橋梁工程大體積混凝土溫控技術研究

俞向軍

摘 要：溫度裂縫是新澆筑大體積混凝土產生破壞的主要形式，合理、有效地控制溫度裂縫的產生，可保證大體積混凝土結構安全。為此，本文依托某橋梁承臺大體積混凝土工程，結合承臺溫控方案設計資料，提出了承臺溫控措施，希望能夠避免混凝土出現溫度裂縫，提高橋梁工程整體施工質量。

關鍵詞：橋梁工程;大體積混凝土;溫控措施

中圖分類號：U445.57 文獻標識碼：A

0 引言

改革開放40多年來，隨著社會經濟的迅速發展，我國公路建設規模持續擴大，道路等級不斷提升。橋梁是公路建設的重點工程，為滿足橋梁承載力、剛度及穩定性等各種功能的需求，大體積混凝土在橋梁工程建設當中得到了廣泛應用。橋梁大體積混凝土澆筑后，極易產生水化反應并產生大量熱量，基于混凝土屬于熱的不良導體，熱量散發難度很大，若溫控方法不合理，極易出現較大內外溫差，從而形成裂縫，對橋梁結構的使用壽命造成不利影響。為此，做好橋梁大體積混凝土溫控技術研究意義重大。

1 工程概況

某橋梁工程主橋上部為預應力混凝土連續鋼構梁橋，為2×（62.3+4×115+62.3）m。橋梁具體情況如表1所示。由于單個主墩承臺混凝土量較大，為大體積混凝土結構，在澆筑施工中應采取一定措施合理控制混凝土溫度，從而確保承臺施工質量。

2 橋梁主墩承臺溫控設計資料分析

2.1 配合比設計

水化熱是大體積混凝土熱量的主要來源，為滿足大橋承載力和強度要求，必須解決混凝土水化熱問題?；诖耍疚臎Q定采用低熱高質的水泥材料，即C35混凝土強度等級的42.5普通硅酸鹽水泥，配合比設計為水泥：粉煤灰：砂：5 mm～31.5 mm碎石：水：減水劑=225.7：138.4：750.3：1 173.6：142：3.459。

2.2 冷水管布設

為了有效減小橋梁主墩承臺混凝土的內部溫度，本工程決定采用冷水管布設的方式進行溫度控制。根據本工程實際情況，決定布設C1～C4，共4層冷水管，φ0.05 m。

2.3 控制參數

在溫度監測時，可選取相應的控制參數，本工程采取了3個重要參數，即流速、降溫時間和初始水溫。

第一，流速。澆筑橋梁承臺大體積混凝土時，冷卻用水可采用現場用水泵抽水，利用增壓泵將水注入管道，并進行增壓泵功率大小的調節，以便對水管內的冷卻水流速進行有效控制。經試驗測定結果可知，在最小增壓泵功率條件下，0.5 m/s為冷卻水流速。在最大增壓泵功率條件下，1.5 m/s為冷卻水流速。為了研究不同流速是否會影響混凝土降溫效果，本文采取了3種不同的流速進行對比分析，即0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s，研究結論在下文可見。

第二，降溫時間。通過大量資料及研究表明，采用冷水管布設法降溫時，降溫周期通常為14d，但在混凝土體積不同，配合比設計不同等因素下，是否適合采用14d為一個降溫周期還有待商榷。本工程當中，針對這一問題進行了探討，以期在保證降溫效果的基礎上，達到節約成本，縮短工期的目的。

第三，初始水溫。在冷卻水管直徑和流速相同的條件下，改變初始溫度，使不同初始溫度的水由管道流出，針對不同初始溫度條件下對比分析混凝土內部溫度場的變化情況，從而得出冷卻水初始溫度對混凝土內溫度場變化的影響程度。基于施工時的季節情況，10℃～15℃為正常水溫范圍，為此，本文采用兩種不同初始溫度進行分析，即10℃和15℃。

3 承臺大體積混凝土溫控措施

為了增加現場溫度監測數據的真實性和說服力，本文利用合理假設邊界條件，通過有限元軟件進行了數值模擬計算，并與實測值進行對比分析，最終獲取準確的溫控效果。

3.1 流速的確定

圖1、圖2為不同流速對承臺溫度場的影響理論和實測結果。

由此可見，對于承臺大體積混凝土溫度場的影響，冷卻水的流速不同，在不同階段其特征也有所差異。由上圖可知，以溫度峰值為基線進行混凝土承臺溫度場變化階段劃分，可分為3個階段，溫度峰值產生前期為第一階段，即升溫階段。峰值到平緩前階段為第二階段，即降溫階段，第三階段為平穩階段。

