浅析大体积混凝土内外温差控制技术

2017-05-18朱芳芳

四川水泥 2017年5期

关键词：通水温升温差

朱芳芳

(中铁大桥局第二工程有限公司江苏南京 210015)

浅析大体积混凝土内外温差控制技术

朱芳芳

(中铁大桥局第二工程有限公司江苏南京 210015)

通过分析大体积高性能混凝土内外温差的产生的原因，从控制初始入模温度和控制内部绝热温升、降低内部温度累计和控制外部表面温度三方面考虑，采取综合措施来控制入模温度、优化施工工艺来达到控制温差的目的。理论和实践证明采取综合措施能够满足混凝土裂纹控制的要求。

大体积混凝土；内外温差；控制

1 概述

随着国内建桥水平的提高，大型桥梁越来越多，大体积混凝土结构普遍出现。通常情况下大体积普通混凝土的承台、墩（台）身在施工养护的过程中很容易开裂。产生裂纹的原因有很多种，裂纹的种类也较多，但主要分为两种即收缩裂纹和温差裂纹。收缩裂纹一般采取一定的施工工艺，可以容易的消除。但温差裂纹属于内部裂纹，当温差产生的拉应力超过混凝土本身的抗拉强度后，裂纹就会出现。因此有必要采取必要的温控措施，控制混凝土内部因水化热引起的绝热温升，同时控制混凝土表面温度，防止内外温差过大产生的有害裂纹。

影响混凝土内外温差的因素很多，需要从多方面着手，采取综合性的措施，才能起到很好的效果。由于内部温度取决于混凝土的初始入模温度和绝热温升，外部温度取决于环境温度，因此应从控制初始入模温度和控制内部绝热温升、降低内部温度累计和控制外部表面温度三方面考虑，采取控制入模温度、优化施工工艺来达到控制温差的目的。

2 入模温度控制措施

2.1优化配合比设计

配合比设计时，采取削峰、错峰的原理进行。主要是超量掺加粉煤灰，降低水泥用量，充分发挥粉煤灰水化热小的原理，降低水化热峰值；同时由于加入粉煤灰，而粉煤灰的水化速度比水泥慢，水泥的水化热峰值过后，粉煤灰才产生峰值，不产生峰值叠加，实现了水化热错峰，降低绝热温升值。

2.2降低混凝土入模温度

由于混凝土的温度=入模温度+水化放热温升值。而水化热温升值理论上是一定的，跟水泥品种、水泥用量、原材料热工性能、配合比设计等有关。当配合比选定后，减小混凝土温度与外界温度差的关键措施，就是要尽量降低入模温度。

降低入模温度主要从3方面着手：选择合适的浇筑温度、降低混凝土的出机温度、降低混凝土在运输中的温升。

2.2.1选择合适的浇筑温度

由于环境温度是原材料及模板内部温度的基数，只有选择较低的浇筑温度，才能将外界温度与混凝土本身温度的叠加效应降到最低。根据热工原理，当钢筋、模板的温度低于混凝土温度时，会通过热传导，降低混凝土的入模温度，从而降低水化温升峰值。

一般选择在阴天或者小雨、阵雨天气浇筑，环境温度相对晴天较低，模板内仓的钢筋、模板本身温度与环境温度影响较大，由于模板四周维护后，不通风，承台内部钢筋密集，钢材温度敏感性高，阳光照射产生的温升很大，会与混凝土本身温度产生叠加效应。当无法避免在晴天浇筑时，可以采取浇筑前用水冲洗钢筋、模板，冲洗后的水及时用水泵排出基坑；有条件时，可搭设遮阳棚。

2.2.2 降低混凝土出机温度

由于混凝土是多种原材料混合体，出机温度时综合热传导效应，可以根据需要的入模温度控制目标，按照热工计算来确定原材料的初始温度。

降低原材料温度的方法主要有以下几点：（1）水泥及粉煤灰要提前进料，使水泥、粉煤灰充分冷却。由于大体积混凝土浇筑时，一般拌合站难以备足全部材料，需要与厂家联系，在厂家设专库冷却，同时便于取样控制质量。（2）砂石料采用在晴天提前覆盖的措施，避免日照升温，同时，可采用浇水降温的措施，但需要随时测定砂石料含水量，实时调整拌合水用量，以维持水灰比不变。（3）拌合水中加冰块，降低拌合水温度时常用的方法，足够的冰块可以显著降低拌合水温度。（4）外加剂要搭设遮阳棚，既防止日晒外加剂失效，有可以避免温度升高。（5）拌合站主机要封闭，同时在首盘拌合时，用水对机械降温。

2.2.3 降低混凝土运输中的温升

由于在运输中，日照对运输罐车产生温升效应。一般采取罐车罐体上安装一喷水的水管，在运输过程中，不停的喷水冷却罐体，降低混凝土温升。

3 控制内部温度累计和控制表面温度

3.1采取合理的浇筑工艺

除采用常规的浇筑工艺外，还需进一步优化工艺：浇筑时混凝土分层厚度控制在30cm以内，便于散热；在砼供应速度满足初凝要求时，优先采用平面内全面铺开浇筑，逐层覆盖循环浇筑，使前一层能有散热时间。

