铁路桥梁基础大体积混凝土施工温度控制技术

王小平

中国通号 （郑州） 电气化局郑州铁路工程有限公司，河南郑州 450016

1 大体积混凝土施工温度控制的依据

混凝土是水与水泥发生反应而形成的，在这过程中产生了大量的水化热，混凝土温度也随着水化热反应的不断进行而上升，混凝土作为一种不良导体，在体积较大并且散热条件不好的前提下，水热化大部分会凝聚在混凝土内部，混凝土温度会随之上升，这就使得混凝土内外部的温度存在明显的差异，混凝土体积受温度影响而发生不均匀变化，当温度变形受到影响而无法自由伸缩时就会产生温度应力，最终也会因为温度变化产生裂缝。这和许多化学反应一样，水化是放热的过程，由于混凝土自身的传导性较差，大体积的混凝土发生水热化反应导致浇筑体内的温度急剧上升，这就很容易使混凝土的外部散热和内部生热产生明显的温度梯度，因此，会由于较大的温度效力而产生温度裂缝，所以必须对大体积的混凝土的水热化反应的放热速度和放热量进行控制，从而降低温度上升的速度，保证散热时间延长，防止混凝土发生开裂现象。

大体积的混凝土在施工的过程中，由于受到内外温度差距较大的影响而产生应力和应变。此外，由于受到外部结构以及混凝土内部各质点的约束，导致这种形变受到一定程度的影响。因此，一旦混凝土内部发生的应力超过了混凝土本身具有的抗拉强度时，施工过程中就会出现裂缝现象，但这种裂缝一般在施工标准的允许范围内，不会严重影响到施工结构的强度，但会影响到结构的耐久性程度。

2 大体积混凝土发生温度裂变的原因

2.1 水热化反应

水热化的反应过程中会释放一定的热量，体积较大的混凝土由于其结构断面相对较厚，表面系数又相对较小，混凝土内部的热量集聚不易散发，从而导致水热化反应过程中的热量无法及时流失，混凝土内部的温度越积越高。但是单位时间里混凝土水热化所散发的热量、水泥的用量和水泥的品质有一定的关系，混凝土表面可以自然散热，但其内部温度居高不下，这种情况下温度不均匀的变化会使其发生结构形成的变化，从而产生温度裂变的现象。

2.2 外界温度变化

大体积混凝土的浇筑温度会随着外界温度的影响而变化，尤其外界温度突然骤降，更是会在一定程度上加剧了混凝土内外部的温度差距，这对大体积的混凝土施工是极为不利的；所谓温度应力就是由较大的温度差异引起的温度变形，温度差越大，温度应力的效果越强，在外界温度越高的情况下，混凝土内部的温度更加不容易散热，一般情况下，混凝土内部的温度最高达到60～65℃时，并且能够保持在较长的时间范围内。所以必须对混凝土内部的温度进行控制，防止因为温度应力而产生温度变形的问题。

2.3 混凝土的收缩影响

混凝土中必须有20%的水分是混凝土形成所需要的，其他剩余的80%的水分是要蒸发的，如果过多的水分被蒸发掉，则会引起混凝土的收缩。如果混凝土完成收缩之后，其体内的水分仍然达到饱和状态，这种情况下混凝土还可能恢复到膨胀或者到原来的体积，但频繁的干湿交替会引起混凝土的体积发生变化，这对大体积的混凝土施工也是极为不利的。

3 体积混凝土施工过程中的温度控制要点

首先，在具体开展施工工程之前，施工组织要制定具体的施工设计，尤其要根据以往的施工经验和相关的规范标准，对于施工阶段的大体积混凝土在浇筑过程中的温度以及温度应力进行相关的预算，初步确定把体积混凝土在施工过程中的温度以及内外温度差控制到范围指标内，以此作为依据来制定相关的措施和计划；其次，混凝土在硬化期间水泥会放出大量的水热化，此时混凝土内部的温度会不断上升，混凝土表面会形成较强的拉应力，而在冷却的后期，温度骤降的过程中混凝土内部结构又会出现较强的拉应力，由于混凝土自身的脆弱性和均匀性，同时可能受到设计误差或施工材料选择不当的影响；当这些强烈的拉应力超过了混凝土本身抗裂能力的范围时，就会在混凝土表面出现裂缝等问题。因此，在施工过程中要将温度控制与施工质量保障结合起来考虑。

