廈漳同城大道沙洲島西溪主橋斜拉橋主墩承臺溫度控制措施

（中國華西工程設計建設有限公司，福州 350000）

廈漳同城大道沙洲島西溪主橋斜拉橋主墩承臺溫度控制措施

■王曉東

（中國華西工程設計建設有限公司，福州 350000）

大體積混凝土由于澆筑方量大、澆筑時間長,施工難度大,對結構的耐久性有較大影響。現代混凝土工程施工中,最大的通病是成品混凝土出現裂縫,從而導致混凝土的抗滲等耐久性指標下降,影響整體建筑物的使用壽命。本文就如何做好大體積混凝土溫控措施,有效防止裂縫的大面積生成予以介紹。

大體積混凝土 裂縫 溫控措施

1 前言

大體積混凝土結構物的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫主要有三種，混凝土由骨料和水泥石結合而成，裂縫主要有骨料裂縫、水泥石裂縫和骨料水泥石之間的裂縫。上述三種裂縫在混凝土結構中引起的裂縫有表面裂縫和貫穿裂縫兩種。表面裂縫和貫穿裂縫屬于有害裂縫。

2 大體積混凝土結構物裂縫成因

當混凝土結構產生變形時，在結構的內部、結構與結構之間，都會受到約束。約束主要分為內約束和外約束。建筑工程中的大體積混凝土結構所承受的變形，主要是由溫差和收縮產生，其約束既有外約束又有內約束。大體積鋼筋混凝土結構中，由于結構截面大，體積大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮膨脹作用，由此引起的溫度應力是導致鋼筋混凝土產生裂縫的主要原因。這種裂縫的起因是溫度變化引起的變形，當變形得不到滿足時才會引起應力，而且應力與結構的剛度大小有關，只有當應力超過一定數值才引起裂縫。

(1)溫度變化引起的裂縫

由于施工方量巨大且施工時間較長，水泥水化熱引起混凝土澆筑內部溫度和溫度應力變化。實際混凝土內部的最高溫度多數發生在混凝土澆筑的最初幾天，隨著混凝土齡期的增長，溫度逐漸下降，而彈性模量增高，因此混凝土內部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以致產生很大的拉應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種應力時，開始出現溫度裂縫。

(2)變形受到約束引起的裂縫

新混凝土澆筑在基巖地基或者舊的混凝土上，而在新澆混凝土內部形成溫度應力，在升溫階段，約束阻止新澆混凝土的溫度膨脹變形，在混凝土內形成壓應力。而在降溫階段，新澆混凝土收縮 (降溫收縮與干縮)因存在較強大的地基或基礎的約束而不能自由收縮，在新澆混凝土內形成拉應力。

(3)內部應力引起的裂縫

混凝土早期抗拉強度是很低的。如果早期受到內應力影響且超過了新混凝土本身的強度也會因內應力破壞而產生裂縫因此必須控制澆筑混凝土內部的最高溫度。

(4)外界氣溫變化引起的裂縫

由于施工時間較長，外界晝夜溫差較大。混凝土的內部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結構散熱降溫等各種溫度的疊加之和，外部氣溫驟降時，會增加外層混凝土與內部混凝土的溫度梯度。溫度應力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度應力也愈大。在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度可達70oC，并且需要3~5天左右才能降低下來。這時研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的過大溫度應力顯得更為重要。

(5)混凝土收縮變形引起的裂縫

施工中混凝土收縮變形引起的溫度應力大于混凝土的抗拉強度時，產生裂縫。

3 大體積混凝土澆筑溫度控制實例分析

3.1 廈漳同城大道西溪主橋承臺概況

廈漳同城大道2#墩承臺長30.5m、寬24.0m、厚6.0m，分兩次澆筑 (2.5m+3.5m)。承臺單次澆筑C35混凝土最大方量2240m3，澆筑方量大，內部溫度及內表溫差較難控制。塔座膠材總量458kg/m3，其中水泥320kg/m3，絕熱溫升50℃，混凝土溫升較難控制。夏季2#承臺、塔座工期為5月～7月，氣溫高，入模溫度較難控制。設計提供的溫控標準見表1。2#墩承臺溫度梯度模型見圖1。

