特大型橋梁墩承臺加冰混凝土供應全過程溫控總結

陳文彬

（漳州路橋翔通建材有限公司 福建 漳州 363006）

特大型橋梁墩承臺加冰混凝土供應全過程溫控總結

陳文彬

（漳州路橋翔通建材有限公司 福建 漳州 363006）

廈漳同城大道 Ⅲ 標段是一座跨九龍江的特大型橋梁，其西溪大橋 2#主墩承臺大體積混凝土施工溫控要求高，商品混凝土供應運輸距離遠、溫度控制難度大。本文簡要總結了商品混凝土攪拌站生產供應過程中如原材料、冰水、拌合物加冰、拌合物出機及運輸過程等溫控技術及措施，拋磚引玉，互相交流。

大體積混凝土；預拌加冰混凝土溫控；原材料溫控；運輸溫控

1 工程概況

1.1 工程簡介

廈漳同城大道Ⅲ標段是漳州市“十二五”綜合交通運輸體系發展規劃中提升國道網絡通行能力的重要組成部分，位于龍海市九龍江下游，是一座跨九龍江（北溪與西溪）、沙洲島的特大型橋梁，橋梁全長 3.065km，包含北溪大橋、沙洲互通立交和西溪大橋。西溪主橋為獨塔扭背索斜拉橋，跨徑組成為 (88+200)m。邊跨為預應力混凝土箱梁，主跨為鋼箱梁。邊跨側為雙索面空間扭面索，主跨為準單索面。橋塔為2#主墩基礎為整體式高樁承臺基礎，承臺尺寸30.5m×24m×6m，承臺底標高為 -2.841m，頂標高為+3.159m。承臺混凝土強度等級為 C35，方量為 4025.8m3，承臺結構如圖 2 所示。

圖1 西溪主橋橋型布置圖

圖2 主橋 2#墩承臺結構圖

本工程為漳州市政府投資，項目業主為漳州市交通集團，施工單位為中交二航局，商品混凝土供應單位為漳州路橋翔通建材有限公司。

1.2 大體積加冰溫控混凝土工程技術特點及難點

（1）計劃 2#墩承臺混凝土施工時間為 2015年 5月至6月間，氣溫在 30～34℃ 左右，地面溫度可能達到 40℃ 左右，不利于混凝土拌合物溫度控制，需要進行加冰溫控，但加冰量較難確定。

（2）主塔承臺混凝土為 4025m3，分兩次澆筑，一次性澆筑的混凝土方量大，施工要求高，現場組織與協調難度大。

（3）混凝土攪拌站距離澆筑地點約 28km 左右，運輸路途遠且復雜，需要經過舊江東橋、沿北溪河道和幾個村道，時間久（約 1～1.5h），混凝土運輸溫升要控制，難度大。

（4）承臺雖為大體積混凝土，但采用 28d 標養強度評定，摻合料比例要求不能太大，水泥用量高，對入模溫度、絕熱溫升控制不利。

（5）施工單位要求混凝土供應單位采用加冰控制混凝土入模溫度，入模溫度不大于 28℃；為延長內部絕熱溫升峰值提前發生，要求混凝土凝結時間控制在 44～46h。

2 配合比設計

2.1 原材料品種及技術參數

（1）水泥：春馳 P·O42.5，內控技術指標：28d 強度≥50MPa，標準稠度用水量≤135ml。

（2）外加劑：高性能聚羧酸 LQ-100-Z，內控技術指標：含固量 ≥14.0%，砂漿減水率 ≥19%（摻 1.15%）。

（3）粉煤灰：Ⅱ 級，內控技術指標：細度 ≤20%，燒失量小于 2.5%，且篩余留底灰在 80 倍放大鏡下有可見明顯數量的玻璃球體。

（4）礦渣粉：S95 級，內控技術指標：比表面積≥400m2/kg。

（5）河砂：中砂，內控技術指標：細度模數 2.4～2.7，含泥量≤3.0%，泥塊含量≤1.0%。

（6）碎石：5～31.5mm 連續級配碎石，內控技術指標：含泥量≤1.0%，針片狀≤15%； 壓碎值≤12%。

2.2 混凝土配合比設計

配合比提前一個月設計、驗證，經施工單位技術部門進行確認，其混凝土拌合物性能、力學性能等均能滿足施工要求。所確定的 C35 承臺配合比見表 1。

經多次驗證，混凝土拌合物坍落度為：180～200mm，擴展度為：490～520mm，混凝土拌和物工作性能良好；混凝土28d 強度平均值 44.5MPa，標準差 3.2 MPa。

