懸索橋錨碇基礎(chǔ)大體積混凝土溫控技術(shù)

宋博文

【摘要】為減輕或避免大體積混凝土溫度裂縫，基于混凝土物理特性、熱學(xué)性能試驗(yàn)，采用有限元軟件Midas FEA建立懸索橋錨碇大體積混凝土仿真模型，提取內(nèi)部溫度分布以及應(yīng)力狀態(tài)，并以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)提出了溫控標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)對(duì)措施。通過溫度檢測(cè)及控制措施，有效的預(yù)防了溫度裂縫，圓滿完成了大體積混凝土溫度檢測(cè)控制，總結(jié)了大體積混凝土溫控技術(shù)及施工經(jīng)驗(yàn)，為橋梁大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)控制提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】懸索橋錨碇；大體積混凝土；溫差控制；預(yù)防溫度裂縫

1. 工程概況

錨碇基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆擴(kuò)大基礎(chǔ)形式，基坑開挖深度約10～40m，基底持力層為微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，單軸飽和抗壓強(qiáng)度不小于4.8MPa。基礎(chǔ)平面尺寸為63m×58.2m，高度22m。

2. 控制原理及計(jì)算參數(shù)

懸索橋基礎(chǔ)大體積混凝土施工的特點(diǎn)是：

① 施工周期長(zhǎng)，要經(jīng)歷一年中最高溫和最低溫季節(jié)；

② 結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng)，澆筑方量大；

③ 采用泵送混凝土，施工用配合比中膠凝材料用量大，水化反應(yīng)放熱量大、升溫快，易因溫差產(chǎn)生裂縫。

混凝土的凝結(jié)硬化和形成強(qiáng)度是混凝土膠凝材料發(fā)生水化反應(yīng)的產(chǎn)物。對(duì)大體積混凝土而言，干縮和溫度應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土開裂的主導(dǎo)因素。由于水化放熱作用，大體積混凝土結(jié)硬過程中，混凝土將經(jīng)歷緩沖期、升溫期、降溫期和穩(wěn)定期四個(gè)階段，由于入模時(shí)間以及對(duì)應(yīng)的邊界條件的不同，混凝土塊體所處的狀態(tài)不同、溫度也有所不同，這就導(dǎo)致混凝土體積變化并不同步。混凝土體積變化不同步時(shí)，體積變化不同步的混凝土就會(huì)由于相互之間的約束作用而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力超過混凝土當(dāng)前的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)開裂。因此控制大體積混凝土溫度控制工作的主要控制目標(biāo)是控制混凝土的內(nèi)外溫差（內(nèi)表溫差）及混凝土表面與大氣溫度的溫差（氣表溫差）。

錨碇基礎(chǔ)構(gòu)造尺寸大，錨碇基礎(chǔ)采用抗?jié)B等級(jí)W6 的C30 混凝土，對(duì)錨碇基礎(chǔ)大體積混凝土進(jìn)行溫控計(jì)算，混凝土配合比見表1.1。

3. 溫控標(biāo)準(zhǔn)及混凝土溫度主控因素

3.1溫控標(biāo)準(zhǔn)

混凝土溫度控制的原則是：（1）盡量延緩最高溫度出現(xiàn)時(shí)間并盡量抑制混凝土的升溫幅度及速率；（2）減緩混凝土降溫階段的降溫速率；（3）降低混凝土內(nèi)表溫差、新老混凝土之間的溫差；（4）控制混凝土氣表溫差。

溫度控制的具體實(shí)施細(xì)則需根據(jù)環(huán)境條件、混凝土入模溫度、結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土澆筑順序、邊界條件、混凝土配合比等具體因素制定。

3.2控制大體積混凝土溫度的主控因素有：

1） 混凝土配合比

混凝土水化熱以及溫度主要取決于混凝土配合比中膠凝材料的用量，混凝土配合比中水泥用量的增加會(huì)急劇增加大體積混凝土的峰值溫度。

2） 混凝土分層分塊情況

混凝土分層分塊情況對(duì)澆筑后內(nèi)部核心溫度也有著重要影響。混凝土長(zhǎng)、寬尺寸對(duì)混凝土內(nèi)部核心溫度有所影響，但當(dāng)長(zhǎng)、寬尺寸超過一定范圍后對(duì)內(nèi)部核心溫度的影響就變得十分微弱，影響內(nèi)部核心溫度的關(guān)鍵因素是混凝土的分層厚度。

3） 入模溫度

混凝土入模溫度對(duì)混凝土的初凝時(shí)間、開始升溫時(shí)間及峰值溫度有著直接影響。在夏季施工過程中混凝土入模溫度會(huì)隨之升高，入模溫度增加的同時(shí)混凝土核心溫度也會(huì)隨之增加，通水降溫時(shí)間亦隨之延長(zhǎng)。

4） 通水降溫情況

通水降溫是混凝土澆筑完成后控制混凝土峰值溫度及調(diào)節(jié)降溫速率的重要手段。

4. 溫控監(jiān)測(cè)

