廣西夏季高溫環(huán)境下大體積混凝土澆筑溫控策略研究

中圖分類號：U415.6 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wCcst.2025.04.016

文章編號：1673-4874（2025）04-0055-04

0 引言

大體積混凝土結構物在施工期間，由于溫度升降變化不可避免會產生拉應力，較大的拉應力往往會使結構物產生裂縫。因大體積混凝土一般截面均較厚，只靠主體鋼筋難以防止裂縫產生[1。因此，澆筑過程中溫度控制顯得尤為重要。

廣西地區(qū)全年平均溫度較高，夏季常有持續(xù)高溫天氣。該季節(jié)大體積混凝土施工，溫控防裂挑戰(zhàn)性極大。選擇有效的溫控策，盡可能降低混凝土溫度應力，是施工控制的關鍵。

1工程概況

郁江特大橋上跨南寧橫州郁江流域，設計為580m跨雙塔混合梁斜拉橋。橋址區(qū)極端最高氣溫為40.4℃，年太陽總輻射為 104～106kcal/cm² ，年熱照時數(shù)為1634.4～1921 h。

該工程于2023年3月正式開工建設，2023年7月開始澆筑索塔承臺混凝土。索塔承臺為26. 6m×19.0m× 4m帶圓弧倒角矩形截面，采用C45混凝土整體一次連續(xù)澆筑，歷時28h，澆筑混凝土倉混凝土體積達2011.08 m³ 。索塔承臺立面如圖1所示、平面如圖2所示。

圖1索塔承臺立面圖

圖2索塔承臺平面圖

2 溫度控制內容

該項目混凝土溫控工作分階段系統(tǒng)化實施，共劃分為五個關鍵環(huán)節(jié)。

（1）試驗階段。在正式施工準備期，通過開展絕熱溫升試驗及配合比設計專項試驗，系統(tǒng)獲取水泥水化熱隨齡期變化曲線等基礎數(shù)據(jù)，經材料配比優(yōu)化，實現(xiàn)混凝土水化熱峰值的有效控制。

（2）數(shù)值模擬階段。基于試驗數(shù)據(jù)實施水化熱數(shù)值仿真分析，評估混凝土澆筑過程中溫度應力狀態(tài)，論證溫度控制措施的必要性，估算溫控措施預期效果。

（3）混凝土拌和運輸階段。基于仿真分析數(shù)據(jù)，綜合運用罐體噴淋、骨料遮陰、拌和水加冰等工藝措施降低原材料溫度，配合運輸過程罐衣隔熱，確保入模溫度控制在30℃以內。

（4）混凝土澆筑階段。采用循環(huán)水冷控溫技術作為溫升主控手段，重點將進水溫度及冷卻水流速作為核心控制指標，將表里溫差、進水溫度與混凝土最高溫度之差、混凝土表層溫度與大氣溫度之差以及降溫速率作為核心監(jiān)控指標，防范溫差較大引發(fā)的結構開裂風險。

（5）混凝土養(yǎng)護階段。該階段延續(xù)澆筑階段的核心控制思路，并將養(yǎng)護用水溫度納入控制指標體系，以確保混凝土表里溫差、表層溫度與大氣溫差的動態(tài)穩(wěn)定。

依據(jù)試驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬成果，并嚴格參照相關技術規(guī)范，工程實施過程中各階段溫控指標詳見表1。

表1大體積混凝土澆筑溫度控制指標表

2.1溫度控制措施預期分析

經配合比設計試驗，采用配合比見表2。

表2混凝土配合比表 單位： kg/m³

針對P.I52.5水泥，經試驗檢測3d水化熱為240J/g、7d水化熱為276J/g，滿足相關規(guī)范對于選用52.5強度等級水泥時7d水化熱宜lt;300kJ/kg要求[2]。

經測定，混凝土絕熱溫升在13d時趨于穩(wěn)定，為47.4° 。絕熱溫升曲線如圖3所示。

圖3絕熱溫升曲線圖

正式施工前利用MidasCivil軟件進行水化熱模擬分析，估算溫控措施預期效果。

模型基本數(shù)據(jù)見表3，材料及熱特性取值數(shù)據(jù)見表4，水化熱分析模型見圖4。考慮描述混凝土熱量傳遞給地基的情況，前期分析建模過程中也將地基模擬為具有一定比熱和熱傳導率的結構。

表3模型基本數(shù)據(jù)表

圖4水化熱分析模型圖

表4材料及熱特性取值數(shù)據(jù)表

通過建立不加管冷水化熱措施的仿真模型模擬發(fā)現(xiàn)，郁江特大橋索塔承臺一次性連續(xù)澆筑情況下，內部溫度預計在170h達到最高 （79.8° ），且經過1000h，內部最高溫度仍可達73.1℃。溫度云圖見圖5和圖6，溫度時程曲線見圖7。

