淺析大體積混凝土內外溫差控制技術

朱芳芳

(中鐵大橋局第二工程有限公司 江蘇 南京 210015)

淺析大體積混凝土內外溫差控制技術

朱芳芳

(中鐵大橋局第二工程有限公司 江蘇 南京 210015)

通過分析大體積高性能混凝土內外溫差的產生的原因，從控制初始入模溫度和控制內部絕熱溫升、降低內部溫度累計和控制外部表面溫度三方面考慮，采取綜合措施來控制入模溫度、優化施工工藝來達到控制溫差的目的。理論和實踐證明采取綜合措施能夠滿足混凝土裂紋控制的要求。

大體積混凝土；內外溫差；控制

1 概述

隨著國內建橋水平的提高，大型橋梁越來越多，大體積混凝土結構普遍出現。通常情況下大體積普通混凝土的承臺、墩（臺）身在施工養護的過程中很容易開裂。產生裂紋的原因有很多種，裂紋的種類也較多，但主要分為兩種即收縮裂紋和溫差裂紋。收縮裂紋一般采取一定的施工工藝，可以容易的消除。但溫差裂紋屬于內部裂紋，當溫差產生的拉應力超過混凝土本身的抗拉強度后，裂紋就會出現。因此有必要采取必要的溫控措施，控制混凝土內部因水化熱引起的絕熱溫升，同時控制混凝土表面溫度，防止內外溫差過大產生的有害裂紋。

影響混凝土內外溫差的因素很多，需要從多方面著手，采取綜合性的措施，才能起到很好的效果。由于內部溫度取決于混凝土的初始入模溫度和絕熱溫升，外部溫度取決于環境溫度，因此應從控制初始入模溫度和控制內部絕熱溫升、降低內部溫度累計和控制外部表面溫度三方面考慮，采取控制入模溫度、優化施工工藝來達到控制溫差的目的。

2 入模溫度控制措施

2.1優化配合比設計

配合比設計時，采取削峰、錯峰的原理進行。主要是超量摻加粉煤灰，降低水泥用量，充分發揮粉煤灰水化熱小的原理，降低水化熱峰值；同時由于加入粉煤灰，而粉煤灰的水化速度比水泥慢，水泥的水化熱峰值過后，粉煤灰才產生峰值，不產生峰值疊加，實現了水化熱錯峰，降低絕熱溫升值。

2.2降低混凝土入模溫度

由于混凝土的溫度=入模溫度+水化放熱溫升值。而水化熱溫升值理論上是一定的，跟水泥品種、水泥用量、原材料熱工性能、配合比設計等有關。當配合比選定后，減小混凝土溫度與外界溫度差的關鍵措施，就是要盡量降低入模溫度。

降低入模溫度主要從3方面著手：選擇合適的澆筑溫度、降低混凝土的出機溫度、降低混凝土在運輸中的溫升。

2.2.1選擇合適的澆筑溫度

由于環境溫度是原材料及模板內部溫度的基數，只有選擇較低的澆筑溫度，才能將外界溫度與混凝土本身溫度的疊加效應降到最低。根據熱工原理，當鋼筋、模板的溫度低于混凝土溫度時，會通過熱傳導，降低混凝土的入模溫度，從而降低水化溫升峰值。

一般選擇在陰天或者小雨、陣雨天氣澆筑，環境溫度相對晴天較低，模板內倉的鋼筋、模板本身溫度與環境溫度影響較大，由于模板四周維護后，不通風，承臺內部鋼筋密集，鋼材溫度敏感性高，陽光照射產生的溫升很大，會與混凝土本身溫度產生疊加效應。當無法避免在晴天澆筑時，可以采取澆筑前用水沖洗鋼筋、模板，沖洗后的水及時用水泵排出基坑；有條件時，可搭設遮陽棚。

2.2.2 降低混凝土出機溫度

由于混凝土是多種原材料混合體，出機溫度時綜合熱傳導效應，可以根據需要的入模溫度控制目標，按照熱工計算來確定原材料的初始溫度。

降低原材料溫度的方法主要有以下幾點：（1）水泥及粉煤灰要提前進料，使水泥、粉煤灰充分冷卻。由于大體積混凝土澆筑時，一般拌合站難以備足全部材料，需要與廠家聯系，在廠家設專庫冷卻，同時便于取樣控制質量。（2）砂石料采用在晴天提前覆蓋的措施，避免日照升溫，同時，可采用澆水降溫的措施，但需要隨時測定砂石料含水量，實時調整拌合水用量，以維持水灰比不變。（3）拌合水中加冰塊，降低拌合水溫度時常用的方法，足夠的冰塊可以顯著降低拌合水溫度。（4）外加劑要搭設遮陽棚，既防止日曬外加劑失效，有可以避免溫度升高。（5）拌合站主機要封閉，同時在首盤拌合時，用水對機械降溫。

2.2.3 降低混凝土運輸中的溫升

由于在運輸中，日照對運輸罐車產生溫升效應。一般采取罐車罐體上安裝一噴水的水管，在運輸過程中，不停的噴水冷卻罐體，降低混凝土溫升。

3 控制內部溫度累計和控制表面溫度

3.1采取合理的澆筑工藝

除采用常規的澆筑工藝外，還需進一步優化工藝：澆筑時混凝土分層厚度控制在30cm以內，便于散熱；在砼供應速度滿足初凝要求時，優先采用平面內全面鋪開澆筑，逐層覆蓋循環澆筑，使前一層能有散熱時間。

混凝土澆注完畢后，在初凝前用刮尺趕平，用木抹子第一次抹面。初凝前用鐵抹子碾壓表面數遍，將混凝土表面不均勻、不規則的裂縫閉合。最后用木抹子第二次抹面，閉合收水裂縫。

