高標號大體積混凝土溫度監測與控溫

張熙平

（貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州貴陽 550001）

1 工程概述

貴州省赤水至望謨高速公路黔西至織金段六沖河特大橋橋寬度為24.1 m，其承臺平面尺寸均為35.20 m×23.20 m，高6.00 m；混凝土設計強度等級C40，單個承臺混凝土總方量約為4 989 m3，主塔承臺采用一次性方式進行澆筑，為大體積混凝土結構，因此在施工中應采取相應的大體積混凝土溫度監控與控制技術，進行大體積混凝土施工，以確保工程質量達到設計要求。

此大體積混凝土工程施工計劃日期2010年9月23日至2010年10月21日，整個施工工期歷時1個月，時值秋季，環境溫度變化比較穩定。本工程為確保施工控溫方案的安全可靠，在施工前采用理論分析結果計算混凝土內部可能產生的最高溫度與最大拉應力以驗證結構裂縫控制的安全度。施工現場布設混凝土溫度變化監控點，對混凝土施工中與養護階段的內部溫度變化發展情況進行時時監控，根據監控信息隨時調整混凝土的養護方案，保證混凝土內外溫差與降溫速率在規范控制范圍之內，從而做到信息化施工。

2 混凝土裂縫控制的理論計算方法及施工措施的基本要求

2.1 理論計算與控制過程

對于大體積及超大體積混凝土施工來說，進行事前分析、事中控制與測試、事后驗算與控制，是實現高質量混凝土工程控制的基本步驟。事先的理論分析與計算仿真模擬十分重要，一般分為澆筑前的混凝土結構溫度場分析、澆筑中溫度監測與控制、澆筑后的裂縫控制與結果驗算。

2.1.1 澆筑前的裂縫控制計算內容為：

（1）水泥水化熱值測試(采用熔解熱法測試)；

（2）混凝土溫度場數值分析結合經驗公式進行演算；

（3）各齡期收縮變形值；

（4）收縮當量溫差及彈性模量；

（5）估算可能產生的最大溫度收縮應力，如不超過混凝土的抗拉強度，則表示所采取的防裂措施能有效控制、預防裂縫的出現；如最大溫度收縮應力超過混凝土的抗拉強度、則需采取措施調整混凝土的入模溫度、降低水化熱的溫升值、降低混凝土的內外溫差、改善施工操作工藝和混凝土拌合物的性能、提高抗拉強度或改善約束條件等技術措施，重新驗算，直至計算的應力在允許的范圍內為止。

2.1.2 澆筑中的溫度測試與控制

澆筑中對大體積混凝土進行溫度監測的目的：

（1）掌握混凝土內部溫升時間及其內部溫度變化情況，以便預測大體積混凝土內部最高溫升值及最大溫升到來的時間，與理論最大溫升值進行比較，及時采取預報和預防技術措施、防止溫升過高、溫差過大等不利情況發生；

（2）掌握大體積混凝土內部的降溫情況及其降溫期間(也即混凝土抗拉強度形成期間)的降溫速度。

一般情況下，降溫速度控制值以24 h內不超過1.0℃～2.0℃(前14 d)為宜，否則，混凝土將會因降溫速度過快，受到外約束的作用可能造成貫穿性裂縫發生。本工程中具體的控制值應以計算出的控制值為準。

2.2 控制溫度與收縮裂縫的技術措施

為了有效地控制有害裂縫的出現和發展，必須從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強度、改善約束條件和設計構造等方面全面考慮，結合實際工程采取措施。

2.2.1 降低水泥水化熱

（1）選用低水化熱或中水化熱水泥配制混凝土。考慮混凝土耐久性，C40混凝土選用P·O42.5水泥。

（2）充分利用混凝土后期強度或60 d強度，減少每立方米混凝土中的水泥用量，建議考慮進一步降低水泥用量至300 kg/m3。

（3）使用粗骨料，盡量選用粒徑較大、級配良好的粗骨料；摻加粉煤灰摻合料摻加相應的減水劑、緩凝劑，改善混凝土和易性以達到減少水泥用量、降低水化熱的目的。

（4）預埋冷卻水管強制降溫。

2.2.2 降低混凝土的入模溫度

（1）選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱時間澆筑大體積混凝土，骨料應采取防曬與降溫措施。

（2）摻加相應的緩凝劑。

（3）混凝土入模時，采取通風散熱措施，加快熱量的散失。

2.2.3 加強施工中的溫度控制

（1）在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養護，緩緩降溫，充分發揮徐變特性，降低溫度應力；夏季應避免暴曬，注意保濕，冬季應采取措施保溫覆蓋，以免產生急劇的溫度梯度。

