关于大体积混凝土温度控制技术的分析与研究

2015-08-05蒙明俊

黑龙江交通科技 2015年1期

蒙明俊

(安顺市交通建设工程质量监督站)

大体积混凝土施工工艺在公路桥梁施工中的运用比重越来越高，并且已经成为了特大桥梁的关键施工技术。对于大体积混凝土施工工艺的应用来说，温度控制技术是其关键性内容，只有对其温度进行合理而有效的控制与管理，才能提高大体积混凝土施工工艺的运用质量与效率，最终提高公路桥梁的整体施工水平。

1 工程概况

五岔河特大桥位于蓉遵高速仁怀至赤水高速公路第五合同段，该桥是全线的性控制工程，桥长939.4 m，跨径组成:5 ×40 mT 梁+(96 +180 +96)m 连续刚构+9 ×40 mT;下构为空心薄壁墩、柱式墩、柱式台、桩基承台基础。其中6#、7#主墩基础为桩基承台基础，承台混凝土方量达2 270 m3(24.2 ×18.8 ×5 m)。

2 大体积承台混凝土浇筑施工工艺流程(图1)

图1 五岔河特大桥6#、7#墩承台混凝土施工工艺流程图

3 大体积承台混凝土施工温度控制措施

温差是大体积混凝土裂缝产生的主要原因，混凝土裂缝会切断结构的断面，进而破坏结构的整体性和稳定性。为有效解决此问题，五岔河特大桥6#、7#墩承台混凝土施工温度控制从原材料质量控制，配合比选取，浇筑工艺，拆模时间，通水散热，混凝土养护等多方面来控制内外温度，确保内外温差控制在25 ℃之内。

3.1 降低承台混凝土受约束作用

因承台混凝土在浇筑完成后要受到封底混凝土及挖孔灌注桩桩头锚固筋约束的作用，在混凝土浇筑初期其弹性模量低，有可能在底部产生收缩裂缝，为尽量减少承台混凝土受约束作用，在浇筑承台封底混凝土后对其表面进行压光处理。

3.2 配合比选取

混凝土配合比的设计应根据大体积混凝土的结构特点和温控进行，应尽量降低混凝土的最大绝热温升，推迟混凝土温度峰值出现时间，提高相应龄期的抗拉强度，可采用“双掺”技术。

五岔河特大桥6#、7#墩承台施工配合比

3.3 原材料控制

(1)水泥的选用

大体积承台混凝土产生结构裂缝的最主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升及后期降温现象。故在混凝土配合比的配制、设计中，选用低水化热水泥，，且设计掺加水泥重量17%的粉煤灰，使水泥水化热较普通水泥大为降低，并且可以延长水化热峰值的出现时间，有利于混凝土抗拉强度的提高。

(2)粗细集料的控制

粗集料选用4.75～16 mm 与16～31.5 mm 二级连续级配，同时采用大粒径粗集料;细集料采用细度模数为2.8，平均粒径为0.380 mm 的中砂。通过试验比对发现，采用上述集料与采用单级配的小粒径粗集料和细度模数为2.2，平均粒径为0.335 mm 的细集料，水泥用量减少35～45 kg，用水量减少25～35 kg，从而有效的降低了混凝土的最大绝热温升。

(3)掺入外加价

混凝土配合比设计掺入1%的RST－1 型减水剂，能延长混凝土终凝时间，改善混凝土的和易性，同时减少拌和用水量，降低水灰比，从而能有效降低水化热，推迟混凝土最高温度峰值出现的时间。

(4)掺合料

在混凝土中掺加适量的活性掺合料，既可降低水泥用量，又可降低大体积混凝土的水化升温。本桥选用遵义产粉煤灰，表观密度2 200 kg/m3，掺量为水泥用量的17%。

(5)选择合理浇筑时间和控制入模温度

结合当地多年气温资料，5 月中旬气温预计在20 ℃左右，所以混凝土入模温度也不会太高，是浇筑的最佳季节，故选择一天气温度较低的时间开始施工。同时为降低骨料的入模温度，白天采用篷布覆盖集料，避免集料因阳光直接照射而温度太高;在混凝土输送泵水平泵的整个长度内覆盖一层草袋，洒水降温，减少混凝土泵送过程中吸收热量;采用两台泵车同时施工，加快施工速度。

