談大體積混凝土施工的溫度控制

張大明

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州貴陽 550000)

1 概論

隨著我國經濟建設的發展，大型橋梁得到迅速發展，各種大跨徑的懸索橋逐漸被應用，因此大體積混凝土施工是當今國內很關注的一個課題，大體積混凝土施工關健就在于控制溫度防止混凝土的開裂。壩陵河大橋是鎮勝高速公路上的主要控制性工程，是目前國內跨度最大的鋼桁加勁梁懸索橋，主跨1 088 m，橋梁全長1 564 m。東索塔基礎由32根長60 m的群樁組成;承臺為啞鈴形，平面尺寸為23.25 m×63.065 m，高7 m，采用橫系聯接，混凝土為大體積混凝土;索塔為箱形截面，塔高186.788 m;東錨碇為重力式錨，錨碇總高度前側為48 m，后側為71 m，基礎長71 m，寬45.5 m，土石方工程約58 350 m3，錨碇為大體積混凝土。

2 大體積混凝土溫度控制

壩陵河大橋東錨碇的設計為重力式結構。體積龐大，錨碇混凝土方量達84 000 m3，屬大體積混凝土，因此在施工中必須實行溫度控制，以防止混凝土開裂而造成的質量問題。選用水化熱低的水泥作為原材料，進行配合比試驗，確定適宜的混凝土施工配合比。安裝冷卻水管并通水，將混凝土產生的熱量迅速帶走，并設置熱感觀測點，不間斷觀測混凝土內部溫度，按情況調整冷卻水，有效的控制混凝土溫度升高。在混凝土養護時，用棉被包裹混凝土避免外層混凝土降溫過快，減小混凝土內外溫差和降溫速度，使混凝土質量得到了保證。下面從幾個方面進行論述。

2.1 優化混凝土配合比

1)選用大體積混凝土用原材料。

a.水泥:經試驗比較，采用水城生產的“烏蒙山”P.O32.5水泥，屬中低熱水泥，標準稠度試驗結果小于28%，堿含量小于3%，28 d 抗壓強度39.8 MPa。

b.粉煤灰:采用安順電廠Ⅰ級粉煤灰，其細度、燒失量、含水率等符合GBJ 146-90粉煤灰混凝土應用技術規范的規定。

c.細骨料:采用經人工破碎加工而成的機制砂，細度模數為2.5～3.0范圍。小于0.075 mm的顆粒含量為8%，其指標符合規范要求。砂應盡量堆高，以降低混凝土的出機溫度。

d.碎石:采用石灰質巖石加工(經5 mm～16 mm，16 mm～31.5 mm合成級配良好)的碎石，其母材抗壓強度為90 MPa，含泥量小于1%，小于2.5 mm的顆粒含量為5%。碎石使用前須盡量堆高，以降低混凝土的出機溫度。

e.拌和用水:采用小橋河水，常年水溫低1℃～20℃，經檢驗符合要求。

f.外加劑:采用山西黃騰萘系UNF-3C緩凝高效減水劑，減水率為25%。

2)混凝土配合比。

經多次試配(2005年7月～2006年2月，共做試配76組)，選定大體積混凝土配合比，見表1。

表1 混凝土配合比參數表 kg/m3

2.2 混凝土的澆筑

根據實際將錨錠從平面上分成四塊，每次每塊澆筑層厚2 m，如果按一次澆筑50 cm，往返澆筑，澆筑一次往返需5 h，這樣由于澆筑面時間過長，可能會導致混凝土表面水分損失過大，無法保證混凝土的澆筑質量。因此本工程采用斜坡面澆筑法，并保證斜坡面不大于2°，以防止混凝土自由向下滑動，影響混凝土的均勻性。本工程采用傳送帶將混凝土輸送到錨碇中央，然后配以溜槽將混凝土送到錨塊各部，這樣既可以避免采用罐車時由于不斷攪拌增加混凝土溫度外，而且施工過程保證混凝土勻速送料，靈活方便。并在鋼模交接處配以小塊木模，便于隨時排出混凝土振搗過程中產生的泌水。在整個錨錠混凝土澆筑過程中，試驗室制取試件約900組試樣，28 d抗壓強度均大于34 MPa。

2.3 混凝土澆筑溫度的控制

本工程為確保施工溫控方案的安全可靠，在施工前采用有限元分析模擬大體積混凝土溫度場，根據大體積混凝土配合比與溫度及溫度應力的估算，并結合外界溫度的變化經模擬試驗后有針對性地采取措施控制溫差:

1)在混凝土內預先埋設冷卻水管，冷卻管采用φ40 mm×2 mm的鋼管制作，循環水冷卻管安裝完成后，通水試驗，檢查管道的嚴密性。隨混凝土的澆筑分階段通水循環，以降低混凝土內部高溫，減少出現有害裂縫。

