大体积混凝土浇筑温控方案

谷枫

摘要：以宜兴市环科大道南延建设工程西氿大桥为背景，模拟了大体积混凝土浇筑时水泥水化热在不同时段的变化和应力变化情况，对其大桥承台浇筑温度控制方案作简要的阐述。

关键词：大体积混凝土;混凝土浇筑;温度控制;温控方案

一、基本资料

宜兴市环科大道南延建设工程西氿大桥主墩承台尺寸为19.5×12.5×3.5m，体积为853.125m3的C30混凝土;承台封底为20cm厚的C20混凝土。《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）对浇筑温度规定：不宜超过28℃。气象资料：2016年11月13日至11月19日，清晨气温在13℃左右，中午最高气温在20℃左右，24小时温度变化按正弦曲线输入;拟用于冷却的芜申运河水温在15℃左右。

二、温控措施

1、混凝土配合比。试配时选择级配良好的砂、石料，同时掺加粉煤灰，降低水泥用量。混凝土试配优化后选用的配合比为：水：水泥：碎石：黄砂：粉煤灰：外加剂即183：269：709：1200：76：5.865。

2、混凝土拌合物。混凝土拌合物应具有良好的粘聚性，不离析、不泌水，初始坍落度应控制在16-18cm，初凝时间应大于3h。在开盘之前，量测水泥、砂、石、水的温度，并做好现场记录，计算出料温度。如外界气温低于0℃时，应按混凝土冬季施工要求进行施工。

3、冷却水管要求。冷却水管按照施工方案要求的管径及位置进行定位安装，考虑管道弯头较多，管道内冷却水的水头损失较大，为保证冷却水的流速，每层冷却管各设置3个进水口和出水口。

冷却水管使用前应进行压水试验，防止管道漏水、阻水。

混凝土浇筑到各层冷却水管标高后立即开始通水，通水时间一般10～15天，具体时间可根据温度监测结果确定。出水口流速应大于60cm/s;应严格控制进出水温度，在保证冷却水管进水温度与混凝土内部最高温度之差不应超过30℃;

温度经过最高点开始下降后，通过调节冷却水的流量控制降温速度，降温速度应控制在2℃/d。

4、养护。混凝土终凝后应在表面覆盖草袋或土工布洒水养护，考虑最近节气变化，模板周围应吊挂油布保温。如果内外温差超过温控标准，应增加覆盖草袋或土工布的层数，直至采用碘钨灯照射以增加混凝土表面的温度。

三、有限元分析

大体积混凝土的温度应力是混凝土浇筑后，水泥的水化反应导致混凝土体积膨胀或收缩时受到内部或外部的约束而产生。通常讲的水化热分析应当包括热传导分析和热应力分析两个过程。热传导分析是通过研究水泥水化反应时热量、对流、传导等因素，随时间变化各节点的温度变化过程;热应力分析是利用计算得到各节点不同时段的温度，研究随时间和温度变化时材料特性、干缩、徐变，来计算大体积混凝土各个施工阶段的应力过程。

本桥承台大体积混凝土内部温度场、应力场计算以及承台内部的水化热仿真分析，均由有限元分析（FEA）软件MIDAS/Civil完成，她的功能强大，操作简单方便，人机交互界面生动、形象，现在已经成为国际流行的有限元分析软件。MIDAS/Civil内含水化热分析包，同时程序内嵌JTG 04（RC），即《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004中的钢筋混凝土部分（RC），根据对承台内部混凝土水化热的仿真分析结果，优化选用相关参数作为承台温度控制的依据，采取相应温控措施，避免承台产生温度裂缝。

四、参数结果分析

1、温度变化图表。⑴曲线上最大点（44.87℃）为240号节点（时点为240小时），此点在模型图上为封底混凝土底部。

⑵次高点发生在320号节点，此点在模型图上位于模型的长边靠近承台底部的位置，距承台中心x方向8.0m，y方向0.5m处。

⑶约在浇筑360小时后，温度逐渐趋于平缓。

2、应力变化图表。由应力曲线可看处：约在120小时后，承台内部应力逐渐趋于下降，而最高应力曲线，结合模型查找节点位置，均在封底混凝土或封底混凝土表面，这表明由于热量蓄积作用封底内部温度较高，而承台内部由于冷却管的作用温度明显下降，造成了二者之间的温差加大，使得封底混凝土表面产生较大的拉应力。

五、温度控制

根据模拟分析结果，在施工期内为保证承台不出现有害温度裂缝，采取如下标准进行控制：

第一层混凝土浇筑后，第二层混凝土浇筑温度应控制在16℃以内。

混凝土内外温差是指：混凝土内部平均最高温度与接近承台顶面的温度（但不是气温）之差。按照《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）的规定：大体积混凝土表面和内部温差控制在设计要求的范围内，当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃。

混凝土最高温度是指浇筑层混凝土温度升高到最高时的断面平均最高温度，而不是指混凝土某一点的最高温度。应控制混凝土内部最高温度不超过50℃。

六、结语

针对大体积混凝土产生温度裂缝的各种原因，由本工程的施工控制可知，提出了温度裂缝应根据工程的具体情况选择施工措施：可以控制大体积混凝土水泥用量，选用低水化热水泥，掺加合适的外加剂，优化混凝土配合比，完善浇筑工艺，降温措施，以及加强养护工作和温度检测工作等相应的控制措施，并有效地防止了有害裂缝的产生。

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（作者单位：江苏省交通工程集团有限公司）