表1 溫度控制標準

圖1 2#墩承臺溫度梯度模型

3.2 大體積混凝土溫度控制措施

西溪主橋斜拉橋主墩承臺大體積混凝土溫度控制措施從三方面著手：

(1)降低熱源，縮小溫差。控制混凝土澆筑入模溫度≥10℃且≤28℃。若澆筑溫度過高可采取一定措施降低原材料溫度及運輸過程中的溫升。選用低熱或中熱水泥，搭蓋骨料涼棚，加高成品料堆，從廊道取料，降低原材料溫度；水冷或風冷骨料；加冰或加冷水拌和；縮短運輸時間并加遮陽措施，倉面噴霧，用以防范外界高氣溫影響等。

(2)延長混凝土的凝結時間。推遲并降低溫峰，避免冷縫產生。承臺混凝土實驗室緩凝時間可延長至30～35h，塔座混凝土實驗室緩凝時間可延長至25～30h。進行表面防護，延期脫模，或脫模后覆蓋防護材料，以防因氣溫驟降造成冷擊，并防止濕度驟降。

(3)強迫冷卻，當上述各項措施尚不能滿足溫度控制或接縫灌漿要求時，可在內部埋設冷卻水管。

3.3 溫控措施具體布置情況

(1)冷卻水管布置

2#墩承臺第一澆筑層混凝土共布設2層冷卻水管，水管水平管間距為80cm，垂直管間距為70cm，距離混凝土表面/側面為80~125cm。單層4套水管，每套管長不超過200m，上下層交錯布置，見圖2、圖3。混凝土冷卻通水要求見表2。

圖2 冷卻水管立面布置示意圖 (單位：cm)

圖3 冷卻水管平面布置示意圖

表2 混凝土通水要求

(2)測溫元件埋設情況

承臺混凝土內布設一層測點，測點高度為1.35m，測溫元件埋設平面布置及測點編號見圖4。

圖4 測溫元件埋設位置平面圖 (單位：cm)

3.4 溫度監測結果及數據分析

廈漳同城大道2#墩承臺于2015年5月14日20∶00開始澆筑，5月15日13∶00澆筑完成，歷時約17h，澆筑方量約為1680m3。澆筑過程中實時監測氣溫、混凝土入模溫度、混凝土內部溫度、進出水溫度，跟蹤內部最高溫度、表面溫度與氣溫差及內表溫差。

承臺混凝土溫度監測數據匯總見表3。混凝土入模溫度為26.4～30.4℃，絕大多數符合≤28℃的控制標準；內部最高溫度為68.8℃，符合≤70℃的控制標準；混凝土最大內表溫差25.7℃，略超出≤25℃的控制標準。

表3 溫控監測數據匯總

2#承臺混凝土溫度變化情況如圖5、圖6所示。

圖5 測點區域溫度歷時曲線圖

圖6 溫度特征值歷時曲線圖

由圖5可看出，混凝土覆蓋測點后13h內溫度發展平緩；13h后，由于水化反應放熱速率大于散熱速率，混凝土升溫較快；28h后升溫速度降低，52h左右到達溫峰68.8℃，符合≤70℃的溫控標準；溫峰過后初期降溫速率為2.1～8.0℃/d，不符合初期溫控標準≤2.5℃的要求；到了后期，內部降溫速率約為0～1.3℃/d，，符合溫控標準≤2.0℃/d的要求；在160h時，因為堵水造成部分部位溫度回升；于302h停水后，內部溫度略有回升。

由圖6可看出，混凝土表面溫度早期受水化放熱影響呈上升趨勢，后期受水化熱與氣溫的雙重影響而發生波動；混凝土表面因散熱面較大，降溫先于混凝土內部，最大內表溫差出現在表面降溫而內部依然升溫的61h為25.7℃，略超出溫控標準≤25℃的要求。

截至5月29日2∶00溫度監測結束，混凝土內部最高溫度為45.0℃，內表溫差為16.6℃，均符合溫控標準要求。

3.5 冷卻水管通水情況

混凝土覆蓋冷卻水管后即開始通水，冷卻水循環系統良好，未出現漏水情況。由于冷卻水采用江水，在低潮位時容易抽到沙子，堵住水泵，造成冷卻水管部分時段停水。進水溫度為 25.4～28℃，出水溫度為26.4～36.8℃，進出水溫差為0.4～9.9℃，符合≤10℃的溫控標準。