2)在混凝土澆筑前用水將碎石冷卻后再拌制混凝土以降低混凝土的入模溫度;混凝土入模后加強施工振搗，確?；炷恋拿軐嵭?。避免混凝土拌和物堆積過大而出現太大高差。

3)采取較長時間的養護，規定合理的拆模時間，延緩降溫時間和速度，充分利用混凝土的“應力松弛效應”。嚴防拆模時間過早造成的溫差裂縫出現。

2.4 冷卻水溫度控制

1)冷卻水管的布置方法:冷卻水管布置在混凝土已完成澆筑層的頂面，管水平間距1.5 m，與預埋鋼筋固定。2)每個循環面布置冷卻水管4套系統，2套6管循環系統安裝在結構平面兩側，2套4管循環系統安裝在結構面中部，以加速中部的冷卻效率。3)冷卻水系統采用雙向設置4個水泵(分大小功率兩種，根據溫度降低速率調整的需要采用不同功率的水泵)，混凝土澆筑開始后，開啟系統的各個循環，使循環水與混凝土同步升溫，啟動初期20 h內可趁混凝土正處于塑性狀態采用最大流水量，以最大限度地帶走混凝土的熱量，1 d后由于部分混凝土開始凝固且溫度已經開始降低，則根據測溫情況決定水流量。如混凝土內部溫度與入水溫度之差小于20℃，可加大入水量，如入水溫度與混凝土內部溫差在20℃～25℃，可減小入水量，最終使混凝土內部溫度與循環水溫差控制在20℃左右。4)為有效地防止混凝土溫度裂縫的出現，采取控制冷卻的流速與控制循環水進出口的溫度來達到控制混凝土降溫速率的效果。

其他相關工程中，混凝土冷卻水管一般布置在每個澆筑層的中部，這樣效果雖然很好，但增加施工難度和造價。同時由于混凝土上下澆筑層之間間隔限定在7 d，次層混凝土澆筑后產生的水化溫度會導致先澆層已經冷卻的混凝土出現二次溫度回升現象，此現象將會導致混凝土反復受到溫度應力的加載影響，不利于混凝土結構的穩定。因此本工程借鑒日本同類工程的成功經驗，通過模擬仿真試驗，本工程將冷卻水循環系統布置于本層混凝土的底部，在降低本層混凝土內部溫升峰值的同時，也可阻止先澆層混凝土的溫度二次回升現象。

2.5 測點布置與測溫控制

1)傳感器布置:結合現場實際情況，在混凝土施工過程中，在混凝土結構面的中心、邊、角分別布置共5處測溫區，每處上、中、下部各布置一個傳感器。其中，中心部位兩個(間隔3 m)，邊角距混凝土邊沿1.5 m。2)監控儀器:本工程采用哈爾濱建筑大學研制的兩臺WLR-C型智能多點溫度檢測儀，輔助測溫工具為一臺北京市建筑工程研究院研制的JDC-2型便攜式電子測溫儀。3)測溫:在混凝土澆筑完畢后10 h開始第一次測試，以后每隔2 h～4 h測一次，在測試過程中隨時進行校驗。直到該層混凝土溫度下降10℃為止。4)根據模擬計算及規范要求，控制指標不得大于下列數值:a.混凝土澆筑塊體在澆筑入模溫度基礎上最大升溫值不大于35℃;b.混凝土澆筑塊體的內外溫差(不含混凝土收縮的當量溫度)為25℃;c.混凝土澆筑塊體的降溫速度為1.5℃/d。

2.6 養護

大體積混凝的養護是一項關鍵且十分重要的工作，必須切實做好。養護主要是保持適宜的溫度及濕度條件，增加混凝土早期結構的形成，盡快地提高混凝土極限拉伸和抗拉強度，并使早期抗拉能力很快上升。本工程的做法是:1)在混凝土澆筑完成之后，在其頂面覆蓋一層塑料布加一層麻袋進行保溫保濕養生，并隨時灑水養護，并在塑料布適當位置鉆孔，以利于養護水的滲入。如遇外界突然降溫，則在混凝土內部的管道內通入熱水進行養護，因此工地上還備有熱水鍋爐，以應付突然變化的天氣情況。2)如因后續工作的需要(如鑿毛、安裝構件)，必須揭開養護層時，只宜局部進行，完工后及時回蓋。3)養護必須在混凝土內外平均溫差不大于10℃，才能撤消養護層。

3 結語

壩陵河特大橋東錨碇屬超大體積混凝土，溫度控制十分重要。本章從試驗研究及理論分析得出如下結論:1)工程用大體積混凝土施工配合比采用的粉煤灰混凝土，摻加緩凝減水劑有效地推遲水化溫升峰值的出現。水化熱峰值推遲到了3 d左右出現，同時降低了水化熱峰值。這對于保證混凝土的質量不產生溫度裂縫是極其有利的;2)采用塑料薄膜及麻袋進行覆蓋的養護措施，同時預設冷卻水系統，給混凝土降溫過程提供一個穩定的溫度場，保證了本工程大體積混凝土達到最高溫升后，在降溫階段不產生過大的溫度梯度與降溫速率，保證工程質量，從施工驗收結果來看，此溫控方案合理，溫控工作達到合同規定要求;3)施工中采用內部降溫、外部保溫的養護措施，有效地保證了大體積混凝土內外溫差不超過規定的25℃，冷卻水溫度值也未超過規定，降溫速率小于1.5℃/d;4)通過采取以上措施，使混凝土內部最高溫升控制在了57.0℃以內，最大溫差24.1℃，完全滿足YBJ 224-91塊體基礎大體積混凝土施工技術規程第2.0.5條規定的最大溫差不大于25℃規定的要求，同時滿足方案規定值。日均降溫速率控制在了1.4℃左右，混凝土產生的拉應力遠小于混凝土的實際抗拉強度，混凝土沒有產生裂縫，達到了混凝土施工的質量要求。

［1］JGJ 55-2011，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程［S］.

［2］JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范［S］.

［3］JTG E42-2005，公路工程集料試驗規程［S］.

［4］JTG 28-86，粉煤灰在混凝土和砂漿中應用技術規程［S］.

［5］趙 鵬，于 濤.大體積混凝土設備基礎施工溫度控制研究［J］.山西建筑，2012，38(13):125-126.