談主墩承臺(tái)大體積混凝土溫度控制

黃 春 磊

(中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450000)

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談主墩承臺(tái)大體積混凝土溫度控制

黃 春 磊

(中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450000)

以某大橋主墩承臺(tái)施工為例，研究了影響大體積混凝土開裂的主要因素，總結(jié)了防裂的具體措施，并利用溫度傳感器，監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)了采取防裂措施后混凝土的溫度變化規(guī)律，指出合理地選擇施工材料、采取保溫措施、設(shè)置冷水管才能有效控制混凝土的絕熱溫升，避免裂縫的產(chǎn)生。

大體積混凝土，承臺(tái)，溫度控制，水化熱

0 引言

在工程中我們常常會(huì)遇到混凝土凝結(jié)硬化后表面開裂的問題，橋梁建設(shè)工程也不例外。隨著施工技術(shù)的發(fā)展，大體積混凝土在橋梁施工中的應(yīng)用越來越廣泛，雖然這在一定程度上加快了施工進(jìn)程，但溫度裂縫的產(chǎn)生也使施工一度陷入困境，因此，溫度的控制成為施工中的一道難題。雖然對(duì)大型混凝土開裂做了大量研究，但仍缺乏行之有效的方法。本文從冷凝管散熱方向出發(fā)，通過實(shí)驗(yàn)分析了混凝土內(nèi)外溫度變化趨勢(shì)，對(duì)防裂提出更加合理的建議。

1 水化熱的危害

橋梁的基礎(chǔ)、橋墩等部位通常要澆筑大體積混凝土，澆筑過程中，水泥逐漸發(fā)生水化反應(yīng)，釋放出大量水化熱，混凝土內(nèi)外表面在散熱時(shí)間上有差異導(dǎo)致溫度有差異。不同溫度下，混凝土產(chǎn)生不同的應(yīng)力，很容易克服未充分凝結(jié)硬化時(shí)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。裂縫寬度較大，一經(jīng)形成易上下貫通，故通常對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、防水、耐久等多種性能不利。因此，采取行之有效的措施減少大體積混凝土澆筑時(shí)的內(nèi)外溫差，降低溫度應(yīng)力顯得尤為重要。本文將重點(diǎn)探究施工過程中，使用水管冷卻的方法來減少混凝土內(nèi)部因水化熱產(chǎn)生的溫度變化而引起的溫度裂縫。

2 溫控方案

2.1 冷水管布置

冷水管布置時(shí)，應(yīng)滿足如下條件：管道布置時(shí)，采用內(nèi)徑為50 mm的輸水鋼管，按蛇形布置，安裝時(shí)保證接頭牢靠，并進(jìn)行試水檢驗(yàn)，防止?jié)仓炷習(xí)r出現(xiàn)管道漏水。相鄰兩層管道鋪設(shè)方向不宜相同，本實(shí)驗(yàn)共需鋪設(shè)4層管道。進(jìn)水口與出水口的位置應(yīng)根據(jù)施工做適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)水口應(yīng)設(shè)在混凝土邊緣。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)立即灌入冷卻水，水溫不宜過低，水流流速不宜過快，防止因溫差過大產(chǎn)生貫通裂縫。為增強(qiáng)冷卻效果，可采用未經(jīng)日光暴曬的自來水或流動(dòng)的湖水。澆筑混凝土后，冷卻管應(yīng)持續(xù)通水達(dá)12 d，待其充分散熱后再灌漿封孔，且不宜伸出承臺(tái)表面。

2.2 混凝土的配制

1)設(shè)計(jì)混凝土配合比。裂縫的根源是水泥水化，配置混凝土?xí)r可以考慮采用低、中熱水泥并減少水泥的用量，或采用替代性材料。粉煤灰和礦粉便是常見的替代性材料，配置混凝土?xí)r加入這兩種材料不僅可以充分發(fā)揮二者的作用，還能節(jié)省水泥。確定了材料后，還要設(shè)計(jì)選擇合適的混凝土配合比，充分發(fā)揮材料性能的同時(shí)，減少水化熱以控制溫度。2)使用減水劑。混凝土拌合物中加入減水劑也可避免裂縫。減水劑按功能不同可分為多種，大體積混凝土配置時(shí)常加入減水率較高的“緩凝高效減水劑”，在改善拌合物性能的同時(shí)減少材料用量，從根源減少水化反應(yīng)，降低水化熱，避免溫差過大引起裂縫。

