比(kg/m3)编号水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂1145380/78510804.02148280120/78510804.1314314012015079010704.241429615916379510554.2表2-2 大体积混凝土性能编号坍落度（cm）凝结时间（h）抗压强度（MPa）劈裂抗拉强度（MPa）0h2h初凝终凝7d28d90d7d14d28d122.519.513164045.7491.82.13.6222.019.518223741.5551.51.83.4321.019.021243543.6561.61.93.7422.019.0222532.545.8581.51.

14、73.82.3 承台大体积混凝土温度-应力试验及抗裂性能评价（1）温度应力试验通过采用WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机进行了承台大体积混凝土的温度-应力试验，试验模拟了实际承台混凝土施工中的最高温升、升温、降温速率以及相对湿度，测试分析了承台混凝土由温度变化和干缩产生的最大拉应力并测试此时混凝土的抗拉强度，以评价混凝土的抗裂性，试验结果见表2-3。表2-3混凝土温度应力试验结果配合比1234新拌混凝土温度（）28282828第一零应力温度()31.931.631.030.8最大压应力（MPa）1.111.081.030.98最大压应力时的温度()46.544.140.939.3

15、最高温度()48.146.242.541.0温升()20.118.214.513.0升温时间（h）35414247第二零应力温度()46.744.740.538.9室温应力（MPa）1.781.411.381.33试验历时（h）9198105110开裂应力（MPa）2.512.452.412.36开裂温度()1411108应力储备（%）0.290.420.420.44注：新拌混凝土温度和室温温度相同（2）混凝土抗裂性评价与混凝土配合比的选择与配比3相比，配比4各项性能指标均优良，且开裂温度低，说明高掺量的矿物掺合料极大地改善了混凝土的抗开裂性能。这是由于粉煤灰有降低水化热、减缓降温速率和提高混

16、凝土延性的作用，尽管早期混凝土抗拉强度发展慢，但混凝土的抗裂性仍很好。配比2为在配合比1的基础上采用粉煤灰取代部分水泥，进一步降低了水泥的用量，水化放热小，因此开裂温度低。配合比1及2虽早期强度高，然而由于水泥用量高，产生的水化热过大，大量的热量聚集易导致内外温差过大，不利于大体积混凝土的抗裂。配合比4在多种胶凝材料协同效应下，水化放热小，试件的室温应力低，因此开裂温度低，应力储备值达44%，混凝土抗裂性能最好。实际工程中选用配合比4进行施工后，未出现温度和收缩裂缝。2.4 工程应用效果采用表2-1的配合比4配制混凝土和合理的温控措施，提高了混凝土的耐久性能，降低了混凝土的水化热，减小了混凝土

17、的内外温差和温度应力。施工结果表明，大体积混凝土的施工质量优良，取消了冷却水管施工没有出现裂缝，取得了显著的经济效益。 图2 嘉绍跨江大桥大体积混凝土3 宁波大榭二桥3.1工程背景宁波大榭第二大桥位于宁波市北仑区和大榭岛之前的黄峙江上，是连接大榭岛和329国道的重要工程，主桥为双塔单索面钢箱梁斜拉桥，总长808米。大榭二桥标，PMZ2#和PMZ3#墩承台长承台宽26.4m、长38.22m、厚5.0m，混凝土强度等级为C40，属大体积混凝土结构。根据本工程承台大体积混凝土结构的特点，设计综合采用分层浇筑承台大体积混凝土结构以及通过配合比优化设计减少水泥用量的方法，降低水化热，达到取消冷却水管，抑

18、制桥台混凝土结构温度裂缝产生，提高工程耐久性和使用寿命的目的。大榭二桥PMZ3#墩及PMZ2#墩承台均采用首次浇筑1.5m厚混凝土，第二次浇筑3.5m厚混凝土的分层浇筑方案进行承台混凝土的施工，同时为防止混凝土由水化热温升而产生温度裂缝，以满足设计要求，保证大桥的长期安全使用，受广东长大集团大榭二桥标段项目经理部的委托，武汉理工大学承担了大榭二桥承台混凝土的配合比优化设计、温控施工方案设计及现场监控工作。武汉理工大学采用密实骨架堆积设计方法对承台大体积混凝土的配合比进行了优化设计，高掺粉煤灰和矿粉取代部分水泥，降低了混凝土的水化温升，提高了混凝土的耐久性能和长期力学性能，并采用了有限元分析软件

19、对主墩承台混凝土的温度场和温度应力场进行了计算，根据计算结果，主墩承台大体积采用合理施工及养护措施可以取消冷却水管并满足设计要求。为防止本工程大体积混凝土结构产生温度裂缝，武汉理工大学根据大榭二桥主墩承台的特点提出相应的温控标准和温控措施，并对嘉绍跨江大桥承台进行了内部温度的监控，根据监测结果指导砼的浇筑和养护工作。在各方共同努力下，承台大体积混凝土施工质量优良，没有产生有害温度裂缝。3.2承台大体积混凝土配合比设计（1）原材料选择水泥：宁波“海螺”P.42.5R水泥，比表面积为330 m2/kg；粉煤灰：南京化电I级灰，需水量比为92%，细度为7%（筛余）；矿粉：宁波港新建材S95级，比表面

20、积400m2/kg，实测比表面积为428 m2/kg，流动度比为100%，7天活性指数为85%，28天活性指数为101%；砂：采用福建厦门中砂，含泥量2%，细度模数2.52.9符合区颗粒级配；石：碎石，粒径525mm且级配良好；减水剂：上海高铁聚羧酸高性能缓凝型减水剂（GTS-102），减水率为28.6%。（2）采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计表3-1 C40大体积混凝土配合比(kg/m3)编号水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂1142430/80510004.62141300130/81010004.6313821012011080510004.7413615517511080510004.8

21、表3-2大体积混凝土性能编号坍落度（cm）抗压强度（MPa）劈裂抗拉强度（MPa）0h1h7d28d7d14d28d1232049562.12.63.8222.52145.558.52.02.8472.73.9421.52041621.72.84.03.3 承台大体积混凝土温度-应力试验及抗裂性能评价（1）温度应力试验通过采用WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机进行了承台大体积混凝土的温度-应力试验，试验模拟了实际承台混凝土施工中的最高温升、升温、降温速率以及相对湿度，测试分析了承台混凝土由温度变化和干缩产生的最大拉应力并测试此时混凝土的抗拉强度，以评价混凝土的抗裂性，试验结果见表3-3。表3-3混凝土温度应力试验结果配合比1234新拌混凝土温度（）26262626第一零应力温度()29.529.128.628.5最大压应力（MPa）1.171.121.101.05最大压应力时的温度()47.845.945.144.1最高温度()49.748.146.645.0温升()23.722.1