根據混凝土澆筑用時及延遲最高絕熱溫升的要求，對混凝土凝結時間進行了調整，標準養護的初凝時間為 46～48h，室外（測試溫度：30～34℃）初凝時間為 32～38h。

3 原材料溫度控制

在可預見當時澆筑環境溫度高（30～34℃）的情況下，要使混凝土入模溫度控制到 28℃ 以下，原材料溫度控制很關鍵，關鍵控制點有兩個，一是水泥、礦粉等入罐溫度較高的粉料的溫度要盡量降低；二是砂石骨料避免暴曬，所以需要進行上述原材料專項溫度控制管理。提前儲備各種原材料，保證安全庫存量，如表 1 所示。

表1 C35 承臺配合比 kg/m3

3.2 采取各種措施，盡量降低各種原材料溫度

3.2.1 水泥

要求水泥廠專用庫儲量約 800～1000噸，控制水泥出廠溫度，到站水泥入罐前溫度 ≤65℃。站內啟用 2～3 個專用罐提前存放水泥 7～15d，溫度降至 55℃ 以內才能使用。

3.2.2 礦粉

要求礦渣微粉廠專用庫容量約 300～400 噸，控制礦粉溫度，到站礦粉入罐前溫度≤65℃。站內啟用 1 個專用罐提前存放水泥 7～15d，溫度降至 55℃ 以內才能使用。

3.2.3 砂石骨料

采用封閉搭蓋料倉儲存砂石骨料，避免砂石骨料直接暴曬于太陽底下。備用 2 個砂倉、3 個碎石倉，提前 2 天將材料入倉自然冷卻，氣溫高時在料倉內通過噴淋、噴霧冷卻，使其溫度降至 30℃ 以下。

3.2.4 外加劑

站內清出 2 個專用罐儲存高性能減水劑，避免外加劑直接暴曬于太陽底下，控制水劑溫度與自然環境溫度一致。

4 混凝土拌合物加冰溫控措施的試驗及控制

4.1 拌合水加冰溫控

（1）要有效降低拌合物溫度，除原材料盡量把溫度降到最低外，水溫的下降尤其重要。模擬試驗發現，在水池中加入碎冰后能夠快速降溫至 5℃，但要在 5℃ 以下恒溫就比較難，溫度波動較大，所以 5℃ 拌合水溫是合理的選擇。

（2）拌合水加冰熱工平衡

采用冰塊加入拌合水中進行降溫，加多少冰塊量？通過驗證的冰水熱工平衡計算公式如下：

冰水混合熱平衡方程：

式中：A——混合前水溫，℃；

B——冰塊量，kg；

X——混合后水溫，℃；

λ——冰的溶化熱 335kJ/kg；

W——配合比中的用水量，℃。

（3）混凝土供應是連續不斷的，控制拌合冰水溫度也是一個重點。試驗結果發現，正常生產時采用邊補水邊加冰措施，160 噸拌合水每 3 個小時加入 10 噸冰塊可以維持 5℃ 水溫。

4.2 混凝土拌合物加冰溫控

環境氣溫在 30℃ 以上時，混凝土拌合物出機溫度要降低至 28℃ 下，還需要在攪拌過程中加入碎冰。混凝土拌合物溫度熱工計算常見于各種文獻和施工方案中，公式有多種，算法不一，特別是對于加冰溫控這一塊闡述。筆者通過各種天氣溫度工況（30℃、32℃、34℃）進行模擬試驗，取得了相關數據，對拌合物溫度熱工計算公式進行修正：

