大體積混凝土溫控技術(shù)

【摘 要】文章以在建的惠水至羅甸第11合同段紅水河特大橋工程實(shí)例，對(duì)大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，介紹大體積混凝土溫度控制、計(jì)算和監(jiān)控方法，并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)提出了有效的大體積混凝土溫控技術(shù)，為以后大體積混凝土施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；裂縫；溫控技術(shù)

1.工程概況

紅水河特大橋橋長(zhǎng)為956.0m的雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，橋梁布置為2×20m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+（213m+508m+185m），主塔塔高均為195.1m，5#、6#墩為主墩，采用24×38m矩形承臺(tái)，厚度為6m，每個(gè)承臺(tái)混凝土數(shù)量為5470m?，屬大體積混凝土，對(duì)混凝土配比設(shè)計(jì)及溫控技術(shù)要求高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土實(shí)際供運(yùn)能力和避免連續(xù)澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，擬分2層澆注，采取低水化熱配比設(shè)計(jì)、冷卻管、降低入模溫度等溫控措施，確保混凝土澆注質(zhì)量。

2.大體積混凝土溫度計(jì)算

2.1大體積混凝土溫度控制的理論計(jì)算

在大體積混凝土工程施工中，由于水泥水化熱引起混凝土內(nèi)部溫度和溫度應(yīng)力劇烈變化，從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫。因此，控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土塊體的內(nèi)外溫差及降溫速度，是防止混凝土出現(xiàn)有害溫度裂縫的關(guān)鍵。為防止大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生溫度裂縫，在大體積混凝土施工前，應(yīng)先計(jì)算混凝土水泥水化熱絕熱升溫值、各齡期收縮變形、收縮當(dāng)量溫差和彈性模量，然后通過(guò)計(jì)算，估計(jì)可能產(chǎn)生的最大溫度收縮應(yīng)力，如不超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，則表示所采取的防裂措施有效控制裂縫的出現(xiàn)，否則，需要重新調(diào)整控制措施，直至計(jì)算應(yīng)力在允許范圍內(nèi)。但該方法施工中無(wú)法直觀量測(cè)，為此，在施工中通過(guò)控制承臺(tái)內(nèi)外混凝土溫差來(lái)防止溫度裂縫的產(chǎn)生。在施工中承臺(tái)內(nèi)部最高溫度不大于75℃，內(nèi)表溫差不大于25℃， 冷卻管進(jìn)出水溫差控制在10℃以?xún)?nèi)。為確保溫度控制在預(yù)定范圍內(nèi)，目前最有效的辦法是通過(guò)預(yù)埋冷卻管通水冷卻以帶走水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，從而達(dá)到降溫的目的。

2.2混凝土水化熱溫升值計(jì)算

實(shí)際上大體積混凝土并非完全處于絕熱狀態(tài)，而是處于絕熱狀態(tài)，而是處于散熱條件下，上下表面一維散熱，溫升值比按絕熱狀態(tài)計(jì)算要小；而不同的澆筑塊厚度，與混凝土的絕熱升溫亦有密切關(guān)系，混凝土塊厚度愈小，散熱愈快，水化熱溫升值低，反之混凝土塊厚度愈大，散熱亦愈慢，當(dāng)混凝土塊厚度在5m以上，混凝土實(shí)際溫升已接近于絕熱溫升。混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫升值可以按以下公式計(jì)算。

計(jì)算混凝土內(nèi)最大溫升

混凝土的絕對(duì)升溫：Tmax=（MC×Q）/（C×ρ）

不同齡期的混凝土絕對(duì)升溫計(jì)算公式：T（t）=Tmax（1-e-mt）

式中：Tmax—混凝土最終升溫值（℃）；

T（t）—在t齡期時(shí)砼的絕對(duì)升溫（℃）；

MC—每立方米水泥用量，查配合比取400Kg；

Q—每Kg水泥水化熱量（KJ/Kg），查表得：377KJ/kg；

C—混凝土的比熱，按0.96[（KJ/Kg×K）]計(jì)算；

ρ—混凝土的密度，取2400Kg/m3；

e—常數(shù)，為2.718；

t—齡期（天）；

m—混凝土水化時(shí)的溫升系數(shù)，按澆注溫度25oC取；

砼內(nèi)部溫度計(jì)算，當(dāng)t=3時(shí)，其內(nèi)部溫度最大：

Tmax=Tj+T（3）? =60.4℃

3.現(xiàn)場(chǎng)溫控措施

3.1 控制混凝土入模溫度

通過(guò)理論計(jì)算分析得知，混凝土澆筑入模溫度與混凝土的內(nèi)部實(shí)際溫升值有著密切的關(guān)系。混凝土的入模溫度又與混凝土原材料溫度有關(guān)，施工時(shí)間為11月份，環(huán)境溫度不高，故對(duì)砂、石、拌和水不需要降低其溫度，只需要控制水泥溫度即可。水泥采用散裝水泥，提前與廠家協(xié)商，要求廠家儲(chǔ)備400t，現(xiàn)場(chǎng)采用兩個(gè)拌和場(chǎng)每個(gè)儲(chǔ)備200t，要求水泥溫度控制在30℃以下。