4 大体积混凝土温度控制的技术措施

4.1 施工中的原材料选择和质量控制

一是水泥材料的选择，铁路桥梁在建设的过程中，为了防止水泥在水化过程中产生大量的温度无法散发，在施工过程中要选择水热化较低的水泥材料，尽量减少单位面积内水泥的用量，根据相关的试验材料证明，单位体积内对水泥的用量减少10kg左右，温度则会降低1.2℃。所以在铁路桥梁建设的过程中，一般要选择水热化较低据时间较长的水泥质量，单位体积水泥的用量要根据具体的水泥配合优化设计来确定。二是对粗细集料的选择，在粗集料的选择上，要选择无钢31.5的连续集配碎石，这种原料能够减少10kg以上的用水量，而且在水灰比例相同的情况下水泥用量能够减少20kg左右，细集料应该采用中粗砂，这种原料比采用细砂能够每立方米节约20kg以上的水泥用量，同时也可以降低混凝土水化热的程度，防止混凝土发生干缩的现象。三是对掺合料及外加剂的选择，掺入的粉煤灰要满足二级粉煤灰指标的要求，不仅要在一定程度上改善混凝土的和易性，还要提高混凝土的强度改善其分子结构的组织情况，同时能够降低水泥的用量，缓解混凝土由于内外温度差距而引起的温度梯度，从而缓解温度差距造成的温度裂缝现象。

4.2 混凝土的配合优化设计

采用绝对体积法来合理安排混凝土的配合比设计，通过试验检测的方法来合理确定配合比，严格按照 《普通混凝土配合比设计的规程》 要求至少确定出三个方面的水灰配比试验结果：水灰配比分别为0.56、0.61和0.66，但是经过相关的实验检测，在其中掺入的混凝土初凝为5h，由于粉煤灰具有改善混凝土和易性，降低水热化程度的特点，有利于大体积混凝土的施工，实验证明0.61水灰配比相对较为合理。当然，不同的施工季节和施工环境都会影响到水灰配比的合理结构。因此，应该根据具体的施工环节来确定具体的水灰配比。

4.3 混凝土浇筑的施工方案

铁路桥梁施工过程中涉及的施工面积相对较大。因此，混凝土浇筑应该采用分层的斜坡浇筑方案，分层厚度一般控制在40cm左右，主要通过九步完成浇筑过程，遵循薄层浇筑、先深后浅、连续浇筑的原则，这种方法能够满足施工工艺的要求，同时也能够很好地控制混凝土上下层覆盖时的时间，当下层混凝土还未进行初凝时，要对上层混凝土进行浇筑，以免在浇筑的过程中出现混凝土冷缝的问题。为了满足混凝土的密实性，需要在混凝土的不同部位用五台振动棒进行振捣，同时要反复刮平表面继续搓压，保证混凝土的表面密实。为了防止混凝土表面会出现龟裂的现象，要及时对混凝土进行二次抹面，在完成终凝之前要采用泥到压平表面，防止混凝土在终凝之前出现失水沉降而造成缩裂纹等现象。

4.4 混凝土施工过程中的温度控制

一是采用内降和外保的方法合理控制温度，外部温度控制主要从增加保温层厚度入手，但如果这种厚度不太现实的情况下，可以考虑混凝土内部降温的方法，内部降温一般采用埋置冷却水管的方法，目的是为了减少混凝土内表面及其内部的温度差，防止因为温度差过大造成表面裂缝的现象。在不同的桥梁建设工程中则需要根据不同的情况区别对待，比如在主墩承台大体积混凝土内部设置单根间距为2m的铁水管，能有效排出承台中心的水热化，在一定程度上缩短水路，同时能够根据出水口以及承台内部的温度合理调节控制混凝土与外界的温度。二是及时掌握大体积混凝土施工中的温度控制变化规律，在桥梁施工过程中首先要派相关人士按照一定的时间间隔对混凝土的温度进行电子监测，在具有代表性的地方分别设了上、中、下三点，并且对每处底板进行编号排序，在浇筑混凝土施工之前要完成埋设工作，温度传感的滩涂要防止接触到钢筋，在具体的测温过程中要将测温线插头插入主机中，并打开电源开关，这时屏幕就会显示测量温度。从一般的测试记录来看，混凝土的中心以表面温度升降呈现一致的步伐，混凝土内部的最高温度一般出现在浇筑后的3h内，最大温度一般为60.8℃。与混凝土表面的温度差一般控制在25℃之内，这就在一定程度上有效预防和控制了温度梯度的现象。

5 结语

大体积混凝土施工是铁路桥梁建筑中经常会遇到的一种施工情况，而温度控制技术会直接影响到施工的质量和效果，因此，在铁路桥梁施工中必须做好大体积混凝土的温度控制技术，文章主要从材质选择、水灰配比、浇筑方案、温度控制等方面探讨了温度控制的相关措施，希望在具体的施工中对现有温度控制技术发挥相应的理论弥补和发展作用。

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