大體積預(yù)應(yīng)力混凝土水化熱的控制

陳品明 秦生龍 李建剛

（浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 311103）

0 引言

在橋梁工程中，大體積混凝土主要用于橋梁墩臺、拱座、錨碇、橋塔等結(jié)構(gòu)物中，不同于普通體積混凝土的是，大體積混凝土在澆筑施工的過程中，在較長一段時間內(nèi)，由于膠凝材料的化學(xué)作用，混凝土將釋放大量的熱量，從而導(dǎo)致混凝土體熱脹，當(dāng)由于升溫產(chǎn)生的溫度拉應(yīng)力超過混凝土的容許拉應(yīng)力，混凝土將在溫度應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫，從而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久性影響，為控制大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的水化熱對結(jié)構(gòu)的影響，通常需設(shè)置冷卻系統(tǒng)，通過冷卻系統(tǒng)，在合理的范圍內(nèi)控制大體積混凝土的溫度場，從而保證所施工大體積混凝土不因其澆筑過程中釋放的水化熱而產(chǎn)生初期的非結(jié)構(gòu)性裂縫。在大體積混凝土水化熱控制過程中，需采用準確的水化熱采集系統(tǒng)來采集各個實際混凝土的溫場信息，本文將通過對一預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋橋臺水化熱的監(jiān)測設(shè)計，跟蹤橋臺大體積混凝土在各個時期的溫度場，并對最終的水化熱控制效果進行評估。

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)跨徑布置為（48+88+48）m，全橋長197.00m，橋墩采用混凝土雙肢薄壁墩，橋墩承臺尺寸均為13.5m×9.5m×4.0m，采用C35混凝土澆筑，橋型布置圖及承臺構(gòu)造圖如圖1、圖2所示。

圖2 承臺構(gòu)造圖

承臺內(nèi)部在綁扎鋼筋過程中，布置冷卻水管和監(jiān)測系統(tǒng)，用于承臺混凝土澆筑時水化熱的控制和監(jiān)測。

2 水化熱監(jiān)測方案設(shè)計

2.1 測量元件和儀器

混凝土內(nèi)部溫度測量元件采用一線溫度傳感器SZW-18型溫度傳感器。該傳感器是具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性的新型數(shù)字傳感器。全數(shù)字信號檢測，長距離傳輸不失真，抗干擾能力強。絕緣性能良好，防水耐用。測溫范圍：-40℃～＋125℃，精度：±0.5℃，分辨率：0.25℃。

與以上元件對應(yīng)的讀數(shù)儀為SZZX—ZHX型智能讀數(shù)儀是一種便攜式、多功能讀數(shù)儀。該系列儀器均能對鋼弦傳感器、單總線數(shù)字溫度傳感器、RS485總線型傳感器進行測量。該讀數(shù)儀量程為-20℃～125℃。溫度精度：±0.5℃，分辨率：0.25℃。SZZX—ZHX型智能讀數(shù)儀具有檢測速度快、測量精度高、操作簡單、體積小、重量輕，功耗低、使用時間長、攜帶方便等優(yōu)點。

2.2 測點布置

承臺溫度傳感器布置位置示意圖如圖3所示，每個橋臺每層埋設(shè)13個溫度傳感器，布設(shè)2層，各層呈90°方向旋轉(zhuǎn)布置，共計26個。安裝時測量并記錄傳感器位置，同時，盡可能地用點觸式表面溫度測量器，測量上表面及側(cè)面與溫度傳感器對應(yīng)測點的表面溫度。

圖3 承臺溫度傳感器布置圖

3 溫場測試及結(jié)果分析

在承臺澆筑完成后，于次日開始了連續(xù)11天的測量。該溫度傳感器同一布置平面內(nèi)，分別對橋臺施工后第三天的第一層和第二層溫度傳感器沿不同方向所得的數(shù)據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)選用下午溫度最高時間段，讀數(shù)工作從下午13：00開始持續(xù)20min，溫度記錄表中時間統(tǒng)一定為13∶16，測試結(jié)果如圖4～圖6。

圖4 第一層溫度傳感器橫向溫度示意圖

圖6 第一層溫度傳感器對角線方向溫度示意圖

從圖4、圖5中可以看出，最高溫度出現(xiàn)在第一層對角線X1-3、縱向D1-4，溫度最高為56.5℃。這與下表面通過傳導(dǎo)散熱，上表面通過輻射散熱，上表面在白天還受到陽光的照射等因素有關(guān)。

圖5 第一層溫度傳感器縱向溫度示意圖

圖7為承臺澆筑后溫度傳感器D1-1從第1天起至第11天的日平均溫度，由圖7可見橋臺水化熱在澆筑后第3天達到最高為46.5℃，第3天后逐漸降低。同時由上述圖表得出，溫度和溫差在設(shè)計規(guī)定范圍內(nèi)，情況正常、可控。

圖7 承臺臺澆筑后D1-1處11天日平均溫度示意圖

4 結(jié)束語

通過本次承臺大體積混凝土施工溫度監(jiān)控，收集并掌握了大體積混凝土內(nèi)部溫度的分布規(guī)律，對大體積混凝土內(nèi)部的溫度擴散規(guī)律有了更直觀地認識。本次監(jiān)測的測量結(jié)果表明，該承臺水泥大部分水化熱在1～5d內(nèi)放出。由于混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，使大體積混凝土內(nèi)部溫度上升最高達56.5℃，混凝土澆筑后前4天的測量結(jié)果顯示，里表溫差在20°C左右波動，在正常溫差范圍之內(nèi)，符合規(guī)范要求。為了獲得更多的混凝土水化熱在后期的變化規(guī)律，持續(xù)測量11天數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)果顯示與圖4～圖6一致。

本次承臺大體積混凝土現(xiàn)場施工溫度監(jiān)控工作嚴格按照“溫度監(jiān)控方案”要求執(zhí)行，對控制指標進行控制：承臺混凝土澆筑過程中，內(nèi)外溫差值控制在25℃以內(nèi)；出水口流量控制在30L/min、混凝土入模溫度不大于20℃。在承臺大體積混凝土澆筑完成后，各測點溫度呈現(xiàn)下降趨勢且達到穩(wěn)定后，0號橋臺未出現(xiàn)裂縫。