某特大橋大體積混凝土溫控措施研究

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）21-0137-04

Abstract：Temperaturefluctuationsarethe main factorcausing concretecracking.Especiallduring theconstructionof mass concrete，theefectoftemperaturecontrolmeasuresisdirectlyrelatedtothequalityoftheprojectandthestabiltyofthe structure.Takingasuper-largebridgeasanexample，combining thedesignrequirementsandon-siteconstructionconditions，a designplanforoutdoorstrongtemperaturecontrolisproposed.Thetemperaturefeldofthecapcapmodeliscarriedoutthrough thefiniteelementanalysissoftwareMDAS/Civilandtheinfluenceanddisolutionofmassconcretevoidsareanalyzedindeail， and the main measures for temperature control construction are summarized.

Keywords：massconcrete;temperature expansion; crack;temperaturecontrol design;finite element analysis software

在大體積混凝土結構施工中，水化熱引起的溫差變化成為影響工程質量的主要因素之一。通常，混凝土結構物的最小尺寸不小于 1m ，且水化熱的作用使混凝土內、外部的溫度差異可能超過 25C^[1-2] 。這一現象的根本原由為混凝土中膠凝材料的水化反應，這個過程不僅釋放大量熱量，還迅速提高混凝土的溫度，導致膨脹。溫度開始下降后，混凝土會發生收縮，而收縮通常是不均勻的，從而引發變形并產生裂縫。特別是對于大體積混凝土，必須采取切實有效的措施來控制溫差、干縮等變化，合理地減少或消除由此產生的內部應力，并將裂縫的發生控制到最小程度。通過對某特大橋的溫控措施的研究，本文發現，合理的溫控措施不僅能夠防止大混凝土體積裂縫及病害的產生，還能有效保證混凝土結構的外觀和性能的穩定性。自該橋建成通車以來，經過數年的使用，使用狀況良好，表現出良好的抗滲性和穩定性。這項研究的分析為類似工程的成果提供了重要的證據和參考，具有相當廣泛的應用價值。

1工程概況

某高速公路的關鍵控制性工程，主橋跨徑總長為813.9m ，跨距為181.95、450和 181.95m ，采用半漂浮體系結構。該橋的設計結構形式新穎，施工難度增大，特別是在大體積混凝土施工中，如何有效控制水化熱帶來的溫度應力問題，成為確保結構穩定的關鍵因素。特大橋的橋塔承臺平面為八邊形，采用C30混凝土，承臺體積龐大 （27.8m×44.8m×7m） ，混凝土澆筑量為 8184.5m³ 。由于混凝土澆筑量大且澆筑過程中水化熱釋放較大，因此如何合理控制混凝土溫度，防止溫差過大引發的裂縫，成為施工中的難點。本文將深入分析該特大橋在大體積混凝土施工中的溫控設計方案及其實際應用效果

2大體積混凝土溫差裂縫危害及原因

大體積混凝土結構容易出現裂縫的原因主要與溫度應力的變化密切相關3-4。由于混凝土澆筑量大，水泥水化過程中釋放的大量熱量導致混凝土局部溫度迅速升高，而由于混凝土的導熱性差無法均勻擴散，再次產生誘發結構的局部溫度迅速升高，導致混凝土膨脹；當水化熱釋放完畢，溫度逐漸降低時，混凝土發生收縮，混凝土的收縮程度不一的情況下，極易產生拉應力，從而引發裂縫。

大體積混凝土結構的基礎通常與基巖直接接觸，基巖對混凝土的收縮產生約束作用。這種約束使得混凝土的部分區域在溫度變化時難以自由收縮，產生更大的拉應力，最終導致裂縫的形成。

水化熱會迅速提升混凝土局部的溫度，造成混凝土與周圍介質之間的溫差，導致收縮不同步，增加表面拉應力。當溫度變化過大時，混凝土表面可能會產生裂縫，尤其是在表層溫度降得較快而內部溫度仍然較高時，兩者之間的溫差加劇，導致裂縫進一步擴大。表層溫度降得比較快，而內部溫度最高時，溫差突然過大，容易導致混凝土表面裂縫的形成，甚至進一步發展為貫通裂縫。

大體積混凝土結構的溫度裂縫不僅影響其外觀，而且會導致結構性能的下降，特別是當開裂深入基礎或完成結構時，可能會降低混凝土的易損性和抗滲性。裂縫的進一步發展可能使結構的受力狀態發生顯著變化，進而影響結構的長期安全性。

