PPP路桥项目施工中大体积混凝土温度裂缝防治技术研究

徐 伟

（武汉江夏路桥工程总公司，湖北 武汉 430207）

0 前言

随着公共基础设施建设的快速发展以及政府财政压力的不断增加，公共基础设施建设正逐步向私人企业参与的多元化融资管理模式转变。国家财政部指出政府和社会资本合作（Public-Private-Partnership，以下简称“PPP”）模式是贯彻“大幅度减少政府对资源的直接配置”要求的体制变革。交通领域作为基础设施建设的重要组成部分，正处于关键转型期。

随着不断深化的管理制度改革和财政体制变革，尤其是政府还贷二级公路取消，交通基础设施建设筹融资面临很大困难。2013 年，党的十八届三中全会《决定》提出，“允许社会资本通过特许经营等方式参与城市基础设施投资和运营”，打开了发展PPP 的新局面。2014 年11 月，国务院印发了《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》，让社会资本全面了解PPP 的参与方式、运营方式、盈利模式和投资回报等相关政策。PPP 项目税收支持策略也逐渐得到了发展[1]。

2014 年12 月，财政部首批公布了30 个PPP 示范项目，总投资约1 800 亿元人民币，拉开了PPP 发展的大幕。2015 年3 月，交通运输部印发了《交通基础设施政府与社会资本合作等模式试点方案》，对国道公路项目中政府与社会资本的运作方式、融资与建设、经营与监管、政策与支持等做了明确的指引。在国家财政顶层力推PPP 模式的同时，交通部门针对交通领域开展PPP 模式研究，将进一步开拓交通设施建设融资渠道。

在交通基础设施建设的过程中通过PPP 模式能够有效缓解政府出资的压力。通过对PPP 项目全生命周期现金流规律分析，找出有效现金流[2]，将有助于化解地方政府债务风险，减轻财政压力。J 国道是J 区重要的对外联系道路，关系到该地区对外经济的发展与区域脱贫致富。但是，由于长期的超负荷利用和缺乏全面的维护，J 国道J 区段已经出现了较为严重的损坏，进行道路改造迫在眉睫。

1 J国道改造工程与大体积混凝土温度裂缝主要成因

1.1 J国道改造工程项目

J 国道是国家公路网中的南北大通道之一，是进出武汉南大门的重要通道，J 国道J 区段道路全长45.2 km。根据J 区的发展规划，以新南环为界，北部为城市发展区，南部为都市农业发展区。规划定位的不同使该项目对应路段的功能存在差异。参考交通量预测结果，该项目拟采用一级公路标准建设，兼顾城市主干道功能，设计速度60 km/h。其中龚家铺至新南环公路段主要承担着过境交通和郑店综合物流园等区间内交通的需求。新南环至贺站段主要承担着过境交通的需求，拟采用32 m 双向六车道。

1.2 J国道改造工程大体积混凝土温度裂缝主要成因

1.2.1 水泥水化热对温度裂缝影响的技术分析

在水泥与水的融合过程中会释放出一定的热量，而对于大体积的混凝土来说，由于其体系厚实，其内部形成的水化热往往不容易散去而积聚在混凝土构件的内部；这种内部热量会引起混凝土的不均匀收缩，而当这种收缩遇到约束时，就产生了混凝土裂缝[3-4]。由水泥遇水引起的热量状况与水泥的使用量和水泥的型号有关，并与混凝土的年龄呈正相关。混凝土的绝对升温与时间的关系如下：式中：T（t）代表的是t时期的混凝土绝对升温数值，单位为 ℃；而Th则是代表混凝土的最后升温数值。t代表时间，以d 为单位。m代表水泥品种所释放的热量系数，该系数值在（0.3d，0.5d）-1。

