大体积承台混凝土温控措施

2018-03-05

四川水泥 2018年2期

(四川川交路桥有限责任公司，四川广汉 618300)

0 引言

大体积的混凝土由于浇筑后，都会因为水化热温度升高，导致承台不均匀的形变，该形变在下方结构和本身束缚中产生更大的温度型应力，此应力将可能超越混凝土本身的抗拉力强度，致使混凝土龟裂。为防止裂缝产生，温度控制成为工程保障的必要措施。本文以晋蒙黄河大桥主桥11#墩承台为例，通过优化混凝土配合比，降低水泥使用量，减少水化热，同时在承台内部埋置冷却水管道注水降低温度，承台外层覆盖保温措施，防范温度裂纹出现在混凝土表面，获得了良好成果。

1 工程概论

晋蒙黄河大桥主桥桥跨采用主桥为（82.68m+4x152m+82.8m）+（82.8m+3x152m+82.72m）预应力砼连续梁—连续刚构桥组合体系。9-13#墩、15-18#墩为主墩，8#、14#、19#墩为交界墩。主墩承台结构形式相同，左右幅承台为整体式结构，横桥向长29.85m，顺桥向宽18.6m，高5m，基础为24根直径2m的摩擦桩。8#、14#、19#交接墩承台为分幅式承台，承台尺寸横桥向13.6m，顺桥向8.6m,高3m，基础为6根直径2m的摩擦桩。其中，本次研究的主墩11#承台，属于大体积混凝土工程，其结构尺寸为 29.85m×18.6m×5m，设计混凝土方量为设计混凝土标号为C30混凝土，采用一次性浇筑完成。

2 混凝土材料与配合比

桥梁施工过程中，要控制好温度，首先要改进混凝土材料用量和其配合比：选择级别高配置优良的砂和石料，在保证混凝土各项性能的前提下，将外加剂掺入混凝土，降低水泥的使用量，混凝土的温度随之降低，干缩程度减小，开裂风险降低。详细配合比见表1：

表1 混凝土配合比

内部实际最高温度与混凝土绝热温升值会导致混凝土水泥水化热产生。混凝土绝热温度升值计算公式：

式中变量代表含义见下表：

通过试验对比结果，进行水泥热量测算得出:普通混凝土水泥的水化热=350 KJ/Kg，粉煤灰混凝土的水化热=300 KJ/Kg。通过（1）式的计算得出，普通混凝土最高绝热温升值Tmax=45.1oC，粉煤灰混凝土最高绝热温升值Tmax= 29.6oC。比较得出，水泥水化热的降低，可通过添加粉煤灰实现。

3 冷却水管埋设

经过测算之后发现，加入粉煤灰虽然能够降低水化热，但在混凝土硬化时，内外温差并不会跟着降低。施工过程中，要求混凝土温度升至最高时，中心温度与表面温度相差不可超过25℃。要保证内外温度要合乎施工规范要求要求，就需要在施工以前先埋设冷却水管以降低混凝土内部与外部的温度差异。

3.1 混凝土内层最高温度

混凝土内部实际最高温度是由三部分组成，分别是混凝土浇灌温度、水化热引发的升温和浇灌后散热温度，可通过混凝土Tmax（最高绝热温升值）求出，计算公式为：

式中：Tmax—混凝土的最高绝热温升值(oC)；—混凝土入模温度，22oC；—混凝土的绝热温升值(oC)；

x—混凝土的散热系数，取0.8。

通过（1）式和（2）式联合计算可知，11#墩承台混凝土的中心最高温度值

3.2 混凝土表面温度

根据《大体积混凝土施工规范（GB50496-2009）》，混凝土表面温度计算公式如下：

式中：Tb—混凝土表面温度(oC)；—外界环境温度(oC)；

H—混凝土的计算厚度，取5m；

在混凝土浇筑期间，环境温度为 10～19.9oC，平均温度为 15oC，故带入（3）式计算得出混凝土表面温度，考虑极端气温条件时，

3.3 混凝土内表温差

3.4 布置冷却水管

据混凝土内层温度分布特征及混凝土浇筑工艺特点，在距离承台底部以上约50cm布置第一层冷却水管，沿高度方向每隔100cm布置一层冷却水管，共布置五层冷却水管，第5层冷却水管距离承台顶面50cm，每层冷却水管间距为100cm，冷却水管采用Ф50mm×2.5mm钢管，并将调流阀门、测流量设备安置于水管出水口处。混凝土灌注时有可能发生堵漏现象，该现象是由于水管变形和脱落引起。因此，安装冷却水管时，要使用钢管支架将水管固定牢。安装完成后，要保证水管道密闭，就要接通进出水管和总管道，将水泵发动进行通水试验。其布置图如下所示：

图1 冷却水管布置图

当混凝土温度升到最高时，测算出内部的中心温度和表面温度，对比两者差异是否超过25oC，即可验证冷却水管的布置是否合理。

变量和含义对照表

根据式(4)可求得混凝土Tm最大值为 33.68oC，算出这时的内外温度差为16.28oC，考虑到极端气温情况，这时的内外温度差为21.38oC，均满足内外温差不超 25oC，证明了通过在承台中埋入冷却水管道来降温的方法可行且有效。

3.5 混凝土保温和保养

在承台内部使用冷却水管注入冷水水降温的同时，在外部增加保温材料涂层平衡温度，可以确保混凝土内外部温度差保持在规范要求内。具体做法是：将土工布层覆盖在混凝土顶部，同时加盖草帘两层，在混凝土表面洒上一些从冷却水管出水口流出来的热水，使混凝土表面保持润湿。为了保温，在承台四周模板外面挂上草帘，用铁丝连接草帘的搭接面，避免空洞产生。通过监测草帘内部空气温度，再对比混凝土内部温度，得出具体拆模时间。

保养过程中的温度监测也需要重视。将 3～4个测温仪悬挂于承台周围，用以检测气温；将两台测温仪设置在承台混凝土表面，用以检测混凝土表温；混凝土内部温度则由埋设式测温仪进行检测；放置一台测温仪于进水和出水管处，每时每刻监测进水和出水温度。混凝土浇灌后，每2h需要对其进行一次测温，等峰值出现后，变更成每4h进行一次测温，测温需要连续进行15天。期间，需要派专业人员对养护温度测量全过程进行跟踪并记录详细数据，测定出混凝土上升的峰值，记录达到峰值需要多长时间。冷却水的流量、流通时间等可通过观测结果来确定，目的是确保将混凝土的内部外部温度差异控制在25oC内。