邕江特大橋22#承臺混凝土溫控與防裂施工技術

王權國

（南寧鐵路局南寧鐵路樞紐工程建設指揮部，工程師，廣西 南寧 530001）

大體積混凝土的溫度裂縫較為常見，對結構的耐久性極為不利。混凝土水化熱與約束，由溫度的不同導致混凝土內外變形不統一，中心混凝土與邊緣混凝土變形不一致，因而產生溫度應力，從而容易引起混凝土開裂。因此，在大體積混凝施工中，要加強做好溫度控制和減少溫度應力的各項措施，以防止大體積混凝土開裂，從而確保大體積混凝土施工質量。

1 項目概況

圖1 南寧邕江四線特大橋跨江部分橋型布置圖

新南寧邕江四線特大橋全長為1 723.68 m，橋梁里程范圍為D1 k2+765.408～D1 k4+489.088。連續梁共四聯，依次為跨江北大道（36+64+36）m連續梁、跨邕江（72+2×128+72）m連續梁、跨江南大道（52+88+52）m連續梁、跨五一路（36+64+36）m連續梁，其余為簡支梁墩，跨邕江連續梁最大承臺尺寸為33.45 m×18.95 m×4 m，墩身均為實體墩。其中20#、21#、22#墩位于邕江航道中，承臺為圓端形，本次以跨邕江連續梁22#承臺（以下簡稱“22#承臺”）為溫控防裂技術研究對象，22#承臺尺寸為28.2 m×18.95 m×4 m，設計混凝土方量為2038 m3，混凝土等級為C35高性能耐久性混凝土。跨江部分橋型布置見圖1。

2 溫控與防裂技術施工

為確保大體積混凝土施工質量，防止22#承臺大體積混凝土開裂，加強做好溫度控制，減少溫度應力，在22#承臺大體積混凝土施工中，針對溫控與防裂，主要做了以下7個方面的工作。

2.1 降低澆筑溫度 22#承臺澆筑時混凝土入模溫度均不超過30℃，要保證這一標準就要降低混凝土的最高溫度和溫差，其比較直接的措施是降低澆筑溫度。本工程混凝土在攪拌站集中拌制，采取措施：一是降低原材料溫度，如骨料入機前經過洗石機清洗，既確保骨料含泥量等符合要求，還可降低骨料入機溫度；二是做好水泥散熱、骨料澆水冷卻和預冷；三是采用冷卻拌和水與加冰拌和；四是澆筑前預冷混凝土；五是減少運輸途中的熱量倒灌，包括減小運輸距離，采用特制的保溫罐車，用保溫材料包裹混凝土泵送管道等；六是存放時采用輕鋼骨架設置遮陽棚，并增大堆體表面積，加速其散熱。

2.2 布設冷卻水管 目前，在大體積混凝土的現場溫控措施中，較為常用的就是采用冷卻水管，因為其具有直接、經濟、易施工等特點，在橋梁中得到廣泛應用。在冷卻水管的使用中，影響冷卻效果的因素包括管材、管徑、管長、埋設方式、間距、冷卻水溫度、通水速率等。在管材的選擇上，從鋼管到鋁管發展到聚乙烯管，管徑從20～50 cm不等；在埋設方式上，從矩形排列到梅花形再到縱橫交錯，間距在0.8～3.0 m之間；冷卻水溫度當然是越低越好，但也要考慮冷卻水與混凝土的溫差，以防在冷卻水管周圍引起裂縫；通水速率保證管內產生紊流即可。

本工程采用φ48×2.5 mm薄壁鋼管作為冷卻水管具備如下優點：

1）薄壁鋼管要比普通的鋼管經濟，重量較輕，便于施工；

2）金屬材質且壁厚小，熱傳遞性能較PVC管高，能夠起到快速有效的循環降溫效果；

3）鋼管采用液壓接頭，通過直通接頭和彎頭將兩根鋼管對接壓緊即可，較絲扣連接具有操作簡單，節約時間等優點。

本工程冷卻水管布置形式采用樓層型錯層式，每層冷卻水管等距錯開，形成錯層，共布置4層。進出水口采取四進四出布置，每層為獨立循環系統，既可減少管內水流通過時間，提高降溫速率，也可防止某層管路堵塞導致整個循環系統癱瘓。出水管與進水管使用紅油漆注明其層數。冷卻水管安裝完畢后與混凝土澆筑過程中進行通水試驗，防止混凝土澆筑過程中漏漿堵管及通水過程中漏水。22#承臺冷卻水管實體見圖2，冷卻水管布設見圖3所示。