3.2采取內散外蓄的養護工藝

對于大體積混凝土，要進行熱工計算，根據大體積砼施工規范要求，確定是否需要進行內部降溫措施。內部散熱主要采用預埋冷卻水管循環水將混凝土溫度帶走起到降溫的目的。實施時要注意以下幾點：（1）控制進水孔的進水溫度不得過低，防止在冷卻水管與混凝土接觸面的混凝土因溫差過大出現裂紋。（2）管道不宜過長，一般不超過100m，過長的管道降溫效果不好。（3）澆筑混凝土前，必須進行通水試驗，檢查接頭是否密封，否則應處理。（4）豎向相鄰層的管道走向應垂直，不要同向布置，避免分割結構。（5）為確保傳熱效果，管徑不宜太小，壁厚不宜太厚，一般采用φ25～40mm的鋼管，壁厚應選擇薄壁管。

為了掌握砼內部溫度變化情況和規律，必須在內部埋設測溫元件，以進行溫度監控。應采用自動采集溫度數據的集中控制測溫系統，可以方便快捷的讀取同一時刻各測點溫度。

澆筑混凝土時，當混凝土覆蓋住一層冷卻水管后，該層水管即通水循環降溫；當澆筑完畢，應連續通水，根據經驗一般不少于7天時間，具體應根據溫度監控數據來確定：當內部溫度一直較高時，應連續通水；當內部降溫節段，降溫速率超過安全速率時，應間斷通水；當內部溫度下降到與環境溫度差值滿足規范要求時，可以停止通水，但溫度監測仍需進行，確保安全。

結構外部蓄熱措施一般采用包裹法或蓄水法，應進行熱工計算，確定包裹材料的層數，保證包裹效果。包裹可采用多層覆蓋，防止過快散熱。一般在二次收光后，立即覆蓋。

3.3延長養護時間和拆模時間

大體積混凝土由于采用了錯峰、削峰的配合比設計，參加了粉煤灰，水化速度慢，形成強度需要的時間長，按照規范要求，需要保水養護部不少于14天。

為了有效的保溫，應適當延長帶模養護時間，同時按照溫控計算及溫控檢測的內部溫度與外部溫度情況確定合理的拆除時間。按照規范要求，拆除模板時，混凝土表面溫度（表面往內5cm）與環境溫度差不超過25℃[1]。另外在拆模時，應選擇在上午升溫階段進行，便于縮小環境溫度與混凝土實體溫度的差值，降低表面產生裂紋的風險。

4、工程實例

江六高速京杭運河特大橋主塔墩承臺平面為啞鈴型，兩端為16.8m×16.8m× 4.5m的矩形，中間段為23.3m×4m×4.5m 的系梁，系梁與兩邊承臺之間連接處設1m×1m倒角。設計采用c40混凝土，單個承臺混凝土2968m3。為控制不均勻沉降對破壞系梁，系梁后澆，兩側承臺單獨澆筑，全高一次澆筑，方量1300m3。在承臺施工時，采取了綜合溫控措施，取得了良好的效果。

本橋配合比設計時，采取超量取代法，粉煤灰摻量取22.8%，其中15%替代水泥，參與水化反應，剩余部分作為改善工作度的潤滑成分。水泥采用了P.O42.5水泥，水灰比為：0.42，外加劑采用聚羧酸型。詳細配合比見表1。

表1 承臺C40混凝土配合比

降低混凝土入模溫度措施，主要采用前述綜合措施，入模溫度控制在28℃以內，取得了良好的效果。

在施工工藝方面，主要采取前述措施，并根據溫控計算，采用了外蓄內散的措施：采用有限元分析程序midas，進行模擬結構水化熱分析，確定本橋需要采用內部降溫措施，以保證不出現溫差過大出現裂紋。承臺內部豎向布置4層冷卻水管，層距0.9m，平面內按照1m間距布置循環通道。由于管道在承臺內彎曲后長度過長，為保證降溫效果，按照1/4承臺布設一路水管，即每層布設4路，共布置4層，共16進水口、16出水口。管道應在澆筑混凝土前進行通水試驗，確保接頭不漏水。

養護方面按照前述要求采取蓄熱措施：在混凝土的表面覆蓋塑料薄膜，使混凝土內蒸發的游離水積在混凝土表面進行保溫養護，薄膜上再蓋一層草墊，承臺周圍用彩條布全包裹蓄熱。

通過測溫顯示，混凝土內部最高溫度52～57℃，表面溫度32～34℃，環境溫度26～32℃，最高溫度出現在3d時刻，溫度差小于25℃。連續通水時間6d，間斷通水4d，直到內部溫度降至40℃。經28d、90d、200d對外觀檢測，未發現有害的表面溫度裂紋。

5 結束語

針對大體積混凝土結構，采取一定的綜合性溫控措施，來避免出現裂紋時十分必要的。通過工程實踐證明，大體積混凝土結構在施工過程中，采取綜合性溫控措施，提前預控水化熱絕熱溫升，同時優化施工工藝和養護工藝，可以起到控制溫差效應了溫度裂紋的產生，有效提高了結構內在質量，對類似工程有較強的指導意義。

[1]大體積混凝土施工規范(GB50496-2009)【S】2009

[2]王鐵夢.建筑物的裂紋控制【M】.上海.上海科技出版社，1987

[3]周水興等·路橋施工計算手冊【M】·北京·人民交通出版社·2001.5

[4]鐘建波,宋慶霞.大體積砼承臺施工方案的設計及施工介紹【J】·中南公路工程,2002

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1007-6344（2017）05-0287-02

林賢武（1989年—）福建漳浦人，職稱：助工，研究方向：建筑材料。