大體積混凝土冬季溫控施工技術

姚萍

摘 要：大體積混凝土內(nèi)外溫差超標引起混凝土內(nèi)部應力超標現(xiàn)象層出不窮，混凝土的溫控逐漸引起各參建單位的重視。本文針對性確定施工技術方案并利用MIDAS軟件建立有限元模型進行模擬將此問題有效解決，為大體積混凝土在冬季施工控制提出幫助。

關鍵詞：大體積;冬季施工;溫控;技術

目前國內(nèi)建筑日新月異，大體積混凝土結構應用于各個領域之中，而混凝土結構施工因工期往往在冬季繼續(xù)進行，由于混凝土水化熱及外界溫度差值較大，導致大體積混凝土內(nèi)外溫差超標引起混凝土內(nèi)部應力超標導致混凝土性能降低、內(nèi)部裂紋等不良現(xiàn)象層出不窮，混凝土內(nèi)外溫差控制以引起各建設工程參建方的高度重視。

本文以某橋梁承臺大體積混凝土為模型，利用軟件建模進行分析、計算混凝土溫度變化情況，并根據(jù)溫度變化情況進行針對性施工的措施驗證，能夠滿足混凝土溫控要求。

一、工程概況

承臺長度33.28米，寬度18.2米，高度為4米，外形呈亞鈴型，混凝土設計方量為2118.8立方米。承臺平面尺寸見圖1

二、根據(jù)已有施工經(jīng)驗，施工中需要解決的關鍵問題如下：

（一）混凝土澆注完畢后各個時段內(nèi)部溫度;

（二）混凝土澆注完畢后各個時段內(nèi)部應力;

（三）在外部溫度這么低的情況下采取怎么樣措施保溫保證混凝土不受凍。

（四）在外部溫度這么低、混凝土內(nèi)部這么高的情況采取怎么樣措施控制確保混凝土內(nèi)部溫度降低幅度滿足溫控要求，保證混凝土不因溫差較大或降幅太大出現(xiàn)溫差微裂縫。

三、大體積混凝土施工的溫度控制措施

（一）從原材料著手，選擇能夠降低水化熱的材料

水泥采用中低水化熱水泥，并提高水泥標號來減少水泥用量，同時用一定數(shù)量粉煤灰等量減少水泥用量，降低水泥水化熱的作用。摻加粉煤灰能夠提高混凝土和易性、延長凝結時間、滿足泵送混凝土和大體積混凝土澆注的要求。

摻入水泥用量1%的緩凝高效減水劑及一定數(shù)量的微膨脹劑，盡量減少用水量，改善混凝土和易性，改善混凝土的工作性能，減少混凝土的收縮徐變，同時推遲了混凝土溫度峰值出現(xiàn)的時間，降低水化熱。

粗骨料選用5～32.5mm的連續(xù)級配碎石，細骨料選用中粗砂，細度模數(shù)2.9，施工中嚴格控制粗細骨料的含泥量分別小于0.2%和1.0%，以提高混凝土的均勻性，增加抗裂能力。

（二）混凝土施工控制

1、為確保大體積混凝土施工連續(xù)進行，在混凝土施工前從原材料的儲備、施工機械和人員的配置到位。

2、混凝土澆筑時采用采用汽車泵澆筑，澆筑時從承臺短邊一端開始，泵3、由于混凝土澆注時間長，外界天氣的變化、取材地點等因素會導致進場原材料含水量的不同，必須及時檢測砂石料含水量，調整施工配合比，盡量使?jié)沧⒌噩F(xiàn)場檢測混凝土的坍落度保持在10～14cm，保證混凝土的工作性能。

4、澆筑完畢后及時養(yǎng)護收面，收面應進行三次收面，第一次在混凝土澆筑到頂后，第三次在混凝土剛剛初凝時，以防止混凝土泌水產(chǎn)生收縮裂縫。

（三）冷管降溫及測溫元件布置

1、承臺內(nèi)部埋設Φ40冷卻水管，冷卻水管布置3層，第一層離地高80cm，最上層離混凝土頂80cm，每層之間間距120cm，門型布置。出水口有調節(jié)流量的水閥和測流量裝置，嚴格控制進水溫度，在保證冷卻管進水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不超過20℃的條件下，盡量使進口水溫最低。通過冷卻水的循環(huán)，帶走因水泥水化產(chǎn)生的熱量，降低混凝土內(nèi)部溫度，從而降低內(nèi)表之間溫差，冷卻時混凝土內(nèi)外溫差嚴格控制在20℃以內(nèi)。由于施工期間氣溫較低，冷卻水管出水放回集水池內(nèi)使進口水溫適當升高。

2、在承臺平面每間隔1/5處預埋一組溫度感應片，每組10個測溫點，共40個測溫點。使用JMZX-2001綜合測試儀進行連續(xù)測溫，采集包括入模溫度、每個感應片處混凝土溫度、外界氣溫、散熱管進、出水溫度。通過溫度測量，掌握內(nèi)部各測溫點溫度變化，及時調整冷卻水的流量，控制溫差，冷卻管及測溫管布置見示意圖。混凝土施工過程中，每層循環(huán)水管被覆蓋并搗固完畢，即可在該層水管通水，適時調整冷卻水的流量，使進、出水溫差不大于10℃。冷卻水管使用完畢后采用微膨脹水泥漿壓漿封閉。