由圖5、圖6可知，在不加管冷水化熱情況下，若外界天氣出現(xiàn)劇烈變化，如突降暴雨等，混凝土內外溫差將很難控制，大大增加了出現(xiàn)溫差裂縫的概率。

圖5不加管冷水化熱170h溫度云圖

圖6不加管冷水化熱1000h溫度云圖

針對上述分析情況，該工程實際施工過程中采用水冷卻工藝控制混凝土降溫過程。冷卻管采用?42.5mm×3.5 mm黑鐵管，按水平間距1m、豎向間距1m呈蛇形縱橫交錯布設4層。冷卻水最小流量控制在0.8m/s 計算模型見圖8。

圖7不加管冷水化熱模擬溫度時程曲線圖

圖8考慮管冷的分析模型圖

通過建立管冷措施的仿真模型模擬發(fā)現(xiàn)，在混凝土入模溫度30℃、外界溫度34℃、冷卻水進水平均溫度32.9℃、平均流速0.8m/s情況下，混凝土自澆筑開始第80h內部溫度達到最高 73.2° ，溫升峰值為43.2℃，表里溫差最大為22.7℃，小于溫控標準，起到了控制水化熱的作用。溫度云圖見圖9，溫度時程曲線見圖10。

圖9考慮管冷情況下混凝土澆筑第80h時溫度云圖

圖10考慮管冷情況下水化熱模擬溫度時程曲線圖

2.2混凝土入模溫度控制

因預期分析基于混凝土入模時溫度為30℃的條件，故實際施工過程中首先應采取措施控制混凝土出機溫度及入倉溫度。

設拌和前各種原材料的比熱、重量和溫度分別為C_i 、 m_i 、 T_i（i=1～n） ，拌和過程中產生的機械熱忽略不計，拌和后出機口的流態(tài)混凝土溫度為 T_?0 ，由拌和前后的熱量平衡得到：

為簡化計算，在只考慮砂、石子、水泥、拌和水溫度對混凝土溫度的影響，且忽略其中含水量情況下，可將計算式簡化如下：

式中： T_?0 一混凝土拌和物溫度/ ：

T_s，T_g 、 T_c 、 T_?w —砂、石、水泥、水的溫度/ % ：m_s，m_g，m_c，m_w 砂、石、水泥、水的重量/ ^′kg C_s、C_g、C_c、C_w 砂、石、水泥、水的比熱容/ [k]?（kg K）^-1]₀

根據(jù)式（2）可知，要想降低混凝土出機溫度，需要對砂石骨料及拌和水水溫進行控制。施工過程中采取水泥提前生產、砂石骨料彩條布覆蓋遮陰、罐體提前噴淋以及水提前投入冰塊（共計投入110t，平均3.79t/h）等降溫措施，各實測最高溫度為：水泥56. 7^°C 、礦粉45.3℃、粉煤灰34.8°C 大石33. 2^°C 、中石36℃、小石32.4℃、砂34.1℃、水6℃。水溫5 和6 C 條件下，理論拌和混凝土出機溫度計算結果如表5所示。

實測混凝土出樓最高溫度為29.8℃，時間在下午16：53，實測數(shù)據(jù)與理論計算基本相符，出機溫度監(jiān)控曲線如圖11所示。在罐車采用配套隔熱罐衣進行混凝土運輸情況下，實測混凝土入模溫度最高為30.5℃。

圖11混凝土出機溫度實際監(jiān)控曲線圖

表5混凝土理論出機溫度計算結果表

綜合以上分析，通過控制砂、石子、水泥、拌和水溫度來控制混凝土出機溫度是可行的；通過采取水泥提前生產降溫、砂石骨料彩條布覆蓋遮陰、罐體提前噴淋降溫以及水提前投入冰塊降溫等措施來控制砂、石子、水泥、拌和水溫度是有效的；通過對混凝土運輸車配置保溫罐衣最大限度降低運輸過程中溫度升高是實用的。相應地，對拌和站蓄水池通往拌和樓的外露水管管道采取保溫棉包裹以減少冷卻水的熱損耗也是行得通的。

2.3澆筑過程中溫度控制

澆筑過程中溫度的控制主要通過兩方面實行。

（1）降低太陽輻射熱效應的不利影響。鑒于廣西地區(qū)夏季高溫氣候特征，太陽輻射熱是施工中不容忽略的另一項重要因素，其可通過影響澆筑前鋼筋與模板的溫度來對混凝土溫度施加影響。針對該情況，施工現(xiàn)場配置2臺霧炮機全方位覆蓋倉面，霧滴的吸熱蒸發(fā)以及霧層對陽光直射的阻隔在降低倉位溫度上達到了預期的效果。

