山区桥梁承台大体积混凝土温控施工

2019-03-13祝恒善顾鑫露

四川水泥 2019年1期

祝恒善顾鑫露

（中交第三航务工程局有限公司南京分公司，江苏南京 210000）

0 引言

规范中对大体积混凝土的定义有两个要求：结构最小几何尺寸不小于1m，或预计会因为混凝土中温度的变化和收缩而导致有害裂缝产生。大体积混凝土施工前应按要求编制专项施工技术方案。在实际工程中，往往由于混凝土温度控制不当，造成结构开裂从而影响结构安全和使用寿命。本文结合云南某山区公路的大桥承台施工，介绍其大体积混凝土温控施工技术。

1 工程概况

云南某山区公路大桥单幅桥宽12.5m，设计车速为80km/h。右幅11跨，桥跨组成为：2*23m+58m+105m+58m+3*28.5m+4*28.5m；左幅 12跨，桥跨组成为3*30m+58m+105m+58m+3*31m+3*31m。主桥部分为三跨连续刚构桥，主墩为双肢薄壁空心墩，边墩为等截面矩形空心墩；桥跨结构为单箱单室变截面连续箱梁，墩顶处梁高6.5m，跨中梁高2.5m，中间以抛物线渐变。

大桥共有承台12座，其中主墩承台4座，过渡墩承台4座，引桥变截面墩承台4座。

各承台具体情况见下表：

表1：各承台参数表

桥梁所在地为云南低纬度山区，两侧山坡较陡，高差较大。项目位置为河谷地段，风力较大。根据施工进度安排，承台结构施工主要集中在7～10月份，那时日平均气温约30℃，最高气温约40℃，最低气温约20℃。施工方案考虑时温度按如下计：拌合站水温30℃、水泥温度60℃、砂石温度25℃、浇筑时环境温度25℃。混凝土从搅拌站到工地所需时间约0.5h。

2 理论基础

2.1 大体积混凝土温度裂缝的成因

混凝土硬化初期，混凝土中胶泥材料发生水化反应产生热量，使混凝土的温度升高。大体积混凝土由于尺寸较大，使用胶泥材料较多，释放的热量也更大，因此，混凝土的温升也更明显。由于混凝土结构散热的特点是：越是表面散热速度越快，越是内部散热速度越慢，从而在结构内外形成温度梯度，由于结构受到约束的影响不能自由伸缩，从而产生温度应力。结构的体积越大，浇筑的方量也越大，则温度梯度就越大，产生的温度应力就更大，当产生的应力超过混凝土的容许抗拉应力时就会产生裂缝。

2.2 规范对大体积混凝土温控的指标要求及理解

2.2.1 《大体积混凝土施工规范》中的温控指标

（1）结构的温升值不宜大于50℃；

（2）结构的内外温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃；

（3）结构的降温速率不宜大于2℃/d；

（4）结构表面与大气温差不宜大于20℃。

指标理解：本工程浇筑环境温度（暨入模温度）按25℃计，则最大温升值不宜大于 75℃；采用蓄水养护，本项目环境温度变化值按25℃-40℃，则承台最大温升值范围为45℃-65℃；核心最大温度按65℃算，降到25℃，约需20d，则通水降温时间不得少于3周。

2.2.2 《公路桥涵施工技术规范》中的温控指标

（1）大体积混凝土其内部温度不大于75℃，内表温差不大于25℃；

（2）入模温度不宜高于28℃；

（3）内部通水降温时，进出口的温差宜小于或等于10℃，且水温与内部混凝土的温差宜不大于20℃，降温速率宜不大于2℃/d；

（4）利用冷却水进行养护时，水温与混凝土表面温差不大于5℃。

指标理解：本指标与3.2.1节的指标基本一致，因此以一组指标控制即可。

3 温控技术及措施

大体积混凝土施工的重点工作是裂缝控制，其核心就是温度控制。

控制措施可以主要归纳为准备阶段技术措施和实施阶段技术措施两个方面：

3.1 准备阶段技术措施

3.1.1 降低水泥用量

降低混凝土中的水泥用量，减少胶泥材料总量，从根本上减少水化热从而达到温度控制的目的。通常，我们可以采用多种措施达到这个目的。

3.1.2 选用低水化热优质水泥

在满足强度要求的前提下，应使用水化热较低的中热型硅酸盐水泥，低热型的矿渣水泥、大坝水泥，不宜使用早强水泥。在允许的情况下，可以选用后期强度作为配合比设计强度等。

3.1.3 优化配合比

在满足混凝土设计强度等级以及施工和易性的前提下，选用级配良好的集料，并严格控制集料含泥量，尽可能选用粒径较大、导热性能好的集料。

3.1.4 掺活性料

当前，经常使用的活性料有粉煤灰或者矿渣粉。本项目使用的是矿渣粉。

3.1.5 掺外加剂

在大体积混凝土施工过程中，经常会掺加各种外加剂，主要有减水剂、缓凝剂、膨胀剂等。

3.1.6 特种混凝土

目前使用较多的有纤维混凝土和膨胀混凝土，两者均能有效的防止和减少混凝土开裂，纤维混凝土还能起到限制裂缝的发展、扩大的作用。

3.2 施工阶段技术措施

3.2.1 合理分块浇筑

在施工过程中，为了能有效降低结构的内表温差，经常会采取分块浇筑的方法进行施工，使得每次浇筑的块体尺寸相对较小，从而有利于热量的充分散发，降低了各块体混凝土的内表温差，有效的防止了混凝土开裂。每个块体之间的施工缝按规范和设计要求处理。