式中：

To——混凝土拌合物溫度，℃；

mc——水泥用量，kg；

mf——粉煤灰用量，kg；

mk——礦渣粉用量，kg；

ma——外加劑用量，kg；

mw——水用量，kg；

ms——砂用量，kg；

mg——石用量，kg；

mb——碎冰用量，kg；

Tw——水的溫度，℃；

Tc——水泥溫度，℃；

Tf——粉煤灰溫度，℃；

Tk——礦渣粉溫度，℃；

Ta——外加劑溫度，℃；

Ts——砂溫度，℃；

Tg——石溫度，℃；

βg——石含水率 ，%；

βs——砂含水率 ，%。

Cc——水泥的比熱容，kJ/kg·k；

Cf——粉煤灰的比熱容，kJ/kg·k；

Ck——礦渣粉的比熱容，kJ/kg·k；

Cs——砂的比熱容，kJ/kg·k；

Cg——石的比熱容，kJ/kg·k；

Ca——外加劑的比熱容，kJ/kg·k；

Cw——水的比熱容，kJ/kg·k；

λ——碎冰的溶化熱，kJ/kg.k；

ε——碎冰的冷量利用率，取 0.85；

mb×5×Cw——碎冰溶化成 5℃ 拌合水時的熱當量。

5 運輸供應過程的溫控

5.1 出機溫度控制

在加冰控制拌合物溫度的狀況下，模擬不同氣溫環境下攪拌機內與下料至攪拌車后拌合物出機溫度的變化，試驗發現環境氣溫升高 1℃，混凝土出機溫度升高約為 0.1～0.3℃，且氣溫超過 32℃ 時出機溫度升高值越大。所以當氣溫超過32℃ 時，就需要采用噴淋冰水降溫的方式對攪拌樓內部、出機口的溫度進行控制。

5.2 攪拌運輸溫控

運輸時間對混凝土拌合物溫度影響也很大。從攪拌站到施工現場運輸時間正常情況下平均需要 1h，在上下班高峰期，則平均需要 1.5h。選取環境氣溫最高、地面輻射溫度最大的時間段（14：00～16：00）做試驗，獲取混凝土拌合物溫度與運輸時間的關系數據，便于采取措施對混凝土運輸過程進行溫控。試驗設定拌合物初始溫度為 26℃，模擬試驗的結果如表 2。

表2 模擬試驗結果

試驗結果說明：① 運輸時間不變，環境溫度越高，拌合物溫度越高，且升高趨勢越大；② 環境溫度不變，運輸時間越長，拌合物溫度越高，且隨環境溫度越高，變化值越大；③ 環境氣溫達到 32℃ 以上時，需要對攪拌車采取隔熱措施（覆蓋或罐外噴灑冰水）或者降低拌合物出機溫度（26℃ 以下），否則，到現場混凝土入模溫度將超過 28℃；④ 實際施工時，須注意選擇氣溫較低的日子（30℃ 以下），并且多配備攪拌車和泵車數量，在最短時間內，利用傍晚到第二天中午這段時間集中力量供應溫控混凝土。

6 主橋2#墩承臺混凝土拌合物加冰溫控成效

（1）2015年 5月 14日 18：00 開始供應西溪主橋 2#墩承臺第一層加冰混凝土，澆筑時間總共 19h，供應方量1633.49m3，平均供應量 86m3/h，現場澆筑順利完成。期間氣溫 28～34℃，分割幾個時間段按不同氣溫工況進行加冰溫控，平均總用冰量 92kg/m3。

拌合物出機口加冰溫控實際成果見表 3。

表3 實際溫控數值

（2）2015年 5月 22日 19：50 開始供應西溪主橋 2#墩承臺第二層加冰混凝土。澆筑時間總共 25h，供應方量 2299.05m3，平均供應量 92m3/h, 現場澆筑順利。期間氣溫 28～34℃，預冷水提前 3 個小時，160t 自來水中加入碎冰 27t，冰水混合溫度為5℃，按 9 個時間段進行加冰溫控，保持冰水恒溫加入冰塊 90t，通過碎冰加入混凝土中降低拌合物溫度，混凝土出機溫度 23.5～25.5℃，平均總用冰量102kg/m3，總車數 287 車，到現場車車實測入模溫度均未超過 28℃，坍落度 160～210mm，擴展度 480～550mm，混凝土拌和物工作性能良好。

（3）2#墩承臺兩次凝結時間經現場實測為 40h 左右，內部最高溫度為 72℃，最高溫度峰值出現在 72 小時左右。

（4）2#墩承臺混凝土凝結后未出現溫度裂縫，達到了溫度控制目標要求。

[通訊地址] 福建省漳州市登科村漳州路橋翔通建材有限公司（363000）

陳文彬（1975—），男，助理工程師，漳州路橋翔通建材有限公司，現主要從事混凝土生產技術管理工作。