(6)合理采用温控措施

①冷却水管的布设

冷却水管采用内径50 mm，壁厚2.5 mm 的输水钢管，采用丝扣接头连接缠绕止水带，水平布置于混凝土不同层面内，水平间距0.5 m，层间间距1.0 m。所有冷却水管均需做密闭性试验，保证管道密封良好。安装时要确保位置准确、固定牢靠。混凝土浇筑时注意保护，以免践踏、碰撞而损坏冷却水管。

②测温元件的埋设

为做好测温工作，适时掌握混凝土内部温度变化，在承台1/4 的一个角按照三条线布设温度应变片，即从承台的中心到两边的垂线、从中心到承台一角的边线，水平布置在两根冷却管之间，垂直布置在两层冷却管之间，表面温度测量采用温度计。

图2 冷却水管及温度应变片布置图

③温度测量

混凝土温度采集内容主要包括混凝土入模温度、每个温度应变片处的混凝土内部温度、草袋内温度、草袋外温度(即外界气温)、冷却管进出水温度。第1～第5 d 每2 h 测温一次;第6～第14 d 每4 h 测温一次;第14～第28 d 每8 h测温一次;第28 d 之后视温度变化情况再定。

根据所采集的数据进行温度曲线的绘制，温度曲线绘制包含每一测点内部温度随时间变化曲线;同一竖向截面上，温度沿高度变化曲线;同一高度(厚度)测点沿承台水平截面温度变化曲线;外界气温随时间变化曲线。

最后根据所测数据分析混凝土内部温度变化情况，及时调整冷却管进出水温度及水的流速，确保混凝土内外温差不大于25 ℃。

④通水降温

将水箱放置在基坑的边沿，高于承台的顶标高，通过势能转换为水流动的动力，同时安排5 台水泵备用。自混凝土开始灌注时，测量混凝土入模温度、当地气温，作为计算内部温升的基础。当浇筑至第一层冷却管位置处时，即对冷却管通水，每一层冷却水管进水口，各设阀门，出水口汇于同一集水箱内，再通过集水箱中的水泵将水抽至入水箱，形成冷却水整个路径的循环。

通过应变片实测混凝土内部温度与实测进水口温度，当温差大于25 ℃时，增加水温和进水速度;当温差小于20 ℃时，降低水温和进水速度。通水时间不小于15 d。

(7)合理分区分层浇筑

该桥承台混凝土采用整体连续浇筑法，将该桥承台平面分为三个区，层厚50 cm，共30 个浇筑小块。该浇筑工艺可利用混凝土层面散热，有效降低混凝土的温升，同时可依靠上一段混凝土的抗拉强度拉抗下一段混凝土的温度收缩应力。

图3 混凝土浇筑分块立面图

(8)混凝土的养护

混凝土养护主要是起到保湿和保温作用，保温的主要目的是减少混凝土表面的热扩散，防止温差过大产生表面裂缝;保湿的主要目的是防止混凝土表面出现收缩裂缝。

①通过混凝土中心计算温度计算公式T1(t)=Tj+Th·ζ(t)计算，3 d、6 d、9 d、12 d、15 d、18 d、21 d 的混凝土中心计算温度分别为82.32 ℃、66 ℃、61.85 ℃、57.06 ℃、51.49 ℃、46.69 ℃、41.96 ℃。由上可知，混凝土内部温度在养护18 d 后温度约可降至40～50 ℃之间，考虑浇筑日平均气温在25～30 ℃间，因此该桥承台混凝土养护时间约需18 d。

②通过保温材料厚度计算公式δ =0.5h·λx(T2－Tq)Kb/(λ(Tmax－ T2))，计算得出保温材料厚度为0.12 m，同时结合实际情况，该桥采取1 层草袋、1 层塑料薄膜保温保湿养护，即可保证承台5 m 厚混凝土板的控裂要求。

(9)严格控制拆模时间

拆模时间控制是否合理直接影响到混凝土表面是否会产生收缩裂缝。根据测量的混凝土内部温度与测量的外界气温的差值来决定拆模时间，若两者温差大于25 ℃则不能拆模，继续通水散热，直至气温与混凝土内部温度小于25 ℃时间才可以拆模。