2.3 施工措施

1)分層澆筑。在澆筑大體積混凝土?xí)r，應(yīng)分層澆筑，并按照設(shè)計(jì)尺寸選擇合適的分層方法，分層厚度不宜超過300 mm。澆筑混凝土?xí)r，入模溫度不宜過高，且不超過28 ℃。分層澆筑時(shí)應(yīng)注意混凝土的初凝、終凝時(shí)間參數(shù)，確保在底層混凝土初凝前澆筑上層混凝土。2)合理養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑完成后需要合理養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)需要保溫、保濕，承臺(tái)模板四周及表面可覆蓋保溫布，一可防止混凝土表面散熱過快引起溫度差，二可免受外界氣溫的影響。其次，混凝土要蓄水養(yǎng)護(hù)，防止水化反應(yīng)過快使表面干縮同時(shí)提高混凝土強(qiáng)度。

3 溫控?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析

3.1 溫度監(jiān)測(cè)元件的布置

將溫度傳感器布置在混凝土的不同位置可以直觀地監(jiān)測(cè)到混凝土內(nèi)部的溫度變化。由于承臺(tái)沿縱橋向(Z)和橫橋向(H)兩個(gè)方向均對(duì)稱，本實(shí)驗(yàn)選取承臺(tái)的1/4部分進(jìn)行研究，沿Z，H兩個(gè)方向分別布置數(shù)量不同的溫度傳感器。從中心處開始分別按一定間距布置，Z方向布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，H方向布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，最外側(cè)傳感器距離承臺(tái)邊緣均為0.2 m。沿承臺(tái)厚度按一定間距布置四層冷水管，每?jī)蓪又虚g布置一層測(cè)點(diǎn)，布置方式同平面布置方式，最外層測(cè)點(diǎn)距承臺(tái)邊緣0.2 m。冷水管出水口也應(yīng)設(shè)計(jì)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)總計(jì)56個(gè)測(cè)點(diǎn)。選好測(cè)點(diǎn)后開始布置溫度傳感器，本實(shí)驗(yàn)共設(shè)置五層傳感器。為方便監(jiān)測(cè)，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均進(jìn)行了編號(hào)，如C4-H3，表示第四層橫橋向第3個(gè)傳感器。承臺(tái)測(cè)點(diǎn)平面布置見圖1。

3.2 溫度監(jiān)測(cè)

實(shí)驗(yàn)中，布置好溫度傳感器后，每隔2 h監(jiān)測(cè)一次并記錄數(shù)據(jù)。若從某時(shí)開始收集到的數(shù)據(jù)一直下降，則可延長(zhǎng)時(shí)間間隔，每隔5 h測(cè)一次，持續(xù)5 d～8 d后仍可適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間間隔。當(dāng)各處溫度基本不再變化時(shí)可停止測(cè)量。

3.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

1)實(shí)驗(yàn)所布測(cè)點(diǎn)較多，故僅取具有代表性的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。中間層(C3)處于承臺(tái)的中心位置，水化熱在內(nèi)部傳遞，而頂層(C5)位于承臺(tái)邊緣，靠近大氣層，散熱較快，故取中間層(C3)和頂層(C5)處的測(cè)點(diǎn)Z1，Z3，Z6進(jìn)行分析?；炷林行膶?C3)和頂層(C5)處測(cè)點(diǎn)的溫度變化過程分別顯示如圖2，圖3所示。