混凝土浇注完毕后，在初凝前用刮尺赶平，用木抹子第一次抹面。初凝前用铁抹子碾压表面数遍，将混凝土表面不均匀、不规则的裂缝闭合。最后用木抹子第二次抹面，闭合收水裂缝。

3.2采取内散外蓄的养护工艺

对于大体积混凝土，要进行热工计算，根据大体积砼施工规范要求，确定是否需要进行内部降温措施。内部散热主要采用预埋冷却水管循环水将混凝土温度带走起到降温的目的。实施时要注意以下几点：（1）控制进水孔的进水温度不得过低，防止在冷却水管与混凝土接触面的混凝土因温差过大出现裂纹。（2）管道不宜过长，一般不超过100m，过长的管道降温效果不好。（3）浇筑混凝土前，必须进行通水试验，检查接头是否密封，否则应处理。（4）竖向相邻层的管道走向应垂直，不要同向布置，避免分割结构。（5）为确保传热效果，管径不宜太小，壁厚不宜太厚，一般采用φ25～40mm的钢管，壁厚应选择薄壁管。

为了掌握砼内部温度变化情况和规律，必须在内部埋设测温元件，以进行温度监控。应采用自动采集温度数据的集中控制测温系统，可以方便快捷的读取同一时刻各测点温度。

浇筑混凝土时，当混凝土覆盖住一层冷却水管后，该层水管即通水循环降温；当浇筑完毕，应连续通水，根据经验一般不少于7天时间，具体应根据温度监控数据来确定：当内部温度一直较高时，应连续通水；当内部降温节段，降温速率超过安全速率时，应间断通水；当内部温度下降到与环境温度差值满足规范要求时，可以停止通水，但温度监测仍需进行，确保安全。

结构外部蓄热措施一般采用包裹法或蓄水法，应进行热工计算，确定包裹材料的层数，保证包裹效果。包裹可采用多层覆盖，防止过快散热。一般在二次收光后，立即覆盖。

3.3延长养护时间和拆模时间

大体积混凝土由于采用了错峰、削峰的配合比设计，参加了粉煤灰，水化速度慢，形成强度需要的时间长，按照规范要求，需要保水养护部不少于14天。

为了有效的保温，应适当延长带模养护时间，同时按照温控计算及温控检测的内部温度与外部温度情况确定合理的拆除时间。按照规范要求，拆除模板时，混凝土表面温度（表面往内5cm）与环境温度差不超过25℃[1]。另外在拆模时，应选择在上午升温阶段进行，便于缩小环境温度与混凝土实体温度的差值，降低表面产生裂纹的风险。

4、工程实例

江六高速京杭运河特大桥主塔墩承台平面为哑铃型，两端为16.8m×16.8m× 4.5m的矩形，中间段为23.3m×4m×4.5m 的系梁，系梁与两边承台之间连接处设1m×1m倒角。设计采用c40混凝土，单个承台混凝土2968m3。为控制不均匀沉降对破坏系梁，系梁后浇，两侧承台单独浇筑，全高一次浇筑，方量1300m³。在承台施工时，采取了综合温控措施，取得了良好的效果。

本桥配合比设计时，采取超量取代法，粉煤灰掺量取22.8%，其中15%替代水泥，参与水化反应，剩余部分作为改善工作度的润滑成分。水泥采用了P.O42.5水泥，水灰比为：0.42，外加剂采用聚羧酸型。详细配合比见表1。

表1 承台C40混凝土配合比

降低混凝土入模温度措施，主要采用前述综合措施，入模温度控制在28℃以内，取得了良好的效果。

在施工工艺方面，主要采取前述措施，并根据温控计算，采用了外蓄内散的措施：采用有限元分析程序midas，进行模拟结构水化热分析，确定本桥需要采用内部降温措施，以保证不出现温差过大出现裂纹。承台内部竖向布置4层冷却水管，层距0.9m，平面内按照1m间距布置循环通道。由于管道在承台内弯曲后长度过长，为保证降温效果，按照1/4承台布设一路水管，即每层布设4路，共布置4层，共16进水口、16出水口。管道应在浇筑混凝土前进行通水试验，确保接头不漏水。

养护方面按照前述要求采取蓄热措施：在混凝土的表面覆盖塑料薄膜，使混凝土内蒸发的游离水积在混凝土表面进行保温养护，薄膜上再盖一层草垫，承台周围用彩条布全包裹蓄热。

通过测温显示，混凝土内部最高温度52～57℃，表面温度32～34℃，环境温度26～32℃，最高温度出现在3d时刻，温度差小于25℃。连续通水时间6d，间断通水4d，直到内部温度降至40℃。经28d、90d、200d对外观检测，未发现有害的表面温度裂纹。