鐵路橋梁基礎大體積混凝土施工溫度控制技術

王小平

中國通號 （鄭州） 電氣化局鄭州鐵路工程有限公司，河南鄭州 450016

1 大體積混凝土施工溫度控制的依據

混凝土是水與水泥發生反應而形成的，在這過程中產生了大量的水化熱，混凝土溫度也隨著水化熱反應的不斷進行而上升，混凝土作為一種不良導體，在體積較大并且散熱條件不好的前提下，水熱化大部分會凝聚在混凝土內部，混凝土溫度會隨之上升，這就使得混凝土內外部的溫度存在明顯的差異，混凝土體積受溫度影響而發生不均勻變化，當溫度變形受到影響而無法自由伸縮時就會產生溫度應力，最終也會因為溫度變化產生裂縫。這和許多化學反應一樣，水化是放熱的過程，由于混凝土自身的傳導性較差，大體積的混凝土發生水熱化反應導致澆筑體內的溫度急劇上升，這就很容易使混凝土的外部散熱和內部生熱產生明顯的溫度梯度，因此，會由于較大的溫度效力而產生溫度裂縫，所以必須對大體積的混凝土的水熱化反應的放熱速度和放熱量進行控制，從而降低溫度上升的速度，保證散熱時間延長，防止混凝土發生開裂現象。

大體積的混凝土在施工的過程中，由于受到內外溫度差距較大的影響而產生應力和應變。此外，由于受到外部結構以及混凝土內部各質點的約束，導致這種形變受到一定程度的影響。因此，一旦混凝土內部發生的應力超過了混凝土本身具有的抗拉強度時，施工過程中就會出現裂縫現象，但這種裂縫一般在施工標準的允許范圍內，不會嚴重影響到施工結構的強度，但會影響到結構的耐久性程度。

2 大體積混凝土發生溫度裂變的原因

2.1 水熱化反應

水熱化的反應過程中會釋放一定的熱量，體積較大的混凝土由于其結構斷面相對較厚，表面系數又相對較小，混凝土內部的熱量集聚不易散發，從而導致水熱化反應過程中的熱量無法及時流失，混凝土內部的溫度越積越高。但是單位時間里混凝土水熱化所散發的熱量、水泥的用量和水泥的品質有一定的關系，混凝土表面可以自然散熱，但其內部溫度居高不下，這種情況下溫度不均勻的變化會使其發生結構形成的變化，從而產生溫度裂變的現象。

2.2 外界溫度變化

大體積混凝土的澆筑溫度會隨著外界溫度的影響而變化，尤其外界溫度突然驟降，更是會在一定程度上加劇了混凝土內外部的溫度差距，這對大體積的混凝土施工是極為不利的；所謂溫度應力就是由較大的溫度差異引起的溫度變形，溫度差越大，溫度應力的效果越強，在外界溫度越高的情況下，混凝土內部的溫度更加不容易散熱，一般情況下，混凝土內部的溫度最高達到60～65℃時，并且能夠保持在較長的時間范圍內。所以必須對混凝土內部的溫度進行控制，防止因為溫度應力而產生溫度變形的問題。

2.3 混凝土的收縮影響

混凝土中必須有20%的水分是混凝土形成所需要的，其他剩余的80%的水分是要蒸發的，如果過多的水分被蒸發掉，則會引起混凝土的收縮。如果混凝土完成收縮之后，其體內的水分仍然達到飽和狀態，這種情況下混凝土還可能恢復到膨脹或者到原來的體積，但頻繁的干濕交替會引起混凝土的體積發生變化，這對大體積的混凝土施工也是極為不利的。

3 體積混凝土施工過程中的溫度控制要點

首先，在具體開展施工工程之前，施工組織要制定具體的施工設計，尤其要根據以往的施工經驗和相關的規范標準，對于施工階段的大體積混凝土在澆筑過程中的溫度以及溫度應力進行相關的預算，初步確定把體積混凝土在施工過程中的溫度以及內外溫度差控制到范圍指標內，以此作為依據來制定相關的措施和計劃；其次，混凝土在硬化期間水泥會放出大量的水熱化，此時混凝土內部的溫度會不斷上升，混凝土表面會形成較強的拉應力，而在冷卻的后期，溫度驟降的過程中混凝土內部結構又會出現較強的拉應力，由于混凝土自身的脆弱性和均勻性，同時可能受到設計誤差或施工材料選擇不當的影響；當這些強烈的拉應力超過了混凝土本身抗裂能力的范圍時，就會在混凝土表面出現裂縫等問題。因此，在施工過程中要將溫度控制與施工質量保障結合起來考慮。

