高标号大体积混凝土温度监测与控温

张熙平

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001）

1 工程概述

贵州省赤水至望谟高速公路黔西至织金段六冲河特大桥桥宽度为24.1 m，其承台平面尺寸均为35.20 m×23.20 m，高6.00 m；混凝土设计强度等级C40，单个承台混凝土总方量约为4 989 m3，主塔承台采用一次性方式进行浇筑，为大体积混凝土结构，因此在施工中应采取相应的大体积混凝土温度监控与控制技术，进行大体积混凝土施工，以确保工程质量达到设计要求。

此大体积混凝土工程施工计划日期2010年9月23日至2010年10月21日，整个施工工期历时1个月，时值秋季，环境温度变化比较稳定。本工程为确保施工控温方案的安全可靠，在施工前采用理论分析结果计算混凝土内部可能产生的最高温度与最大拉应力以验证结构裂缝控制的安全度。施工现场布设混凝土温度变化监控点，对混凝土施工中与养护阶段的内部温度变化发展情况进行时时监控，根据监控信息随时调整混凝土的养护方案，保证混凝土内外温差与降温速率在规范控制范围之内，从而做到信息化施工。

2 混凝土裂缝控制的理论计算方法及施工措施的基本要求

2.1 理论计算与控制过程

对于大体积及超大体积混凝土施工来说，进行事前分析、事中控制与测试、事后验算与控制，是实现高质量混凝土工程控制的基本步骤。事先的理论分析与计算仿真模拟十分重要，一般分为浇筑前的混凝土结构温度场分析、浇筑中温度监测与控制、浇筑后的裂缝控制与结果验算。

2.1.1 浇筑前的裂缝控制计算内容为：

（1）水泥水化热值测试(采用熔解热法测试)；

（2）混凝土温度场数值分析结合经验公式进行演算；

（3）各龄期收缩变形值；

（4）收缩当量温差及弹性模量；

（5）估算可能产生的最大温度收缩应力，如不超过混凝土的抗拉强度，则表示所采取的防裂措施能有效控制、预防裂缝的出现；如最大温度收缩应力超过混凝土的抗拉强度、则需采取措施调整混凝土的入模温度、降低水化热的温升值、降低混凝土的内外温差、改善施工操作工艺和混凝土拌合物的性能、提高抗拉强度或改善约束条件等技术措施，重新验算，直至计算的应力在允许的范围内为止。

2.1.2 浇筑中的温度测试与控制

浇筑中对大体积混凝土进行温度监测的目的：

（1）掌握混凝土内部温升时间及其内部温度变化情况，以便预测大体积混凝土内部最高温升值及最大温升到来的时间，与理论最大温升值进行比较，及时采取预报和预防技术措施、防止温升过高、温差过大等不利情况发生；

（2）掌握大体积混凝土内部的降温情况及其降温期间(也即混凝土抗拉强度形成期间)的降温速度。

一般情况下，降温速度控制值以24 h内不超过1.0℃～2.0℃(前14 d)为宜，否则，混凝土将会因降温速度过快，受到外约束的作用可能造成贯穿性裂缝发生。本工程中具体的控制值应以计算出的控制值为准。

2.2 控制温度与收缩裂缝的技术措施

为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面全面考虑，结合实际工程采取措施。

2.2.1 降低水泥水化热

（1）选用低水化热或中水化热水泥配制混凝土。考虑混凝土耐久性，C40混凝土选用P·O42.5水泥。

（2）充分利用混凝土后期强度或60 d强度，减少每立方米混凝土中的水泥用量，建议考虑进一步降低水泥用量至300 kg/m3。

（3）使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料；掺加粉煤灰掺合料掺加相应的减水剂、缓凝剂，改善混凝土和易性以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。

（4）预埋冷却水管强制降温。

2.2.2 降低混凝土的入模温度

（1）选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热时间浇筑大体积混凝土，骨料应采取防晒与降温措施。

（2）掺加相应的缓凝剂。

（3）混凝土入模时，采取通风散热措施，加快热量的散失。

2.2.3 加强施工中的温度控制

（1）在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力；夏季应避免暴晒，注意保湿，冬季应采取措施保温覆盖，以免产生急剧的温度梯度。