（2）嚴控水冷循環(huán)開始時間，嚴把冷卻用水蓄水容量。混凝土水化熱理論穩(wěn)定釋放時間在初凝之時，故循環(huán)通水時間理論應在初凝前進行。此外，帶出熱量的循環(huán)水溫度往往較高，為確保最大化維持冷卻水熱交換效率，又不致因溫差較大引起結構開裂，保留一定的蓄水容量空間用于循環(huán)水溫度控制是一項必要工作。

項目現(xiàn)場設置20 m³ 蓄水桶用于冷卻管循環(huán)通水及進水溫控制，各層冷卻管于正式澆筑前提前注滿水，以降低初凝時間誤判對水化熱控制的不利影響。實際施工中，考慮配合比設計時初凝時間為13h左右，混凝土7月24日21：30開始澆筑，7月25日上午10：00開始循環(huán)通水并測溫，此時水流速最小控制在 0.8m/s 通過實時監(jiān)測內外溫度，動態(tài)控制流速。

2.4溫度監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

為有效反映承臺溫度實時情況，單個承臺沿縱橋向和橫橋向均選取對稱軸的一半于橫橋向布置5組測線，縱橋向布置4組測線，高度方向每組測線布置3個監(jiān)測點，底層、頂層監(jiān)測點距混凝土表面距離均為 50mm 并在進出水口和外界共布置3個監(jiān)測點，分別監(jiān)測進出水溫度和環(huán)境溫度（見圖12）。

圖12承臺溫度監(jiān)測點布置圖

承臺混凝土于2023-07－2421：30開始澆筑，7月25日10：00開始監(jiān)測至7月26日13：00，測溫頻率為1次/h，該階段持續(xù)27h；7月26日13：00至7月28日12：00，測溫頻率1次/2h；該階段持續(xù)47h；7月28日12：00至8月2日20：00，測溫頻率為1次/4h；該階段持續(xù)128h。監(jiān)測結果顯示，內部溫度在7月26日16：00達到峰值，為 72.6° ，此時距混凝土開始澆筑時間間隔為42.5 h₀ 溫度監(jiān)測變化曲線見圖13。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，在通水冷卻條件下，混凝土開始澆筑后42.5h，內部溫度達到峰值72.6℃，該數(shù)據(jù)與理論模擬80h達到峰值73.2℃存在一定差異，其主要原因可能在于有限元模擬時混凝土強度變化曲線是根據(jù)試驗室室內數(shù)據(jù)輸入形成固定的強度發(fā)展曲線（見圖14）。但實際上受混凝土內部溫度升高、外界溫度變化及模板、鋼筋溫度影響，其初凝時間在一定程度上會進一步縮短，強度較理論發(fā)展較快，致使整體水化熱釋放完成時間會較理論提前。但仿真模擬計算結果還是具有一定的參考意義，尤其是在夏季高溫環(huán)境下進行大體積混凝土施工前，進行有限元模擬計算是有必要的。

圖13承臺溫度實時監(jiān)測曲線圖

圖14有限元模擬下混凝土強度發(fā)展曲線圖

該工程實施過程中，各項溫控指標整體執(zhí)行效果良好，其中降溫速率控制環(huán)節(jié)基于降低現(xiàn)場作業(yè)人員高溫作業(yè)強度的考量，實際監(jiān)測頻次有所縮減，導致降溫速率未能及時調控放緩。除此之外，其余溫控參數(shù)均嚴格控制在理想范圍內，施工全過程進展平穩(wěn)有序。經實體質量檢測，施工完成后未出現(xiàn)明顯裂縫，表明所采用的溫控技術方案具備良好的工程適用性，能夠有效滿足大體積混凝土施工的質量控制要求。

3結語

溫度應力裂縫產生的原因是多方面的，其作為大體積混凝土結構物的主要病害之一，對結構物整體性、耐久性均有極大的危害。采用數(shù)值模擬相關結構物溫度場變化，并針對性地對混凝土入倉溫度及過程中降溫措施加以控制及改進，能夠有效降低應力裂縫發(fā)生率，避免因盲自施工、措施不到位對大體積混凝土結構產生不可修復性的損害。在采取適當、合理的溫控策略情況下于廣西夏季高溫條件下澆筑大體積混凝土，其溫度是可以得到控制的，能夠滿足相關溫控指標要求。

參考文獻

[1]朱伯芳.大體積混凝土溫度應力及溫度控制M.第2版.北京：中國水利水電出版社，2012：15-18.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.大體積混凝土施工標準：GB50496-2018[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018：95-98.