3溫控方案設計及驗算

大體積混凝土的溫控方案設計涉及多個方面，包括事前的理論分析、施工中的實時監測計算以及施工后的溫度不穩定分析。溫度場仿真模擬是制定有效溫控方案的重要工具。通過仿真，能夠預測不同的溫控措施對溫度變化的影響，從而確定最佳的施工方案。

3.1施工方案與冷卻管安裝

某特大橋主橋承臺采用C30混凝土，承臺尺寸為44.8m×27.8m×7m ，計劃分4層澆筑。每層澆筑的厚度分別為1.5、2、1.5和 2m ，施工間隔不超過7天。每層混凝土澆筑時，將分2次進行，并確保在初凝階段澆筑。為有效降低混凝土的溫升，設計中采用了Φ50mm×2.5mm 的冷卻管，冷卻管之間的間隔為1m ，每層鋪設一層冷卻管，共布置4層，如圖1所示。冷卻管的鋪設有利于溫度的均勻分布，并有效降低溫差，防止因溫度變化過快導致裂縫的產生。

3.2模型參數的選定

采用MIDAS/Civil有限元分析軟件建立了承臺模型，模型中的混凝土彈性模量、強度發展、熱特性系數等參數嚴格按照實際工程要求進行設定。承臺的側面使用鋼模板和土工布作為保溫材料，以減少溫度波動對混凝土的影響。

3.3 模型建立與計算分析

為了準確預測施工過程中溫度波動的變化，建立了1/4結構模型，如圖2所示，計算了混凝土澆筑后的溫度場及溫度波動變化。模型包括36468個8節點實體單元和4720個管冷節點，設定了不同的邊界條件，模擬了溫度場的變化及冷卻管對溫度分布的影響。

3.4 計算結果分析

仿真計算表明，在每一層混凝土澆筑后，溫度均在可控范圍內，如圖3所示。第一層混凝土溫度最高為 51.4^°C ，第二層為 52.1^°C ，第三層為 50.6^°C ，第四層為 52.2°C 。這些溫度表明混凝土的溫度在可控范圍內，冷卻管的感知效果明顯。另外，混凝土抗拉強度分別為 1.44，1.72，1.89 和 2.01MPa ，均小于 2.01MPa ，如圖4所示，符合規范對混凝土抗拉強度的要求。

4大體積混凝土溫控的主要施工措施

為了有效控制大體積混凝土的溫度，避免裂縫的產生，必須從多方面采取措施，確保溫控效果。以下是針對該工程的主要溫控措施。

4.1降低水泥水化熱

通過選擇低水化熱水泥和減少水泥用量來降低水化熱的釋放。同時，使用加大的骨料和粉煤灰等相應的合料，可以有效降低早期水化熱的釋放，同時也能有效降低溫度，避免溫度差過大引發裂縫。

4.2降低混凝土入模溫度

在澆筑過程中，選擇合適的施工時機，避免高溫天氣對混凝土澆筑溫度的影響，必要時采取降溫和防曬措施。使用緩凝型減水劑可以有效延緩水化過程，降低溫升速度。

4.3 加強施工過程中的溫度控制

施工過程中，需加強溫度和濕度的控制，避免陽光直射和溫差過大導致裂縫?；炷潦┕て陂g要保證足夠的濕度，并使用合適的覆蓋保溫材料，保證混凝土溫度變化在可控范圍內。

4.4提高混凝土的極限拉伸強度

通過優化混凝王配合比，增加混凝土的密實性和抗拉能力。在混凝土混凝土中添加外加劑，如粉煤灰和纖維等，以增強混凝土的密實性和抗拉能力。

4.5充分利用冷卻水管的調節作用

通過實時調節水流量和水溫，有效控制混凝土核心區域溫度的變化。在溫度升高階段，利用自然溫度的江水冷卻，溫度下降階段則減少水流量，保證溫度的平穩下降。

4.6 現場施工溫控措施

通過合理安排澆筑流程，避免混凝土澆筑溫度過高。同時，在拌和站設置冷水機，對骨料進行預冷，確保澆筑溫度不超過規定值。

4.7表面保溫保濕措施

在混凝土澆筑完成后，及時進行表面保濕和保溫，以防止干縮裂縫的產生，并保持混凝土的溫度穩定，確保控制效果。

5結束語

在大體積混凝土的施工過程中，溫控措施至關重要。通過合理的溫控設計和實施，可以有效避免裂縫的產生，確保結構的長期穩定性和使用安全。本文的研究成果為類似工程提供有了可行的技術方案，具有廣泛的應用前景。隨著相關技術的不斷進步，大體積混凝土施工溫控技術將在更多的大型基礎設施項目中發揮重要作用。

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