大体积混凝土施工温度控制
2015-06-29安璐
安璐
(西安思源学院，710038)
大体积混凝土施工温度控制
安璐
(西安思源学院，710038)
引言：
近年在工程施工中，大体积混凝土工程日趋广泛，结构形式日趋复杂，混凝土强度等级越来越高。同时，大体积混凝土的有害裂缝控制问题也日益突出。大体积混凝土的裂缝主要是由温度变形引起的。
本文以跨沪杭高速公路自锚上承式拱桥拱座施工为例，简要的阐述大体积混凝土施工温度的控制技术。跨沪杭高速公路自锚上承式拱桥是全国第一，世界第二的转体施工的拱桥，大桥拱座总圬工量596m3，混凝土强度等级C40，拱座为一长方锥台体，下底长13m，宽11m，上顶长10m，宽3m，总高6m，按照大体积混凝土的定义，此拱座系大体积混凝土。
一、大体积混凝土温度控制：
如何减小混凝土内外温差是温度控制的关键所在，本桥着重从混凝土浇筑前温度控制和混凝土浇筑后温度控制两方面着手。
（1）混凝土浇筑前温度控制主要从以下几个方面入手：
1、采用水化热低的水泥
2、改善骨料级配、降低水灰比、掺入混合料、掺入外加剂等办法减少水泥的用量。
3、降低用料的初始温度，进而降低混凝土入模温度。
4、精心设计混凝土配合比。
5、经过计算在混凝土内合理的埋设足够数量的冷却水管。
（2）混凝土浇筑后温度控制主要从以下几个方面入手：
1、采用保温法养护，对混凝土表面进行绝热。
2、拱座顶四周搭设蓬布采取遮光和挡风措施，以控制温度和干热风的影响。
二、温度控制实施措施：
T(t)=mc Q水化(1-1/(2.718^mt))/Cρ （a）
T(t)－浇筑完一段时间混凝土后,混凝土的绝热升温值
mc－每立方米混凝土水泥用量
Q水化－水泥水化热量
m－与水泥品种,浇筑时与温度有关的经验系数,一般取0.3
t－混凝土浇筑后至计算时的天数，d
C－混凝土的比热，取0.96J/kg.K
ρ－混凝土的质量密度，取2600kg/m3
T－混凝土的入模温度
浇筑拱座时环境温度最低大约为 10°C，根据环境温度、表面温度、芯部温度之间差值不大于15°C，则芯部最高温度只能为：10+15*2=40°C则需要降低的温度度数为：T降=T(t)+T-40（b）
（1）由公式（a）我们知道混凝土温度的升高与水泥水化热量Q密切相关所以水泥的选择就至关重要：
理论研究与实践表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的，凝结时间长的大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，并尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥，我们浇筑拱座时所用的水泥就是经过精心挑选的 425号普通硅酸盐水泥。
（2）由公式（a）还知道混凝土温度控制与每立方米水泥用量mc也有直接关系，所以我们从减少水泥用量方面入手：
1、骨料的选择
在选择粗骨料时，由于骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水性较小，收缩性较低，而砂岩、板岩、角闪岩等吸水性较大，收缩性较高，同时，骨料粒径大，收缩性小。因此可根据施工条件，尽量选用适宜岩性石料，粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。所以我们在浇筑拱座所用混凝土时将骨料换成粒径较大、质量卓越、级配较好的石子，进而减少了单位体积混凝土的水泥用量。
2、外加剂的选择
外加剂保水性较好，混凝土收缩较小。掺加适量粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的，但掺量不能大于30%。
（3）混凝土入模温度的控制
由公式（b）我们知道混凝土的水化升温与其入模温度由直接关系，入模温度的高低，与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关：
1、混凝土搅拌前，将砂子、石子堆放于阴凉处，避免日光暴晒。
2、利用地下水对卵石洒水降温。
3、拌合用水采用地下水，经具体量测，水温未超过10℃。
4、水泥采用罐装水泥，避免使用温度高的水泥。
5、混凝土采用商品混凝土，搅拌站集中拌合，现场统一指挥，缩短混凝土运输和停歇时间，加快混凝土浇注速度。
6、对搅拌站现场的原材料、混凝土的运输路线搭设凉棚，尽量减少日光暴晒。
（4）此外，精心设计混凝土配合比对混凝土温度的控制提供一个强而有力的保障，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）、二掺（掺高效减水剂和掺高性能引气剂）、一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。
（5）冷却管的计算与布置
根据综合比对，选择水化热较小，但强度足够的 425普通硅酸盐水泥，精心设计的配合比中，水泥用量mc =217kg/m3。查表得，425普通硅酸盐水泥水化热量Q水化=377J/kg，取t=15d，(混凝土养护时间)，根据公式（a）：
混凝土入模温度为：T=15.5°C（取最近一个星期内拌合站混凝土入模温度平均值）
则T降=T(t)+T-40=7.3°C
所需排出的热量为：Q释=7.3* Q水化*596*2600=10859597 J
冷却管采用φ48钢管焊接而成，钢管导热系数为K钢= 288kJ/m.h.k ，水的导热系数为K水=2.0 kJ/m.h.k, φ48钢管截面积为：0.000489m2，钢管内水的截面积为：0.00132m2
则所需的冷却管长度：
L= Q释/(（A钢*K钢+ A水K水）*15*24*1000)=210m
则需要通满水后的冷却管为210m，乘以1.5的保险系数为320m，冷却管的布置如图所示：
三、混凝土浇筑完成后需从以下方面对混凝土温度进行控制
（1）采用了保温法养护，即对混凝土表面绝热。表面绝热的目的，不是限制温度上升，而是调节表面温度下降的速率，使混凝土由于表面与内部之间的温度梯度引起的应力差得以减少。因为，在混凝土已经硬化且获得相当的弹性后，环境温度降低与内部温度提高，两者共同作用，会增加温度梯度的应力差。
（2）混凝土浇筑完后，表面立即覆盖清洁的塑料膜，初凝后撤去塑料膜，用浸湿的毛毯覆盖，毛毯顶面覆盖草袋。毛毯表面要经常洒水，保持混凝土表面的湿润状态。混凝土养护期间，在承台顶四周搭设蓬布采取遮光和挡风措施，以控制温度和干热风的影响。
结束语
对于混凝土温度控制，应以预防为主，为此需要精心施工，掌握住它的基本知识，并根据实际采取有效措施，才会使施工质量得到很好的保证。以上各项技术措施并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，在施工中必须结合实际、全面考虑、合理采用，才能起到良好的效果。
实践证明，在优化配合比设计，改善施工工艺，提高施工质量，做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，基本可以控制大体积混凝土的温度的变化。
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1007-6344（2015）08-0059-01