（2）采取长时间的养护，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

（3）加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内；及时调整保温及养护措施，并应在施工前作好保温材料的准备，在施工中随时按照预定的方案监测温度，作好控温措施准备工作，使混凝土的温度梯度及湿度梯度不至于过大。

（4）合理安排施工程序，控制混凝土在浇筑过程中温度均匀上升，避免混凝土拌和物堆积过大，出现太大高差。

2.2.4 改善约束条件，减少温度应力

采取分层或分块浇筑大体积混凝土、合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以改善约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，以防止水化热的积聚，减少温度应力。

2.2.5 提高混凝土的极限拉伸强度

（1）选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土的密实性和抗拉强度，减少收缩变形，保证混凝土质量。

（2）采用二次或多次投料法拌制混凝土，并尽可能采用引气剂，再采用切实可行的振捣方法，既不过振，也不漏振，上下层混凝土的振捣搭接长度控制在振捣器的振幅作用半径距离内，消除大体积混凝土的泌水现象，加强养护。

（3）在大体积混凝土的基础内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处、底面与墙转角处、孔洞转角及周边增加斜向构造配筋，以改善集中应力，防止裂缝的出现。

3 混凝土表面覆盖措施控温技术

针对本工程，可采用一层塑料布+一层棉毡覆盖，主要是防止混凝土表面失水干缩产生裂缝，同时覆盖棉毡也可达到保温的目的。如遇突然降温天气，应该搭设混凝土保温养护层，根据施工情况选择保温材料，温度缓冲层的设置应在混凝土浇注完毕后的3 d内设置完毕，一般高度为1.5～2.0 m左右，见图1。此措施主要是为了防止混凝土降温过快及出现内外温差过大。设置与否视温控情况确定，这里提出作为温控预案准备。

图1 混凝土浇注完毕后缓冲层的设置（单位：m）

4 温控

在大体积混凝土养护过程中，应对混凝土浇筑块体的里外温差和降温速度进行监测，现场实测在大体积混凝土施工中是重要环节，根据实测结果可随时掌握与温控施工控制数据有关的数据(内外温差、最高温升及降温速度等)，可根据这些实测结果调整保温养护措施以满足温控指标的要求。

混凝土浇筑前，要先运行循环水系统，以检查冷却水系统严密不漏水性，如发现漏水，应标识、停运、补焊，以确保各处严密不漏水。冷却水系统中双向设置4个水泵(分大小功率两种根据温度降低速率调整的需要视情况采用不同功率的水泵)，混凝土浇筑开始后，依次开启系统的各个循环，使循环水与混凝土同步升温，启动初期1 d内可趁混凝土正处于塑性状态采用最大通水量，以最大限度地带走混凝土的热量。 启动1 d后，因部分混凝土开始凝固，且测温已经开始，可根据测温情况决定水流量。如混凝土内部温度与入水温度之差小于20℃，可加大入水量，如入水温度与混凝土内部温差在20℃～25℃，则需减小入水量。最终使混凝土内部最高温度与循环水进水温差控制在20℃左右。如发现温差小于15℃，则采取在水箱中加入冷水并将部分水箱内热水抽走的方法以加大温差，以增强冷却效果，降低混凝土内部温度峰值。

（1）入水温度与内部混凝土温度之差必须小于25℃；

（2）保证混凝土降温速率不超过规定的1.5℃，如有超出应及时调整入水温度和水的流速；

（3）在浇筑后24 h，进水口与出水口温度差不应超过15℃；

（4）循环系统应以4 h为一个周期，进行进出水方向的调整。方法为冷却管系统供水系统为双向系统，即可进水也可排水；

（5）各层之间混凝土的的冷却循环水上下之间对应的冷却水进出方向应保持反向。

采用调整水箱温度与循环水流速保证上述温差准确，并保证冷却效率。

另外，必须确保利用冷却水使混凝土温降速率保持在1.5℃，有效地防止混凝土温度裂缝的出现。可通过控制冷却水的流速与控制循环冷却水的进出口温度差来达到控制混凝土降温速率的效果。

六冲河特大桥承台大体积混凝土的施工由于采用事前预控、事中适控、事后补控的方法，很好的保证的温控措施的有效性，使得承台未出现明显的温度裂缝。