3.2 改善混凝土配合比

混凝土的導(dǎo)熱性能較差，水泥水化熱的積聚使混凝土出現(xiàn)早期溫升和后期降溫現(xiàn)象。合理選擇混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比能夠控制水泥水化熱引起的溫升，使混凝土具有較大的抗裂能力。

（1）水泥品種的選擇：混凝土升溫的主要熱源是水泥在水化反應(yīng)中產(chǎn)生的水化熱。因此選擇中熱和低熱水泥品種是控制混凝土溫升的最根本方法；也可選用普通硅酸鹽水泥。

（2）骨料的選擇：首先應(yīng)選擇自然連續(xù)級(jí)配的粗骨料配。

（3）摻加外加料：一是摻用混合材料（混合材料包括礦渣、粉煤灰、燒粘土等）——一般采用粉煤灰較多—— 可保持混凝土拌和物的流動(dòng)性不變。減少單位用水量。提高混凝土的密實(shí)度。降低混凝土的水化熱。二是摻用外加劑——大體積混凝土中主要摻加的是減水劑。它有減水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的條件下，減少用水量。降低混凝土的絕熱溫升。

（4）控制水泥用量：試驗(yàn)資料表明：每增減水泥用量10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升降l℃左右 。一方面在滿足混凝土強(qiáng)度和流動(dòng)性的條件下盡量減少水泥用量；另一方面充分利用混凝土的后期強(qiáng)度。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際承載情況對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行復(fù)核。采用或替代的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。這樣可使水泥用量減少40kg-70kg。混凝土溫升相應(yīng)減低4℃-14℃ 。因此，提出混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到：

粉煤灰用量大于20%，允許情況下，可提高到30%；

水泥用量盡可能降低到300kg/m?左右。

4.溫控?cái)?shù)據(jù)及分析結(jié)論

當(dāng)承臺(tái)澆筑混凝土數(shù)量后開(kāi)始進(jìn)行溫度監(jiān)控，在混凝土水化熱升溫較快的前面幾天每間隔2小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)，在混凝土核心溫度達(dá)到峰值后每間隔4個(gè)小時(shí)采集一次，混凝土溫度開(kāi)始均勻下降后每間隔12小時(shí)采集一次。

下面列出各主要測(cè)點(diǎn)的溫度變化以及大氣溫度變化趨勢(shì)圖：

外側(cè)測(cè)點(diǎn)溫度曲線 核心位置測(cè)點(diǎn)溫度曲線

從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)圖中可看出：在某些測(cè)點(diǎn)的曲線上，混凝土內(nèi)部溫度的變化在一定時(shí)間段內(nèi)變化不規(guī)則，這是由于時(shí)刻在關(guān)注混凝土溫度的同時(shí)，調(diào)節(jié)水流量和回流控制水溫。

5.結(jié)論

由溫度記錄分析結(jié)果可以看出，本橋承臺(tái)大體積混凝土期間，混凝土的溫度就開(kāi)始上升，在澆筑完成2-3天達(dá)到峰值，而后開(kāi)始下降，這個(gè)與理論分析相符合。由于采取了冷卻水管冷卻措施，混凝土內(nèi)部最高溫度并沒(méi)有達(dá)到理論峰值。說(shuō)明冷卻水管在其中發(fā)揮重要作用。由于有冷卻水管的存在，使得混凝土在溫度升至65.6℃后就開(kāi)始下降，并且混凝土的內(nèi)外溫差始終不超過(guò)25℃。這說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)組織嚴(yán)密，計(jì)算合理，措施得當(dāng)，承臺(tái)沒(méi)有出現(xiàn)任何有害溫度裂縫，溫控效果顯著。以上有效的控制措施，確保了大體積混凝土的工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 砼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].GB50204-2002

[2] 周水興，何兆益，鄒毅松等，路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].人民交通出版社，2006

[3] 朱白芳，大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].中國(guó)電力出版社.1999.

作者簡(jiǎn)介 玉達(dá)變 （1982-）廣西南寧人，本科， 從事橋梁施工工作。