在混凝土入模前將傳感器埋置于預(yù)定位置，并將屏蔽信號(hào)線連接并集中至方便測(cè)量處，傳感測(cè)頭最好采用角鋼保護(hù)，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)可靠性；各項(xiàng)測(cè)試工作在混凝土入模后開始，按照預(yù)定數(shù)據(jù)采集計(jì)劃進(jìn)行。混凝土的溫度測(cè)試，混凝土澆筑完后，白天每隔4小時(shí)監(jiān)測(cè)一次溫度，夜晚每隔6小時(shí)監(jiān)測(cè)一次溫度。溫度每測(cè)一次，都要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。溫度每測(cè)一次，都要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。直到溫度變化基本穩(wěn)定。在混凝土溫度降低階段，為防止溫度降低過快，需合理控制水冷管流量。具體的冷水管的通水情況由現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)溫度而定。

4.1溫控監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容

A.測(cè)量混凝土入模前的溫度

①測(cè)得混凝土入模前的溫度。

②再次檢查溫度傳感器是否完好，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)是否在埋設(shè)過程中破壞了傳感器。

③及早發(fā)現(xiàn)損壞的傳感器，并做好標(biāo)記，減少以后不必要的測(cè)量。

B.混凝土澆筑后對(duì)混凝土的溫度監(jiān)測(cè)

①對(duì)埋設(shè)的溫度傳感器的測(cè)量。

②冷卻管進(jìn)水口、出水口的水溫測(cè)量。

③同步進(jìn)行的大氣溫度的測(cè)量。

5. 溫控成果總結(jié)

1） 混凝土配合比

施工期間由于道路條件限制更換了一次混凝土供應(yīng)廠商，并更換過一次混凝土配合比。混凝土配合比中水泥用量的增加會(huì)急劇增加大體積混凝土的峰值溫度。大體積混凝土配合比中水泥用量應(yīng)盡量低于200kg。并且不易使用早強(qiáng)水泥。

2） 混凝土分層分塊情況

混凝土長(zhǎng)、寬尺寸對(duì)混凝土內(nèi)部核心溫度有所影響，但當(dāng)長(zhǎng)、寬尺寸超過一定范圍后對(duì)內(nèi)部核心溫度的影響就變得十分微弱，影響內(nèi)部核心溫度的關(guān)鍵因素是混凝土的分層厚度，因此需要控制混凝土分塊尺寸，當(dāng)分塊尺寸過大時(shí)難以避免時(shí)，應(yīng)在混凝土表面增設(shè)防裂鋼筋網(wǎng)片。

3） 入模溫度

在夏季施工過程中混凝土入模溫度會(huì)隨之升高，溫控計(jì)算過程中假定混凝土入模溫度為24℃，實(shí)際施工過程中發(fā)現(xiàn)入模溫度每增加將使混凝土迅速升溫的時(shí)間節(jié)點(diǎn)提前。入模溫度增加也會(huì)導(dǎo)致混凝土核心峰值溫度隨之增加。通水降溫時(shí)間亦隨之延長(zhǎng)。

4） 通水降溫情況

實(shí)際溫控工作中發(fā)現(xiàn)，通水降溫對(duì)于控制混凝土核心峰值溫度有明顯作用。在混凝土進(jìn)入降溫區(qū)段后，通水降溫有助于調(diào)節(jié)混凝土降溫速率。在通水降溫后期（澆筑完成80小時(shí)后），調(diào)節(jié)通水量控制降溫速率的效果將會(huì)有所削弱。

冬季施工時(shí)，進(jìn)行頂面關(guān)水養(yǎng)護(hù)過程中，澆筑后混凝土表面保溫效果顯著。但隨著出水口水溫的降低，表面溫度將會(huì)迅速降低，此時(shí)應(yīng)采取覆蓋保溫措施。

6. 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土溫控的主要目標(biāo)是控制混凝土內(nèi)外溫差。在混凝土早齡期，混凝土由于內(nèi)外溫差的影響溫度應(yīng)力將會(huì)增大，此時(shí)混凝土尚未形成強(qiáng)度，在此期間若控制措施不充分極易引起混凝土裂縫。因此應(yīng)在混凝土齡期小于7d時(shí)期加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，特別是混凝土表面保溫及養(yǎng)護(hù)。2d-5d是預(yù)防混凝土開裂的關(guān)鍵時(shí)期，7d以后時(shí)期混凝土以具備一定強(qiáng)度，并且此時(shí)混凝土內(nèi)外溫差逐漸減小，混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)隨之降低。

大體積混凝土溫度控制主要以控制混凝土配合比、控制混凝土入模溫度、控制混凝土表面保溫、控制混凝土內(nèi)部通水降溫四方面入手。施工過程中應(yīng)從控制混凝土配合比中膠凝材料用量入手，同時(shí)控制混凝土澆筑時(shí)的入模溫度。澆筑完成后加強(qiáng)混凝土表面保溫及養(yǎng)護(hù)，再通過通水降溫控制混凝土峰值溫度、調(diào)節(jié)混凝土進(jìn)入降溫區(qū)間后的降溫速率。確保溫控標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，預(yù)防大體積溫度裂裂縫產(chǎn)生。