2015年5月27日17∶00停水，停水時內部最高溫度為44.6℃、最大內表溫差為18.4℃，略超出內部最高溫度≤40℃的溫控標準，符合最大內表溫差≤20℃的溫控標準。

3.6 混凝土養護情況

承臺第一次澆筑層混凝土于2015年5月15日13∶00澆筑完成。混凝土上表面進行澆冷卻出水進行養護，養護至第二層混凝土澆筑。

由于2#墩承臺地處江面大風環境，表面水分極容易蒸發散失。因此混凝土澆筑完成表面硬化并鑿毛后，于承臺上表面灑冷卻水進行保溫保濕養護，確保混凝土內表溫差在控制范圍內,避免表面塑性開裂。

4 存在的問題與建議

4.1 存在的問題

(1)冷卻水管未綁扎固定，管與管之間的套管太短，接頭不牢固。在混凝土澆筑過程中，經過混凝土的下落沖擊，冷卻水管接頭處極易受到破壞，若混凝土漿體進入冷卻水管中則容易造成堵管現象。

(2)2#承臺、塔座工期為暑期，氣溫高，入模溫度較難控制。且單次澆筑方量大，內部溫度及內表溫差較難控制。

(3)蓄水養護時間過短，灑水養護未進行覆蓋。夏季氣溫較高、日照強烈，水分極易蒸發，灑水養護而未進行覆蓋極易造成混凝土表面干濕循環，產生塑性裂紋。

(4)表層混凝土緩凝時間過短。表層混凝土水化較快，溫度發展較快，在受到外界環境較低溫度刺激時容易因內表溫差過大造成表面塑性開裂。

(5)冷卻水進水分水器水泵損壞，接頭個別不牢靠中間有停止供水更換水泵等,造成隱患。

最后，進一步通過透射電子顯微鏡觀察細胞形態的變化，結果如圖3C所示：LFS-01處理后JeKo-1細胞出現了明顯的細胞核濃縮現象，這一現象是細胞發生凋亡的特征之一[21]。

4.2 建議

(1)建議若使用兩通連接則必須用生膠帶將接口密封完全，且冷卻水管必須使用扎絲綁扎固定在承臺鋼筋上，以減小混凝土下落對冷卻水管的沖擊。

(2)建議采用兩個連通的蓄水箱，一個作為供應冷卻進水用，另一個作為回收冷卻出水用，回收蓄水箱略高于供應蓄水箱。水箱水自然冷卻一定時間并蓄滿時，自然流到供應蓄水箱里進行補水。通水冷卻過程中每小時測量一次冷卻水的進水溫度，確保進水口水溫≤30℃。如果進水水溫過高，建議通過更換新鮮淡水或加冰塊對冷卻水進行降溫，以求達到混凝土內部降溫的效果。

(3)第一層混凝土上表面為分層面，待混凝土初凝鑿毛后可采取鋪設麻袋或土工布并灑水保濕，也可采用蓄水養護。養護用水使用冷卻水管出水，保證淡水及有一定的溫度，蓄水深度大于30cm。

(4)建議表層混凝土現場初凝時間至少≥20h。通過2#墩承臺檢驗，采取措施后的觀察沒有發現肉眼可見裂縫產生。但一些細微裂縫通過裂縫觀察儀器可以檢驗到。

5 結束語

由于在施工過程中對各個環節進行了有效實施和嚴密的組織，可以達到控制大體積混凝土裂縫現象。

(1)經驗表明，為有效控制大體積混凝土的裂縫應預先采用科學合理的施工方案。

(2)原材料中必須使用水化熱較低、凝結時間長的水泥，水泥用量盡量減少，水灰比小，大摻量使用粉煤灰和礦粉，用保水性強的聚羧酸外加劑，大體積混凝土早期開裂的風險可有效控制。

(3)大體積混凝土的配合比進行優化設計，選取適宜的砂率、水泥用量及摻和料用量等。

(4)必須對大體積混凝土澆注完畢后內部的冷水循環溫控措施。并仔細觀察內部溫度控制情況。必要時增加外置儲冰水裝置降低內部溫度。可有效降低由溫度引起的裂縫。

［1］夏錦紅.河南大學學報(自然科學版).2008年7月.

［2］劉偉.大體積混凝土裂縫的原材料控制淺析.中小企業管理與科技，2011(3).

［3］焦云攀.廈漳大橋混凝土指導書.2010-01-01.