（2）采取長時間的養護，延緩降溫時間和速度，充分發揮混凝土的“應力松弛效應”。

（3）加強測溫和溫度監測與管理，實行信息化控制，隨時控制混凝土內的溫度變化，內外溫差控制在25℃以內；及時調整保溫及養護措施，并應在施工前作好保溫材料的準備，在施工中隨時按照預定的方案監測溫度，作好控溫措施準備工作，使混凝土的溫度梯度及濕度梯度不至于過大。

（4）合理安排施工程序，控制混凝土在澆筑過程中溫度均勻上升，避免混凝土拌和物堆積過大，出現太大高差。

2.2.4 改善約束條件，減少溫度應力

采取分層或分塊澆筑大體積混凝土、合理設置水平或垂直施工縫，或在適當的位置設置施工后澆帶，以改善約束程度，減少每次澆筑長度的蓄熱量，以防止水化熱的積聚，減少溫度應力。

2.2.5 提高混凝土的極限拉伸強度

（1）選擇良好級配的粗骨料，嚴格控制其含泥量，加強混凝土的振搗，提高混凝土的密實性和抗拉強度，減少收縮變形，保證混凝土質量。

（2）采用二次或多次投料法拌制混凝土，并盡可能采用引氣劑，再采用切實可行的振搗方法，既不過振，也不漏振，上下層混凝土的振搗搭接長度控制在振搗器的振幅作用半徑距離內，消除大體積混凝土的泌水現象，加強養護。

（3）在大體積混凝土的基礎內設置必要的溫度配筋，在截面突變和轉折處、底面與墻轉角處、孔洞轉角及周邊增加斜向構造配筋，以改善集中應力，防止裂縫的出現。

3 混凝土表面覆蓋措施控溫技術

針對本工程，可采用一層塑料布+一層棉氈覆蓋，主要是防止混凝土表面失水干縮產生裂縫，同時覆蓋棉氈也可達到保溫的目的。如遇突然降溫天氣，應該搭設混凝土保溫養護層，根據施工情況選擇保溫材料，溫度緩沖層的設置應在混凝土澆注完畢后的3 d內設置完畢，一般高度為1.5～2.0 m左右，見圖1。此措施主要是為了防止混凝土降溫過快及出現內外溫差過大。設置與否視溫控情況確定，這里提出作為溫控預案準備。

圖1 混凝土澆注完畢后緩沖層的設置（單位：m）

4 溫控

在大體積混凝土養護過程中，應對混凝土澆筑塊體的里外溫差和降溫速度進行監測，現場實測在大體積混凝土施工中是重要環節，根據實測結果可隨時掌握與溫控施工控制數據有關的數據(內外溫差、最高溫升及降溫速度等)，可根據這些實測結果調整保溫養護措施以滿足溫控指標的要求。

混凝土澆筑前，要先運行循環水系統，以檢查冷卻水系統嚴密不漏水性，如發現漏水，應標識、停運、補焊，以確保各處嚴密不漏水。冷卻水系統中雙向設置4個水泵(分大小功率兩種根據溫度降低速率調整的需要視情況采用不同功率的水泵)，混凝土澆筑開始后，依次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1 d內可趁混凝土正處于塑性狀態采用最大通水量，以最大限度地帶走混凝土的熱量。 啟動1 d后，因部分混凝土開始凝固，且測溫已經開始，可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℃，則需減小入水量。最終使混凝土內部最高溫度與循環水進水溫差控制在20℃左右。如發現溫差小于15℃，則采取在水箱中加入冷水并將部分水箱內熱水抽走的方法以加大溫差，以增強冷卻效果，降低混凝土內部溫度峰值。

（1）入水溫度與內部混凝土溫度之差必須小于25℃；

（2）保證混凝土降溫速率不超過規定的1.5℃，如有超出應及時調整入水溫度和水的流速；

（3）在澆筑后24 h，進水口與出水口溫度差不應超過15℃；

（4）循環系統應以4 h為一個周期，進行進出水方向的調整。方法為冷卻管系統供水系統為雙向系統，即可進水也可排水；

（5）各層之間混凝土的的冷卻循環水上下之間對應的冷卻水進出方向應保持反向。

采用調整水箱溫度與循環水流速保證上述溫差準確，并保證冷卻效率。

另外，必須確保利用冷卻水使混凝土溫降速率保持在1.5℃，有效地防止混凝土溫度裂縫的出現。可通過控制冷卻水的流速與控制循環冷卻水的進出口溫度差來達到控制混凝土降溫速率的效果。

六沖河特大橋承臺大體積混凝土的施工由于采用事前預控、事中適控、事后補控的方法，很好的保證的溫控措施的有效性，使得承臺未出現明顯的溫度裂縫。