连续刚构桥承台水化热现场监测与温度控制

2013-07-10代迟书

交通科技 2013年3期

代迟书

（武汉市公路工程咨询监理公司武汉 430051）

混凝土在硬化的过程中，水泥水化反应产生了大量的水化热。由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，混凝土内部水化热积聚不易散发，外部则散热较快。升温阶段，混凝土表面温度总是低于内部温度。依据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀的速度要比表面混凝土快，中心部分与表面间形成相互约束，中心属于约束膨胀，不会开裂；表面属于约束收缩，当表面拉应力超过混凝土当前的极限抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝［1－2］。

随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段，混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值，如果过大，同升温阶段一样产生表面裂缝。降温过程，混凝土体积收缩，同时，考虑到边界条件和地基的约束，属于约束收缩。但此时，混凝土龄期增长，强度过大，弹性模量增高，因此降温收缩产生的拉应力较大，除了抵消升温时产生的压应力外，还在混凝土中形成了较高的拉应力，当超过混凝土当前的抗拉强度时，就引起混凝土的贯穿裂缝。

混凝土的抗拉能力非常小，按热膨胀系数为1×10－5／℃考虑，换算成温度梯度相当于7℃／m，当然这是完全约束条件下的结论［3］。为确保温度应力小于抗拉强度，避免温度裂缝产生，大体积混凝土结构在施工过程中的水化热监控是非常必要的。

1 温度监控的要求和方法

1.1 温度控制指标

为了使水化热监控规范化，我国规范《大体积混凝土施工规范》［4］规定：混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升不宜大于50℃；混凝土浇筑块的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25 ℃；混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃／d；混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20 ℃；混凝土入模温度不宜低于5 ℃，并控制在30 ℃以下。

1.2 温度控制措施

1.2.1 混凝土配制

（1）采用低水化热的胶凝材料体系。大体积混凝土配制采用适中水胶比，大掺量矿物掺合料（单掺粉煤灰或复掺粉煤灰和矿粉）的技术路线，尽量降低水泥用量。优选组分均匀、各项性能指标稳定的粉煤灰，注重需水量比、细度和烧失量等关键指标。

（2）选用优质聚羧酸类缓凝高性能减水剂。缓凝高性能聚羧酸减水剂，兼顾减水、引气和缓凝效果，可以延缓水化热的峰值并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。

（3）掺加优质引气剂。控制混凝土含气量在3%～4%，可改善混凝土和易性、均质性，提高混凝土变形性能和抗开裂能力。

（4）选用级配良好、低热膨胀系数、低吸水率的粗集料。优质骨料体积稳定性好、用水量小，可减小混凝土的收缩变形。

1.2.2 入模温度

降低混凝土的入模温度应从降低混凝土出机口温度、控制混凝土运输途中的温度等方面入手，具体措施有：在混凝土浇筑时间上要合理安排，大体积混凝土避开高温季节和高温时段；提高骨料的堆料高度，在骨料上方设置遮阳棚以及对骨料进行预冷，以降低混凝土骨料的温度；采用加冰或加冰水拌和，以降低混凝土拌和物的出机温度［5］；在混凝土运输过程中，要注意对混凝土的封闭和隔热，防止混凝土运输过程中的温度回升［6］。

1.2.3 冷却水管

采用循环淡水做冷却水。承台设置2个容积连通的蓄水箱，一个作为供应冷却进水用，另一个作为回收冷却出水用，见图1。冷却出水在水箱自然冷却一定时间并蓄满时，由水泵抽取到供应蓄水箱里进行补水。可采用分水器将各层各套水管从水箱集中分出，分水器设置相应数量的独立水阀以控制各套水管冷却水流量；需设置一定数量的减压阀以控制后期通水速率。