圖2 22#承臺冷卻水管實體圖

圖3 22#承臺冷卻水管布設示意圖

2.3 應用超緩凝混凝土 22#承臺大體積混凝土施工中采用摻加超緩凝外加劑以及摻入優質粉煤灰，既減少水泥的用量，又控制了水泥水化熱的早期集中釋放。摻粉煤灰加摻超緩凝聚羧酸高效減水劑的雙摻混凝土具有更好的減水和降低水泥水化熱的效果，推延了大體積混凝土的初凝時間和硬化過程中的放熱過程，降低了水化熱。

超緩凝混凝土緩凝時間可達40 h，且緩凝時間可根據摻量控制，不影響混凝土性能。不但可以對溫度裂縫和冷接縫進行預控，還可以控制坍落度的經時損失。

2.4 混凝土整體分層連續澆筑 大體積混凝土澆筑宜采用整體分層連續澆筑（見圖4所示）或推移式連續澆筑施工（見圖5所示），以使混凝土內部的水化熱得到充分的散發，但應注意分層澆筑的間歇時間，不得超過混凝土的初凝時間，否則層面須按施工縫處理，即消除表面的浮漿、軟弱混凝土層及松動的石子并均勻露出粗骨料；在上層混凝土澆筑前，應用壓力水沖洗混凝土表面的污物，充分濕潤但不得存水；對非泵送混凝土，在澆筑上層混凝土前應采取接漿措施。

圖4 整體分層連續澆筑施工推進圖

圖5 推移式連續澆筑施工推進圖

新南寧邕江四線特大橋22#墩承臺采用第一種澆筑方法，即整體分層連續澆筑施工。施工過程中分層厚度為30 cm，既確保了混凝土振搗質量，又可縮短分層澆筑的間歇時間。

現場設置1臺汽車泵，5排溜槽，澆筑前對施工過程中可能發生的堵車、停電、機械故障、材料供應等突發情況制定專項措施，確保了混凝土的連續澆筑。

2.5 采用插入式高頻振搗器振搗 采用插入式高頻振搗器對混凝土進行振搗作業時，應使振動棒自然垂直插入混凝土，并插到下層尚未初凝層中5～10 cm，以促使上下層相互膠合。振搗時應快插慢抽，嚴格控制振搗時間，避免因振搗不密實出現蜂窩麻面，或因振搗時間過長而出現振搗性離析。振動棒在混凝土內振密的時間，一般每插點振密20～30 s，以混凝土不再顯著下沉，不再出現氣泡，表面翻出水泥漿和外觀均勻為止，在振密時將振動棒上下抽動5～10 cm，使混凝土振密均勻；在混凝土澆筑過程中及時將澆筑的混凝土均勻振搗密實。不得隨意加密振點或漏振，每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡為準，一般不宜超過30 s，避免過振。

振搗混凝土時，應采用二次振搗法，以保持混凝土良好的接搓，提高密實度并及時排除混凝土表面的泌水。大體積混凝土的施工過程中，混凝土振搗越密實，越不易開裂，為此22#墩承臺澆筑期間，安排專職人員監督、指導混凝土施工，防止混凝土超搗或欠搗。

混凝土施工完畢后，對混凝土表面進行二次抹壓，避免混凝土表面早期產生的塑性裂縫。

2.6 收光及抹面 混凝土澆筑完成后，安排專人進行表面處理，主要安排分3次進行：第1次安排在混凝土澆筑過程中，要將高出部分的混凝土鏟除，局部不平整處填平、振實。第2次收漿，安排在混凝土澆筑完成3～4 h左右，由于泌水引起的混凝土收縮，用木抹子收光、抹平，特別注意頂面標高控制。第3次收光，安排在混凝土初凝后12 h左右進行，用鐵皮抹子仔細收光、抹壓，消除表面氣泡、抹紋，保證頂面平整度。

2.7 采取“內散外蓄”養護混凝土 大體積混凝土養護主要是保持適宜的溫度和濕度條件。

保溫養護作用：一是減少混凝土表面的熱擴散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫。二是延長散熱時間，充分發揮混凝土的潛力和材料的松弛特性，使混凝土的平均總溫差所產生的拉應力小于混凝土抗拉強度，防止產生貫穿裂縫。

