某大橋大體積承臺溫度控制研究

張海峰

（中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況。某特大橋橋位橫跨鹽津河V型峽谷，受鹽津河切割影響，兩岸均為懸崖絕壁，橋的兩岸及上下游均為風景旅游區。本橋分為左右兩幅，其主橋部分的結構形式均為128m+220m+128m的三跨一聯的三向預應力混凝土連續剛構形式，全橋平面位于直線段，縱向位于-2.0%坡段上。全橋長為496.640m。主梁為采用縱向、橫向和豎向三向預應力體系的變截面單箱單室直腹板箱梁，按懸臂澆注施工方法設計。本橋1、2號主墩混凝土矩形承臺塊體尺寸均為20.4m×11m×6m，體積為1346.4m3，屬于大體積混凝土，其混凝土標號為C30，水泥用量高，且采用一次性澆注，為避免施工過程中產生過大的溫度應力，防止溫度裂縫的產生，決定對本橋承臺進行溫度控制。

2 溫度控制原理。眾所周知，水泥礦物的水化反應許多化學反應一樣是放熱的，由于混凝土具有較低熱傳導性，使得澆筑體內部溫度會因大體積混凝土產生的水化熱而快速上升，與此同時，混凝土內外之間會因為混凝土外部的散熱而形成溫度梯度，進而產生較大的溫度應力，導致產生溫度裂縫。所以必須限制用于大體積混凝土的水泥水化放熱速度和放熱量進行，使得溫度升高速度變慢，從而延長散熱時間，防止混凝土出現裂縫。在大體積混凝土施工階段，一方面是由于內外溫差導致混凝土產生應力和應變，另一方面是混凝土各質點間的約束和結構物的外部約束阻止這種變形，一旦混凝土應力超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫。這種裂縫的寬度在允許范圍內時，一般不會影響結構的強度，但對結構的耐久性有所影響。對混凝土進行溫度控制的主要目的，就是防止產生裂縫。根據裂縫形成機理，預防溫度裂縫產生的重點措施應放在降低混凝土水化熱延緩混凝土升溫時間、防止因溫度驟降而造成過大的溫差等方面上。

3 溫控標準。溫控計算采用《大體積混凝土施工期溫度場及仿真應力場分析程序包》進行，該軟件能夠模擬混凝土的實際形成過程，考慮了混凝土的分層分塊澆筑、分層厚度、澆筑溫度、施工間歇期混凝土水化熱的散發規律及方式冷卻降溫、外界氣溫、混凝土及基巖彈模變化、混凝土徐變等各種因素，計算準確控制精度高。根據混凝土溫控計算，承臺混凝土在施工期不出現溫度裂縫的溫控標準：(1)混凝土澆筑溫度(澆筑溫度是指混凝土振搗后，距離混凝土表面5cm-10cm處的溫度值)小于30℃；(2)混凝土內部最高溫度(混凝土內部最高溫度是指混凝土施工期內部最高溫度值)小于70℃；(3)混凝土內表溫差(混凝土內表溫差是指混凝土內部斷面平均溫度與混凝土表面5cm處溫度差)小于25℃：(4)混凝土降溫速率小于2.0℃/d。

4 主要溫控措施。為滿足溫控標準，防止裂縫產生，對混凝土施工的每一環節嚴格管理。根據現場施工的實際情況，提出了一系列的溫控措施，主要包括：(1)優化混凝土配合比。采用5mm～40mm連續級配碎石，細骨料采用細度模數大于2.4的中砂，摻WL-1型緩凝劑，內摻一定數量粉煤灰。粗、細骨料的含泥量分別控制在1%、2%以下。(2)在混凝土內部設置四層冷卻水管，層間距為100cm，每層水管相鄰管水平間距為100cm，通水量不低于20L/min，每層水管有4進水口和4出水口。(3)控制混凝土入模溫度?；炷翑嚢枵镜纳啊⑹项A先進倉，防止日光曝曬。加強現場指揮，加快澆筑速度，減少運輸車運輸時間及停歇時間。在混凝土輸送硬管上覆蓋濕麻袋，并經常淋水散熱?；炷帘砻婺境吖纹?，木蟹打磨。初凝前二次木蟹打磨，防止表面出現收縮裂縫。在混凝土終凝后即蓄水30cm左右養護及保溫10d，抽水后用濕麻袋覆蓋。（5）進行水化熱監控。大體積混凝土在凝結硬化過程中由于水化熱的作用，混凝土溫度升高，混凝土通過模板、保溫材料與大氣進行熱交換熱量，在混凝土內部形成不均勻、非定常溫度場。過大的溫度梯度將使混凝土產生較大的溫度應力，特別在混凝土澆灌早期，由于混凝土強度較低，容易產生裂縫。

（1）混凝土中最高溫度區域為在混凝土的中部區域，這是由于在中部區域混凝土熱量集中且不易發散的原故。統計數據顯示混凝土從澆注到溫度穩定過程中出現的最高溫度為第三天（68小時）承臺中心的3#點為52.4℃。早期溫升很快.3天左右即達到最高溫度.隨后混凝土溫度開始緩慢下降。降溫速率逐漸減小。

(2)測試期間降溫基本穩定，降溫速率均在2.0℃/d以內?；炷翝仓囟仍?2.0℃～27.0℃之間。承臺內部最高溫度為67℃滿足混凝土溫控標準。每層內部測點所測溫度基本一致，但在距表面50cm左右處混凝土溫度發生突降。一般在13℃左右.產生了很大的表面梯度，經檢測，施工期最大內表溫差為15.8℃，滿足混凝土溫控標準。

(3)混凝土內部溫度較高的時間段，出現在混凝土澆注后的2～3天內，其后溫度開始緩慢降低，尤其從循環水管出水口的溫度變化趨勢曲線上可明顯的看到混凝土內部的變化趨勢。

(4)眾所周知，當循環水管內的水流較大時，通過同水流進行熱交換而損失掉的混凝土熱量就多，混凝土的溫度必然就降低的多，而當循環水管內的水流較小時，通過同水流進行熱交換而損失掉的混凝土熱量就少，混凝土的溫度必然就降低的少。本橋由于停電,左幅承臺在澆注后118小時循環水暫停后，各測點溫度明顯回升,我方要求重新開放循環水后溫度平穩下降。

(5)在監測期間，由于承臺體積不是很大且施工方注意混凝土的養護，用循環水管中流出的熱水進行養護，大大降低了內外溫差，各觀測點溫度總體比較平穩，未出現較大溫度梯度，未在混凝土承臺上發現裂縫。由于采取合理的溫控措施，嚴格按溫控標準的要求控制，溫控效果良好。承臺混凝土內部溫度變化規律完全符合溫控標準的要求，達到了預期溫控效果，及時在業主要求節點工期內完成了工作。

對于大體積混凝土而言，溫度控制措施的成敗將直接決定大體積混凝土結構質量的優劣，而一旦大體積混凝土澆灌完畢，除冷卻水降溫的措施外，其它的措施都是被動的、非高效的。某大橋承臺，在設計、實驗、施工、監理、監控各部門的緊密協作下，取得了較好的溫控效果，大體積混凝土的施工實踐表明，對于承臺等大體積混凝土施工，只要合理地確定施工方案和降溫監測方案，就能有效地將溫度差控制在合理的范圍以內，從而避免溫度裂縫的產生，保證混凝土的質量和施工的順利進行。在具體施工過程中也積累了不少施工經驗，掌握了大量溫控觀測數據，對其它類似工程有一定的參考價值和指導意義，為以后大體積混凝土的施工提供了有益的借鑒。

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