本项目主墩承台分为16个区域布料，每一区域采用整体分层连续浇筑的方法进行。浇筑时一般选择在一天气温相对较低时进行，每层浇筑厚度为 30～50cm，浇筑下料时从一端向另一端进行，分层浇筑，及时振捣密实。

3.2.2 降低入模温度

这个方法在高温天气施工时候显得尤为重要。降低混凝土的入模温度，不仅有利于降低混凝土的最高温度，而且还能降低胶泥材料的水化反应速率，一定程度上也延缓了混凝土的绝热温升。

常用的一些具体措施包括：

（1）降低原材料温度：做好水泥散热、集料堆放场选址在阴凉之处或者加盖遮阳顶棚，对集料浇水冷却等；

图1：混凝土浇筑布料点示意图

（2）混凝土混合料拌合时选用冷水或者冰块拌合；

（3）在浇筑之前对混凝土进行预冷。

3.2.3 埋设冷却水管

为了降低大体积混凝土结构的中心温度，目前通常使用的措施就是埋设冷却水管的方法，通过通冷却水，带出结构内部的水化热。

应用此方法需要注意的一个事项就是冷却效果，并通过实时的温度监控来对施工措施进行指导。

影响冷却管降温效果的因素有：管的材质和壁厚、管的直径、单根管的长度、管的埋设间距、冷却水温度、冷却水的流速、流向等等：

（1）管材和壁厚：由于金属材料导热性能较好，管壁厚度对冷却效果影响不大。至于其他材料，由导热性能所决定。

（2）管的直径：据有关资料显示，当管径增大一倍，水管用量增大一倍，但是冷却效率只提高了19.7%，效果并不明显。

（3）单根管长：单根管长增加后，延长了冷却水在管内的流通时间，降低了冷却效果。单根管长增加一倍，则水的流通时间增长一倍，相当于冷却水用量减少一半，对冷却效果的影响是显著的。

（4）管的埋设间距：当埋设间距减小一半时，水管用量同样增大一倍，但是冷却效率提高了123%。

（5）冷却水温度：冷却水温度越低，与周围结构的温差越大，冷却效果越好，但是过大的温差会使冷却管周围的混凝土形成较大的温度拉应力，容易使混凝土内部产生裂缝。根据规范要求，一般将冷却水与混凝土内部的温差控制在20℃之内。

（6）冷却水的速率：流速应足够大，要满足能及时的带走混凝土水化热的要求。但是速率也不宜过大，要使总体降温速率满足规范要求。

（7）通水流向：由于混凝土浇筑之后，越靠近结构中心位置，热量集聚的越多，温度也越高，而冷却水从通入到流出，不断吸收热量温度也不断升高，因此冷却水入口的温度要比出口的温度低。为了尽量减少冷却水管与周围结构的温度梯度，应将入水口设在结构中心位置，出水口设在结构周边，从结构中心往周边带出热量。

图2：主承台冷却水管布置图

（8）冷却管使用

冷却管必须保证安装牢固，接头部位要保证连接牢靠、密封。在水管安装之后，要按照要求进行水压试验，确保管道密封可靠。混凝土开始浇筑之后即开始通水，通水时间长短应根据现场监控数据确定。

冷却水应保持连续通水，直至监控数据达到停止通水的要求。通水结束之后，冷却水管采用C40水泥净浆进行压浆封闭。

3.2.4 做好养护措施

做好养护措施，有利于混凝土内部的水化反应，增加混凝土强度，增强抵抗拉应力能力，减少混凝土裂缝生成。

本项目采用蓄水养护的方法进行表面养护，蓄水深度不小于30cm。

4 温度监控

在整个通水过程中，要对结构内部的各点温度进行实时监测，当监测数据不能满足规范的指标要求时，应分析原因，采取相应的技术措施，确保结构温度控制满足要求。

4.1 测点布置

在承台结构内监测点的布置，应能够真实、准确地反应出浇筑体内实时的最高温升、内表温差、降温速率等各项要求。

4.2 测温元件

测温元件的选择应满足项目实际的需要，元件的灵敏度及量程应满足需要，元件的物理性能应能满足施工环境的要求，元件的安装应牢固可靠；测温元件的连接线应统一引出，集中布置，并采取妥善的保护措施，有明显的颜色差别或标志，防止在施工中被破坏。结构在浇筑过程中，混凝土不得直接冲击测温元件及其连接线，以免损坏元件；振捣过程中，现场技术员一定要严格控制，不得使工人在振捣时，振捣棒直接碰触测温元件及引出线。