保濕養護的作用：一是剛澆筑不久的混凝土尚處于凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止混凝土表面脫水而產生干縮裂縫。二是混凝土在潮濕條件下，可使水泥的水化作用順利進行，提高混凝土的極限拉伸強度。

本承臺混凝土養護采取“內散外蓄”的施工理念。第一步“內散”就是及時通水降溫（混凝土覆蓋一層冷卻水管即可通水）。第二步“外蓄”，就是在混凝土澆筑完成終凝后，立即在承臺表面蓄水養護，蓄水養護采用冷卻管出水口的熱水作養護水，蓄水深度為15 cm左右，以推遲混凝土表面溫度的散失，同時可減小承臺混凝土的內外溫差。

3 溫度及應力監測

3.1 溫度控制情況 《混凝土結構工程施工及驗收規范》規定：大體積混凝土溫差不宜超過25.0℃，內部最高溫度不宜超過65℃。22#墩承臺施工時，環境溫度最低14.2℃，最高溫度在26.8℃，根據承臺溫度監測數據結果顯示，混凝土芯部最高溫度60.0℃，由內向外逐步遞減，平均最大溫差23.1℃，混凝土表面最高溫度37.8℃，出水口最高溫度42℃，混凝土芯部最高溫度出現在澆筑93h時。出水口溫度較進出口大，循環水可帶走混凝土產生的水化熱。芯部溫度走向曲線總體呈拋物線形，在前24小時內溫度的上升速率較大，而后緩慢趨向最大值，速率降低，待溫度趨向平穩狀態以后，開始緩慢降低，各點的速率近似相等，溫度走向曲線呈平行走向（見圖6、圖7）滿足規范要求。

圖6 22#墩承臺混凝土測點橫橋向溫度走向圖

圖7 22#墩承臺混凝土測點順橋向溫度走向圖

3.2 應力監測情況 混凝土所產生的應力值均小于容許張拉應力值，混凝土不會產生裂縫。通過監測（見圖8、圖9），22#墩應力走向滿足規范要求。

圖8 22#墩承臺混凝土測點橫橋向應力變化曲線圖

圖9 22#墩承臺混凝土測點順橋向應力變化曲線圖

4 結束語

22#承臺大體積混凝土實施過程中，在原材料、施工措施、超緩凝混凝土等溫控措施進行了優化和實施。由于準備充分、措施得當、現場施工組織嚴密，承臺沒有出現有害的溫度裂縫，溫控效果良好，確保了該承臺的施工質量。通過22#承臺大體積混凝土施工，提出了大體積混凝土施工應采取的具體實用措施如下：

1）盡量選用低熱水泥，以降低混凝土的絕熱溫升、最高溫度和最大溫差；

2）優化混凝土的配合比，提高混凝土的抗裂能力。在滿足泵送要求的前提下，盡量采取粒徑較大且級配良好的粗骨料，采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%，這樣可以減少骨料的空隙率和表面積，相當于減少水泥用量；

3）由于本工程大體積混凝土對早期強度要求不高，可以充分利用混凝土的后期強度，這樣還可以適當減少水泥用量。

4）摻入一定比例的混合材，通常都是適量摻入粉煤灰，以代替水泥，有減水作用和微小膨脹，有利于防裂；

5）摻入外加劑，如減水劑、緩凝劑。減水劑具有減水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及強度不變的條件下，可減少水泥用量。 緩凝劑主要是延長混凝土的凝結時間，相當于降低水泥水化放熱速率，推遲溫峰來臨的時間，起到延緩、降低混凝土最高溫度的作用；

6）降低澆筑溫度，相當于減小最高溫度和溫差。可以采取的實用措施包括：做好原材料的散熱工作，采用低溫拌和水，減小運輸距離，做好運輸和澆筑過程中的保溫工作；

7）混凝土澆筑完畢后，應及時按要求進行養護。包括：使混凝土的最大溫差和降溫速度滿足規范和溫控指標、保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行、保持混凝土表面濕潤等。特別是在溫度突降時，更要做好混凝土表面保溫措施，以防止由溫差和溫度應力引起的裂縫，因此，要根據當地天氣預報，做好溫度突降的準備工作。