山區橋梁大體積混凝土溫控施工技術

摘 要：大體積混凝土澆筑后，水泥水化熱會產生大量熱量，由于混凝土導熱性能較差，內部溫度就急劇上升。與此同時，混凝土表面由于散熱條件相對要好，溫度下降較快，其表面溫度相對要低。因此，在混凝土內部和表面之間產生溫度差。溫度的升高和降低引起混凝土的膨脹和收縮，膨脹和收縮受到支承結構的約束，在混凝土內部和表面就會產生應力，應力過大，就導致出現裂縫。因此控制溫差盡量降低溫度梯度是保證不產生裂縫的根本。文章將結合具體工程實例，對上述問題進行探討。

關鍵詞：大體積混凝土；溫控措施；澆筑方案；保溫

1 工程概況

孟家坪特大橋橋區所在地隸屬湖北省咸豐縣高樂山鎮孟家坪村，位處鄂西山區，全長1217m主橋上部結構為（65+3×120+65）m預應力混凝土剛構。11#～14#主墩承臺共8個，其結構平面尺寸為10.5m（橫橋向）×15m（順橋向）×4.5m（厚度），每個承臺C30，混凝土708.75m3，屬于大體積混凝土。

2 溫控標準

根據山區施工的特點和季節，綜合考慮混凝土的入模溫度、混凝土水化熱的發展規律、養護條件、通水散熱等因素，為了避免在主墩承臺施工期內產生過大的溫度應力、保證不出現有害溫度裂縫，特采取如下溫控標準：

①混凝土內部最高溫度不超過75℃；②混凝土的溫升值不大于50℃；③混凝土內外溫差不超過25℃；④混凝土澆注體表面與大氣溫差不宜大于20℃；⑤混凝土降溫速率不宜超過2.0℃/d。

3 溫控措施

通過對大體積混凝土產生溫度裂縫的原因分析，首先按不同季節選擇相應的混凝土配合比并做好溫控計算和有限無分析。從優選混凝土配合比降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、混凝土內通水散熱、混凝土的灌注工藝、外部蓄熱養護、控制拆模時間等等方面來對混凝土進行溫控，并在混凝土養護期間加強監測，確保溫度梯度控制在設定的溫控標準之內，防止承臺混凝土出現溫度裂紋。

3.1 砼配合比選用

由于山區料源緊張，混凝土細骨料選用機制砂，水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥。為了降低大體積混凝土水化熱，同時滿足混凝土泵送的要求，考慮到機制砂粉塵含量較河砂高，再摻加了一定量的礦物質超細粉，等量取代水泥；選擇合適的砂率并摻入一定量的高效緩凝減水劑，改善混凝土的和易性，減少拌合用水量，降低水灰比，推遲混凝土溫度峰值出現的時間，從面降低混凝土內部和表面溫差。通過多次試配，配合比如表1所示：

表1 混凝土配合比

3.2 入模溫度控制

原材料質量應合格、穩定，試驗人員應定期進行檢驗。石子每500方檢驗一次，砂每200方檢驗一次，散裝水泥每500噸檢驗一次，袋裝水泥每200噸檢驗一次，粉煤灰每200噸檢驗一次，外加劑每批都要檢驗，如果一次進貨量比較大，則每50噸檢驗一次。

現場施工時，必須采取以下保證措施：

（1）在每次混凝土開盤之前，試驗室要量測水泥、砂、石、水的溫度，專門記錄，確保混凝土的入模溫度在控制范圍內。

（2）水泥入場溫度不應超過55℃，否則應采取措施：要求水泥廠家將剛出爐的水泥在庫房存放一段時間后再運輸到工地現場，并在現場存放一定的時間。

（3）機制砂粉塵含量和含泥量滿足規定要求，高溫時期應對骨料及拌和水進行降溫。

3.3 冷卻水管的布設

3.3.1 冷卻水管埋設及其布置

在混凝土澆注前，按混凝土內部溫度分布特征，準確埋置冷卻水管，冷卻水管采用φ40mm鍍鋅鋼管，進出水口集中布置，并編號標識清楚；每根冷卻水管進水口安置一個閥門，便于控制通水流量，在承臺垂直方向上，設3層散熱管，層距1.5m，上下層距底面和表面0.75m、，散熱管進出口均露出承臺面1m，水平方向管距2m，每層設1個進水口，2個出水口，每一層構成回路。

3.3.2 冷卻水管的使用及控制

冷卻水采用生活用水，冷卻水管使用前進行試水，防止管道漏水、阻塞，并保證由足夠的通水流量，控制冷卻用水的進水溫度，在混凝土澆注到冷卻水管標高后，立即開始通水，為確保大體積混凝土內部通水冷卻效果，冷卻水通水流速按1.5m/s控制。混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始小流量通水，砼終凝后按正常流量通水，各層混凝土峰值過后通水時間和通水流量根據測溫結果確定，若降溫過快可降低通水流量或停止通水。通水時間根據測溫結果確定，保證混凝土降溫速率不超過2.0℃/d。根據設置在承臺不同高度的測溫元件，測量臨近散熱管的溫度值，保證進水溫度和砼內部溫度差值控制在20℃以內。