冷卻水管布置見圖2

3、冷卻管通水降溫注意事項：

混凝土澆筑前冷卻水管做通水試驗確保管道暢通，水管內(nèi)水流量不小于30L/min，同時確認水管無漏水現(xiàn)象后方可進行混凝土澆筑;

混凝土澆筑初凝后即刻通水，控制進水口與出水口的溫差不大于10℃。

4、通水期間若混凝土的降溫速率小于2℃/d，視為混凝土芯部溫度下降至與大氣溫度差接近，可停止通水降溫。

（四）混凝土養(yǎng)護

采用外蓄內(nèi)降法養(yǎng)護，養(yǎng)護主要起保溫和保濕作用，保溫的主要目的是減少混凝土表面的熱擴散，降低表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫;保濕的主要目的是防止混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫。

四、施工模擬計算

施工模擬計算采用大型工程計算軟件MIDAS建立有限元模型，模擬分析承臺大體積混凝土水化熱產(chǎn)生、溫度降低以及溫度應力產(chǎn)生、消失的全過程。

采用軟件進行水化熱分析關鍵是建立與施工方案實際情況采用的措施相接近的分析模型，取準環(huán)境溫度函數(shù)、對流系數(shù)函數(shù)、固定溫度、熱源函數(shù)、各個邊界約束條件。在采用降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、冷管散熱、磚模回填土保溫、覆水養(yǎng)護保溫的措施下建立四分之一有限元對稱模型，模型見圖3。

經(jīng)過運行分析，可以清楚地看到承臺內(nèi)溫度場分布，如圖4所示為第四天對稱斷面上溫度場，從中可以看到內(nèi)部溫度高周邊及表面溫度低、中心溫度高，冷卻水管的冷卻作用反應的也很清楚。

承臺中心溫度最高點單元以及承臺外表面溫度最低點單元溫度隨時間變化見圖5所示，充分反映了混凝土內(nèi)部的升溫降溫過程。

經(jīng)過對比比較，混凝土內(nèi)外溫差在3天時達到最大28℃，符合混凝土內(nèi)外溫差不超過30℃的要求。

第80小時混凝土內(nèi)部應力場如圖6，在混凝土澆筑及養(yǎng)護過程中，混凝土在各階段各單元內(nèi)部產(chǎn)生的最大應力如圖7所示，拉應力小于混凝土抗拉強度標準值2.01MPa的要求。

五、溫度測試結果

測量數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)計分析表明，在混凝土的澆筑及養(yǎng)護過程中，混凝土的斷面最大溫差有效地控制在20℃以內(nèi)，符合規(guī)范要求。最大溫度梯度為<16℃/d。承臺內(nèi)溫度最高點的溫度變化規(guī)律見圖8，最高溫度發(fā)生在第3天，為48.9℃。冷卻水管進出水口的溫差平均值為8.4℃，循環(huán)冷卻水從承臺內(nèi)帶走了大量熱量，對控制承臺混凝土的內(nèi)外溫差發(fā)揮了重要作用。

六、模擬計算與實測結果對比

經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)計算分析結果與實測數(shù)據(jù)規(guī)律是相同，但是也有一些區(qū)別：

（一）升溫過程基本一致，最高溫度出現(xiàn)的時間也比較一致;

（二）最高溫度不太相同，相差較大，分析原因是水泥水化熱參數(shù)不夠準備所致;

（三）實際降溫過程沒有MIDAS理論分析快，這說明外界參數(shù)的選取與實際有所差異。

七、結語

（一）采用上述施工控制措施實現(xiàn)冬季大體積混凝土一次澆注方案可行，能夠保證大體積混凝土質量。

（二） 采用MIDAS軟件進行模擬計算有效的事前驗證施工控制措施的可靠度。

（三）大體積混凝土的配合比設計很重要，是大體積混凝土內(nèi)部溫度控制的基礎。

（四）采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護措施及設置冷卻水管通水降溫，可有效降低混凝土的溫升值和溫差值，尤其是根據(jù)實時溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)調節(jié)冷卻水管流量，做到了信息化數(shù)據(jù)指導施工，是大體積混凝土施工的強有力保障。

參考文獻：

[1]《大體積混凝土施工表面溫度裂縫控制工藝研究》張高海 《科技資訊》2008年

[2]《大體積混凝土施工溫度裂縫的研究與控制》 余華光，徐遠志《葛洲壩集團科技》2013年

[3]《橋梁工程建設中大體積混凝土施工的技術要點與施工管理》董俊華? ? 《工程建設與設計》2018年

[4]《大體積混凝土施工期溫度場仿真分析研究》馬虎迎? 《蘭州交通大學》2015年