大体积混凝土温度控制措施

王大鹏

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

1 工程概况

新建“石家庄—济南”客运专线，正线起止里程为改DK79+555.99（含）—改DK90+387.08，全长10.831 km，其中改DK79+555.99（含）—改DK83+882.54 为辛集东特大桥313#墩（含）—济方台，共计134 个承台和墩台身。改DK83+882.54—改DK90+387.08 为区间路基，其中改DK84+402.8 为靳家庄框构中桥、改DK86+000.2 为侯家村框构中桥、改DK87+243.3 为骆家村框构中桥和17 个框架箱涵，结构物多、体积大。控制承台大体积混凝土施工温度，以减少大体积混凝土在温度应力作用下产生的裂缝，指导实际施工。

2 大体积混凝土温度计算

在大体积混凝土施工前必须进行温度计算，以免混凝土出现裂缝，增加混凝土的抗拉力，改善约束条件。事先采取一定的措施，使温度差降低，保证大体积混凝土拥有良好的施工质量。因温差产生的拉应力要小于同期混凝土抗拉强度的标准值，因此需要对混凝土的温度进行控制，提高建筑的安全系数。首先计算混凝土内部的最高温度，才能更准确地计算温差，测量混凝土内部的最高温度可以在浇筑后的3～7 d，按式（1）计算。

式中，T0是混凝土浇筑温度，℃；W 是水泥用量，kg/m3；F是粉煤灰量，kg/m3；Q 是水泥水化热，通过试验28 d 水化热为350×103J/kg；c 是混凝土的比热容，取0.98×103J/kg·℃；ρ 是混泥土密度，取2400 kg/m3；ξ 是不同厚度的浇筑块散热系数（表1）。

表1 不同厚度的浇筑块散热系数

本标段桥梁承台高度为2.0 m、2.2 m、3.0 m、3.5 m。C40 混凝土的水泥用量294 kg/m3，粉煤灰用量76 kg/m3，ξ 按表1 选取，根据式（1）计算混凝土内部最高温度。

当承台高度为2.0 m、2.2 m 时，混凝土内部最高温度45.52 ℃，当承台高度3.0 m 时，混凝土内部最高温度56.46 ℃，当承台高度3.5 m 时，混凝土内部最高温度63.96 ℃。

混凝土表层温度按式（2）计算。

式中，Tq是施工期大气平均温度，取20 ℃；h'是混凝土虚厚度，m；H 是混凝土计算厚度，m。具体参数见表2。

当承台高度为2.0 m 时，混凝土表层温度36.95 ℃；当承台高度为2.2 m时，混凝土表层温度35.77 ℃，当承台高度为3.0 m 时，混凝土表层温度为45.76 ℃；当承台高度为3.0 m 时，混凝土表层温度52.04 ℃。

混凝土温差=Tmax-T表，经计算，上述不同承台厚度温差均＜20 ℃。

3 大体积混凝土的测温措施

采用预埋测温探头进行测温。本工程承台厚度200～350 cm，属大体积混凝土，极易产生温度裂缝，在大体积混凝土内预留测温孔，测温孔采用直径40 mm，壁厚3 mm 的钢管。共设3 组，每组预埋1 根测温探头于混凝土内，1 组埋设在承台中心处，底端高于承台底50 cm；2 组埋设在承台横向中轴线上，距承台边线150 cm，底端高于承台底100 cm；3 组埋设在承台纵向中轴线上，距承台边线150 cm，底端高于承台底150 cm。测温管平面布置见图1。预埋管均垂直于混凝土平面，与承台钢筋绑扎牢固，且伸至承台底部，上部外露20 cm。

表2 不同厚度计算参数 m

4 承台大体积混凝土施工方法

4.1 降低混凝土入模温度

砂、石料避免阳光曝晒，现场混凝土输送管道经淋水散热，采用地下水降低拌合水的温度，以及采取其他控制混凝土入模温度的降温措施。

4.2 施工控制措施

（1）优先考虑选用水化热低，初凝时间长的水泥，并控制水泥用量，满足最大胶体用量限值≤450 kg/m3，最小胶体用量限值≥320 kg/m3。

（2）粗骨料选用级配良好的碎石，含泥量≤1%，石子在使用前需经过清洗。砂选用经过筛选中粗砂，含泥量≤2%，以降低水泥用量。

（3）根据高性能混凝土配合比的要求选用合适的外加剂[2]。为了延缓温升峰值的出现时间，降低单位混凝土水泥用量，可以同时掺加高效缓凝减水剂、粉煤灰，即“双掺技术”。