4 大體積混凝土溫度控制的技術措施

4.1 施工中的原材料選擇和質量控制

一是水泥材料的選擇，鐵路橋梁在建設的過程中，為了防止水泥在水化過程中產生大量的溫度無法散發，在施工過程中要選擇水熱化較低的水泥材料，盡量減少單位面積內水泥的用量，根據相關的試驗材料證明，單位體積內對水泥的用量減少10kg左右，溫度則會降低1.2℃。所以在鐵路橋梁建設的過程中，一般要選擇水熱化較低據時間較長的水泥質量，單位體積水泥的用量要根據具體的水泥配合優化設計來確定。二是對粗細集料的選擇，在粗集料的選擇上，要選擇無鋼31.5的連續集配碎石，這種原料能夠減少10kg以上的用水量，而且在水灰比例相同的情況下水泥用量能夠減少20kg左右，細集料應該采用中粗砂，這種原料比采用細砂能夠每立方米節約20kg以上的水泥用量，同時也可以降低混凝土水化熱的程度，防止混凝土發生干縮的現象。三是對摻合料及外加劑的選擇，摻入的粉煤灰要滿足二級粉煤灰指標的要求，不僅要在一定程度上改善混凝土的和易性，還要提高混凝土的強度改善其分子結構的組織情況，同時能夠降低水泥的用量，緩解混凝土由于內外溫度差距而引起的溫度梯度，從而緩解溫度差距造成的溫度裂縫現象。

4.2 混凝土的配合優化設計

采用絕對體積法來合理安排混凝土的配合比設計，通過試驗檢測的方法來合理確定配合比，嚴格按照 《普通混凝土配合比設計的規程》 要求至少確定出三個方面的水灰配比試驗結果：水灰配比分別為0.56、0.61和0.66，但是經過相關的實驗檢測，在其中摻入的混凝土初凝為5h，由于粉煤灰具有改善混凝土和易性，降低水熱化程度的特點，有利于大體積混凝土的施工，實驗證明0.61水灰配比相對較為合理。當然，不同的施工季節和施工環境都會影響到水灰配比的合理結構。因此，應該根據具體的施工環節來確定具體的水灰配比。

4.3 混凝土澆筑的施工方案

鐵路橋梁施工過程中涉及的施工面積相對較大。因此，混凝土澆筑應該采用分層的斜坡澆筑方案，分層厚度一般控制在40cm左右，主要通過九步完成澆筑過程，遵循薄層澆筑、先深后淺、連續澆筑的原則，這種方法能夠滿足施工工藝的要求，同時也能夠很好地控制混凝土上下層覆蓋時的時間，當下層混凝土還未進行初凝時，要對上層混凝土進行澆筑，以免在澆筑的過程中出現混凝土冷縫的問題。為了滿足混凝土的密實性，需要在混凝土的不同部位用五臺振動棒進行振搗，同時要反復刮平表面繼續搓壓，保證混凝土的表面密實。為了防止混凝土表面會出現龜裂的現象，要及時對混凝土進行二次抹面，在完成終凝之前要采用泥到壓平表面，防止混凝土在終凝之前出現失水沉降而造成縮裂紋等現象。

4.4 混凝土施工過程中的溫度控制

一是采用內降和外保的方法合理控制溫度，外部溫度控制主要從增加保溫層厚度入手，但如果這種厚度不太現實的情況下，可以考慮混凝土內部降溫的方法，內部降溫一般采用埋置冷卻水管的方法，目的是為了減少混凝土內表面及其內部的溫度差，防止因為溫度差過大造成表面裂縫的現象。在不同的橋梁建設工程中則需要根據不同的情況區別對待，比如在主墩承臺大體積混凝土內部設置單根間距為2m的鐵水管，能有效排出承臺中心的水熱化，在一定程度上縮短水路，同時能夠根據出水口以及承臺內部的溫度合理調節控制混凝土與外界的溫度。二是及時掌握大體積混凝土施工中的溫度控制變化規律，在橋梁施工過程中首先要派相關人士按照一定的時間間隔對混凝土的溫度進行電子監測，在具有代表性的地方分別設了上、中、下三點，并且對每處底板進行編號排序，在澆筑混凝土施工之前要完成埋設工作，溫度傳感的灘涂要防止接觸到鋼筋，在具體的測溫過程中要將測溫線插頭插入主機中，并打開電源開關，這時屏幕就會顯示測量溫度。從一般的測試記錄來看，混凝土的中心以表面溫度升降呈現一致的步伐，混凝土內部的最高溫度一般出現在澆筑后的3h內，最大溫度一般為60.8℃。與混凝土表面的溫度差一般控制在25℃之內，這就在一定程度上有效預防和控制了溫度梯度的現象。

5 結語

大體積混凝土施工是鐵路橋梁建筑中經常會遇到的一種施工情況，而溫度控制技術會直接影響到施工的質量和效果，因此，在鐵路橋梁施工中必須做好大體積混凝土的溫度控制技術，文章主要從材質選擇、水灰配比、澆筑方案、溫度控制等方面探討了溫度控制的相關措施，希望在具體的施工中對現有溫度控制技術發揮相應的理論彌補和發展作用。

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