1.2.2 外界气温和浇筑温度对温度裂缝影响的技术分析

由温度的原因引起的混凝土裂缝是受到混凝土的内外部不同的温度差（ΔT）而引起的，而这种内外温差是由T（t）、混凝土的浇筑温度Tj、外界大气温度Ta（t）以及混凝土自身所具有的降温能力Ts（t）共同组成的。

在大体积混凝土中内部形成的热量会通过物理的热传导方式将热量输送到构件的表面，并进一步由此以对流交换的方式将热量向外界散发出去，具体的计算公式如下：

式中：Q代表对流交换系数；F代表外界空气与混凝土的接触面积；Tb（t）代表混凝土的外表面温度；t代表时间，a代表常数。

2 J国道改造工程大体积混凝土水泥水化放热规律的试验研究

2.1 试验用原材料

在该文的研究中，使用的原材料包括水泥、砂、粉煤灰、减水剂、膨胀剂。

2.2 水化热测试方法

在该文的试验研究中进行的水泥水化热试验是根据《水泥水化热试验方法（直接法）》（GB 2002—80）来进行的。对测试的结果做出如下的记录：在升温过程中每小时记录一次温度变化；而温度下降过程中则是每2 h 记录一次；当出现持续的温度下降或者是温度变化较为缓慢时则采用4 h 或8 h 记录一次；该研究的测试精度设置为0.1 ℃。

2.3 试验研究小结

通过该文的试验研究可以得出以下具体的结论：当大体积混凝土的浇筑温度升高时，水泥的水化速度加快[5]。单独加入粉煤灰后水泥水化放热的最高峰值出现了下降，并且出现的峰值时间也会相应的往后延迟；当掺入的粉煤灰含量不断增加时，最高峰值会进一步下降，而峰值出现的时间也会进一步延后。单独加入粉煤灰可以降低水化温升与温降的速度，从而降低混凝土构件内外温差的变化速度，使混凝土的温度梯度平缓，这也使温度裂缝发生的概率降低。

3 J国道改造工程大体积混凝土温度裂缝防治技术设计

3.1 通过混凝土配合比设计降低水化放热速率

学者焦彬如等提出了简便易行和实用经济的裂缝控制新技术措施，结合对其研究成果的分析与笔者的工作实践[6]，笔者提出在该工程项目中混凝土的具体配比可以参考如下3 个标准。1）采用具有较低水化放热性能的矿渣酸盐水泥，其比表面积的要小于350 m2/kg，整体的含碱量要小于6%。2）在项目中选用的粗骨料为大小在5 mm～40 mm 的连续级配石子，这些石头的含泥量不能大于1%；选用的细骨料的细度模数应当高于2.3；加入骨料可以减少混凝土制作过程中对水泥以及水的用量，从而减少水化放热和混凝土的收缩。3）在混凝土中加入II 级磨细粉煤灰以及减水剂和膨胀剂，以改善混凝土的性能。

3.2 结合环境条件进行针对性的温度应力控制

该项目大体积混凝土的浇筑工期设计在7 月～8 月进行，这一时期的大气温度较高，取平均温度Tq为35 ℃。混凝土的拌合温度Tc见表1。

表1 混凝土的拌合温度

因为混凝土是在露天的环境下搅拌的，所以其输出时的温度也就等于拌合温度，即TI=Tc=35 ℃；混凝土的浇筑温度Tj=31.3 ℃；混凝土7 d 内的绝热温升T7为44.8 ℃；在混凝土浇筑后该项目采用的是毛毡+塑料薄膜的混合保温措施，保温层的厚度为2 cm。

3.3 动态监测混凝土水化热温升、温降过程

根据具体的工程施工要求，对底板大体积混凝土的温度变化进行测量。测试的频率设计为：在混凝土浇筑的前7 d 时间内每小时测量一次，7 d 以后按照6 h 每测一次的频率进行测量。在本次测试过程中选用的测试仪器是自动测温仪，其在25 ℃的外界温度下误差控制在0.3 ℃以内，采用的是PT100 传感器，测试的温度为-30 ℃～150 ℃。