嚴格控制進出水溫度，在保證冷卻水管進水溫度與混凝土內部最高溫度之差不超過25℃條件下，盡量使進水溫度最低。在承臺旁設置水池，供冷卻水循環使用；待通水冷卻全部結束后，須對冷卻水管進行壓漿處理；為保證冷卻水的降溫效果，專人負責，合理選擇水泵，并配備檢修人員，準備1～2臺備用水泵，若管路出現故障應及時排除，保證冷卻系統正常工作。

3.4 混凝土澆筑方案

3.4.1 混凝土嚴格按實驗室提供的配合比拌制，攪拌時間120s以上，坍落度控制在120～160mm，確保混凝土的和易性和流動性。

3.4.2 混凝土的放料采用混凝土泵車輸送，泵車布料時要確保邊角處混凝土的勻質性，現場可根據混凝土的流動性適當調整布料點的位置，不允許采用大流動性混凝土進行攤鋪，避免因混凝土勻質性差產生不同收縮而導致收縮裂縫。

3.4.3 布料時根據現場混凝土情況及時調整布料點，采用水平分層30cm，以便于混凝土施工過程中及時散熱。

3.4.4 每個布料點采用4臺φ70插入式振搗器振搗，2臺負責混凝土攤鋪，2臺按行列式順序振搗，并應準備至少1臺備用振搗器，振搗時不得出現漏振或過振，振搗操作工必須入倉，注意模板邊緣、倒角處應振搗到位。

3.5 混凝土養護及保溫

大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于內外溫差過大產生的。為防止混凝土內外溫差過大，承臺澆注完畢后立即在砼上表面鋪設一層土工布，對土工布進行灑水濕潤后在土工布上再鋪設一層加厚薄膜，最外層用彩條布包裹嚴密；模板周圍鋪設一層土工布，同樣進行灑水濕潤，外再用彩條布包裹，保證大氣溫度與砼表面溫差不超過20℃，砼內外溫差不超過25℃。

保溫時間根據測溫結果而定，保溫期間必須派人值守，定時量測薄膜內和混凝土芯部溫度，確保溫差在可控范圍內。養護期滿后進行拆模作業，拆模時間應選擇一天中氣溫較高時段。

3.6 溫度監測

3.6.1 測點根據監控監測要求進行布置，具體布置如圖2所示。

3.6.2 測點埋設：澆筑混凝土前將傳感器按測點布置圖固定在承臺鋼筋上，將傳感器導線穿出砼表面。

3.6.3 監測時間安排

a.澆筑體溫度場測量：澆筑過程中入模溫度測量，每批攪拌混凝土不少于2次；澆筑塊混凝土澆筑完畢后6d內，每4h測量一次；之后每8h測試一次；直至大體積混凝土的內外溫差下降到20℃以內，內部混凝土溫度變化趨于平緩。

b.大氣溫度測量：為準確描述大氣溫度時程曲線，與澆筑體溫度場測量同步進行。

c.通水冷卻過程溫度測量與澆筑塊溫度場測量過程同步進行。

d.特殊情況下，如寒潮期間，適當加密測量次數。

e.承臺混凝土全部澆筑完畢后，根據溫度場及應力場的預測計算結果，結合與監測結果的對比分析，確定終止測量時間。

f.根據測試數據，及時進行現場保溫和調節冷卻水管的相關要素。

3.7 監測結果分析

監測結果如圖3所示：

通過對以上實測數據進行分析比較，可以得出以下結論和建議： （1）承臺混凝土溫度變化都有急劇的升溫和緩慢降溫的特征，直到最后達達準穩定階段。升溫階段一般只有1～3天，升溫達到峰值后，高溫峰值時間較短，一般約2～5h。（2）根據溫度監測結果，控制水的流量，使承臺混凝土各層最大降溫速率在2.0℃/d內，起到了早期削減溫峰及防止溫度回升的效果，混凝土的內表最大溫差均未超過25℃。（3）溫度沿高度方向上，在承臺中心偏下位置溫度最高，沿此點向兩邊逐漸降低，在距離頂面1m范圍內溫度梯度最大，底面由于保溫好，溫度下降較慢。沿水平方向，從承臺中心到邊緣，溫度逐漸下降。

4 結束語

通過采用溫控措施，完成了孟家坪橋全部承臺大體積混施工，經檢查外觀質量控制良好，無表面裂紋。說明通過優化混凝土配合比、合適的混凝土施工工藝、入模溫度控制、合理布設冷卻管和混凝土蓄熱養生等溫控措施得當，可以有效降低了大體積混凝土內部溫升和內外溫差，防止結構出現溫度裂縫。