（1）第一階段時，理論結果和實測結果的變化規律基本一致，在短時間內溫度便可迅速上升，伴隨時間的不斷增加，溫度增長速度逐漸緩慢，最終達到溫度峰值，在此階段一般會保持一段時間。隨后，降低冷卻水的流速，但對混凝土內部降溫來講，并不會產生影響。為此，在本階段達到峰值后，減小流速可起到降低成本的目的。

（2）第二階段時，無論是理論結果還是實測結果，對于混凝土內部溫度場而言，不同流速均有很多影響，且存在顯著差異。當冷卻水的流速提升時，混凝土內部溫度的峰值呈下降態勢，差值最大可達到2.7℃，由此表明流速的增長，對大體積混凝土內部溫度最大值的控制極為關鍵。與此同時，在相同時間段內，冷卻水的流速越大，混凝土內部溫度則會隨之下降，表明伴隨流速的增大，混凝土溫度下降速率越快。當混凝土內部溫度相同時，增加流速，有利于縮短降溫時間。簡而言之，增加冷卻管流速，有助于降低大體積混凝土內部溫度。

（3）第三階段時，當時間進入第8天以后，降溫速率放緩，且逐步進入穩定期。在此階段，同樣要增加流速，但流速大小基本不影響混凝土內部降溫情況。

按照上述分析和試驗檢測結果，應在65℃以內控制混凝土內部最高溫度。在采用冷卻水降溫方案時，在混凝土澆筑后的前期（1～2d），冷卻水流速可采用0.5 m/s，隨后由0.5 m/s增至1.5 m/s，在澆筑后中期（3～10d）采用1.5 m/s，

進入平穩階段后，可降低流速，采用0.5 m/s。

3.2 初始水溫的確定

在冷卻水管直徑和冷卻水流速相同條件下，本文采用兩種不同初始溫度進行分析，即10℃和15℃。在時間15d內進行觀測，所得結果如下表2所示。

由此可見，伴隨初始溫度的下降，混凝土內部溫度冷卻速率下降很快，隨著時間的延長，冷卻效果越不同。采用降低初始溫度的方案，可以減少冷卻時間。

3.3 降溫時間的確定

當前，以14d為冷卻水降溫周期。通過分析可知，當混凝土內部溫度達到峰值之后，不管是冷卻水流速變化，還是進水口水溫變化等情況下，均會逐漸步入穩定期，一般在混凝土澆筑8～10d后便可進入平穩階段。因此，在具體溫控施工當中，需保證冷卻水降溫時間在10d以上，從而有效控制溫度應力，減少混凝土開裂問題。

4 橋梁工程大體積混凝土施工工藝

4.1 施工準備

施工前，應做好施工階段交通管制工作，避免影響澆筑質量。還要做好各項施工準備，特別是模板、鋼筋等材料，待檢驗合格后，方可進行工程施工。

4.2 混凝土澆筑

澆筑前，先將施工接縫面上的水泥砂漿薄膜及松動的石子鑿除，隨后通過壓力水進行清理，保證無積水，保持濕潤。同時，檢查支架、模板、鋼筋、預埋件等施工情況，確保尺寸滿足規定要求。澆筑時，可將一層水泥砂漿先鋪筑到基面，厚度為15 mm，隨后進行混凝土澆注。完成混凝土施工后，初凝前，需及時進行混凝土表面抹壓收光，防止混凝土表面產生早期裂縫。

4.3 冷卻水循環降溫

按照上述溫控措施，通過冷卻水循環降溫，并做好溫度監測，確保在合理范圍之內。

5 結束語

綜上所述，隨著我國工程建設規模的不斷擴大，大體積混凝土應用范圍越來越廣，可用于高層建筑基礎、超大超長橋梁承臺、水工結構物等。橋梁工程是跨越自然的“彩虹”，是連接兩路的重要紐帶。在橋梁工程建設不斷發展與壯大的同時，大體積混凝土運用越來越多。然而，在實踐中發現，大體積混凝土因水化熱極易產生溫度裂縫，進而危害橋梁結構安全。為了避免混凝土溫度裂縫產生，必須做好溫控施工控制工作?；炷翜乜厥侵笣仓篌w積混凝土結構物時，由于溫升或溫降速度過快，極易引發結構物開裂，導致交通安全事故發生。為了有效控制結構物混凝土內部溫度，所采取的一定溫控措施，比如通水冷卻溫控系統。通過該項技術的應用，可以達到良好的溫控效果。

參考文獻：

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