（4）选择材料后要进行适配和计算，同时确定合理的配合比，为了满足施工要求的工艺特性，以及承台设计所规定的强度，要适当减少水泥用量，掺入一定比例的粉煤灰、高效减水剂、缓凝剂来降低水泥水化热。

4.3 各项检算

为了使施工方案更具正确性，在确定混凝土配合比之后，要在固定的施工条件下检算施工阶段大体积混凝土浇筑的温度，通过计算结果制定详细的养护措施、冷却措施、温度监测方法，确定各项温度指标。

4.4 埋设冷却水管

承台施工时，事先在混凝土中预埋水管，通过管中的循环冷水流动降低混凝土内部产生的水化热。用Φ40 mm×4 mm 的钢管作为冷却管，在2 m、2.5 m 内布置一层冷却管，3 m 以上的承台布置两层。在拐弯处要安装弯头，用丝扣套筒连接水管接头。施工前，要对水管系统进行通水试压，保证管路不漏水。认真检查每个接头，避免在钢筋绑扎与混凝土浇筑之后损害管路，使供水具有连续性。冷却水管路回形布置，与四周边缘的距离为100 cm，水平管之间的距离保持100 cm。如果承台高度为2.2 m，可以在垂直方向上布置一层水管。水管网沿竖向布置在承台中央，最外层水管距离混凝土最近边100 cm，进、出水管均各自独立，露出承台顶面20 cm，采用1 台水泵独立灌水，适当控制进水速度与循环速度，并及时记录测温数据。在每层循环水管被混凝土覆盖之后，或者在混凝土浇筑之后，可以在冷却水管中通水。在水循环中，使混凝土内部的温度降低。同时，使混凝土内部的温度达到所要求的限度，将循环冷却水进、出水的温差控制在≥5 ℃。为了能够更加全面的利用混凝土的自身温度，可以用测温数据控制水循环的速度。混凝土自身的温度具有四周温度低、中部温度高的特点，所以在循环中会进行自动调温，发挥更好的调控效果[3]。

图1 测温点平面布置

4.5 材料降温

（1）分层浇注施工。选择分层连续浇注施工技术，严格控制层厚30 cm。同时，根据混凝土层面散热特性进行振捣作业，保证混凝土浇注质量。次层混凝土的浇注要在前层混凝土初凝之前，避免发生层间冷缝，每层混凝土都要振捣，使其达到密实的效果。捣固采用插入式振动棒，操作时振动棒应直上直下，快入慢出，重叠交叉；每一振捣点振捣20～30 s 为宜，以混凝土表面不再显著下沉、不再出现气泡，表面泛出灰浆为准。振捣混凝土时，振动棒要求捣入下一层混凝土，一般插入深度为40～45 cm，保证插入下层混凝土内5～10 cm，层层要搭扣，以消除两层之间的接缝，使上下层混凝土之间更好地结合。混凝土应连续浇筑，在下层混凝土初凝前振捣上层混凝土。振动棒不得碰撞钢筋及承台预埋件，不得碰撞边侧模，距离边侧模10 cm，以防模板变形。

（2）混凝土浇筑方式。为了保证混凝土的分层施工及钢筋和冷却管不受扰动，混凝土浇筑时需采用混凝土溜槽进行施工，施工时保证每个承台的溜槽数量不少于3 个，保证整个作业面内的混凝土厚度均匀。混凝土振捣时，严禁用振动棒拖拉的方式来进行混凝土的摊铺。

（3）加强养护。混凝土浇注完毕后，侧模外覆盖草帘保温；抹面收浆后，表面上加盖土工布进行保温保湿养护，防止混凝土表面干裂，延缓降温速率。

在终凝后开始浇水（一般为12 h 后），覆盖洒水养护，承台顶全部范围内必须严密覆盖土工布并浇水，每隔2 h 浇水一次，中午气温较高时每隔1 h 浇水一次。根据测温结果调节冷却管通水量的大小，当混凝土中心与混凝土表面温差过大时，可将冷却管出口的温水覆盖混凝土表面，提高混凝土表面温度，减少混凝土体内外温度差。拆模后，承台四周采用浇水养生，使混凝土处于湿润状态，或者尽早回填基坑土方。承台养护时间不得少于14 d。

5 结束语

大体积混凝土施工是一项复杂而又系统的工程项目，在维护、施工、设计、材料这些方面都要加以注意。要使用成熟的施工技术，并结合先进的技术进行设计，将切实可行的技术融入到实践操作中，对其实行有效的控制措施，并达到经济节约的目的。为了提升大面积混凝土施工的质量，要对材料人员进行科学合理的组织与安排，对操作工艺加以改进，完善施工操作过程，规范施工项目，并对工程进行适时的养护，有效降低损害程度，防止大体积混凝土出现温度裂缝。