2)由圖2，圖3可知，同一層內(nèi)不同位置的測(cè)點(diǎn)Z1，Z3，Z6溫度變化規(guī)律大致相同，在開始的0 h～6 h內(nèi)溫度較平穩(wěn)，隨后開始快速上升，其中Z1，Z3升溫更快，到達(dá)峰值一段時(shí)間后又緩慢下降直到溫度平穩(wěn)。

3)中間測(cè)點(diǎn)Z3的溫度高于邊緣測(cè)點(diǎn)Z6溫度,原因是混凝土散熱會(huì)受外界的影響。

4)中心層溫度峰值持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，頂層因靠近外界故溫度峰值持續(xù)時(shí)間短。

5)承臺(tái)內(nèi)部布置冷水管后中心層最高溫度達(dá)到68.2 ℃，頂層測(cè)點(diǎn)最高溫度58.3 ℃。

由此得到基本規(guī)律：在澆筑大體積混凝土?xí)r，混凝土中心及附近處溫度很高，頂層混凝土溫度相對(duì)較低，內(nèi)外溫度有明顯差異，由此產(chǎn)生貫通裂縫。因此，及時(shí)采取合理的措施有效控制混凝土內(nèi)外溫度的差異顯得尤為重要。根據(jù)施工過程中混凝土的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，當(dāng)中心溫度上升到最高值68.2 ℃，橋墩上部和兩側(cè)溫度上升值不一致，存在一定差異，外側(cè)最低溫度54.7 ℃，內(nèi)外最大溫差13.5 ℃。在混凝土水化熱達(dá)到極值外時(shí)間段內(nèi)，監(jiān)測(cè)的最大溫差在21.4 ℃內(nèi)，滿足相關(guān)規(guī)范提出的技術(shù)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在大體積混凝土施工中，溫度控制是很關(guān)鍵的部分。明白了裂縫的成因，掌握了影響因素之后，就可從 材料、配合比、養(yǎng)護(hù)等方面采取相應(yīng)的措施從根源、過程等方向出發(fā)，達(dá)到減少水化熱、降低內(nèi)外表面的溫度差、抑制裂縫產(chǎn)生的目的?；炷僚渲脮r(shí)選擇合適的替代性材料，并通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)選擇合適的方案優(yōu)化配合比。通過加入粉煤灰、礦粉、高效減水劑等材料減少了用水量，節(jié)約了水泥，既低碳環(huán)保，又能滿足減少溫度差、控制裂縫的需求。

混凝土澆筑完成后要覆蓋保溫布并定時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，防止表面干裂影響混凝土的性能。實(shí)驗(yàn)研究表明，冷水管對(duì)混凝土的溫度控制有顯著的作用，且簡(jiǎn)單易行，因此混凝土內(nèi)部，應(yīng)布置冷水管，并保持管內(nèi)水流暢通，但要注意水溫不宜過低，流速不宜過快，盡可能減少內(nèi)表溫差，避免產(chǎn)生貫通裂縫。

[1] GB 50204—2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 齊有章.大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制探討[J].鐵道建筑，2006(3):97-98.

[3] 郭之章，傅 華.水上建筑物的溫度控制[M].北京:水利電力出版社，1990.

[4] 劉來君，賀拴海，宋一凡.大跨徑橋梁施工控制溫度應(yīng)力分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2004(1)：92-93.

[5] 李冬青.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的原因分析與對(duì)策[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,2(1):78-80.

Discussion on massive concrete temperature control of major pier

Huang Chunlei

(ChinaRailway7thBureauGroupZhengzhouEngineeringCo.,Ltd,Zhengzhou450000,China)

Taking the bridge major pier cushion construction as an example, the paper studies major factors influencing massive concrete cracking, summarizes specific crack preventing measures, monitors and detects concrete temperature changing law after adopting crack preventing measures with temperature sensor, and finally points out that will avoid cracks through rationally selecting construction material, adopting thermal insulation measures and setting cooling tube.

massive concrete, cushion, temperature control, heat hydration

1009-6825(2017)06-0217-03

2016-12-17

黃春磊(1983- )，男，工程師

U443.25

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