大体积混凝土温度控制措施的应用探析

2021-09-10安徽水利开发有限公司安徽蚌埠233000

安徽建筑 2021年9期

李原（安徽水利开发有限公司，安徽蚌埠 233000）

1 工程简况

某桥梁工程位于国道干线上，跨越某河流，桥面设计为双幅，总设计宽度达43.5m，总长为739m。跨河主跨为95m，全桥共有18组墩台，其中5#、6#、7#、8#、9#、10#承台平面尺寸为14.6×9.1m，厚3.5m，混凝土设计强度等级C30。

2 大体积混凝土定义及温控标准

相关规范术语明确表述，大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。另有表述为，浇筑块体尺寸较大，需要考虑采取温度控制措施以减少裂缝发生概率的混凝土。

从规范的规定来看，大体积混凝土较易因水泥水化热产生温度变化，内外温差较大会产生结构性贯穿裂缝，是结构的质量、安全及使用功能要求所不允许的。大体积混凝土不仅是厚度与其他普通混凝土存在不同，关键是由于混凝土中水泥水化反应产生的热量，因结构断面大，混凝土材料导热系数低，结构表面与内部散热降温速度不同步，出现结构内部与表面存在较大温差，同时混凝土表面与周围环境气温间的也会存在较大温差，因温差过大，混凝土结构体积发生变形不同步，其产生的温度应力可能使混凝土结构出现破坏，出现结构性贯穿裂缝。

经参考业内相关论著，本工程大体积混凝土温度控制采用的标准是：混凝土结构内部温度与混凝土表面温度的差值不超过25℃、混凝土外表面和当时施工环境最低温度间差值也不超过25℃，混凝土结构内部最大降温速率控制在小于2.0℃/d。

通过对5#、6#、7#、8#、9#、10#承台混凝土内外温度验算，混凝土的两个温差均超过25℃，故将本工程按大体积混凝土标准要求采取温度控制措施，防止因水化热产生温度应力致使混凝土出现结构贯穿裂缝。结合现场施工条件及外部环境，针对性地采用了以下温度控制措施。

3 温度控制措施

3.1 设计措施

设计单位在进行该结构设计时，根据结构特点，已在图纸说明中明确要求采取可靠措施，降低水化热，防止出现裂缝；在设计方面，在承台侧表面、顶面增设D6冷轧带肋贴面钢筋网，网孔间距10cm×10cm，净保护层3cm，有效控制混凝土表面因收缩产生的表面裂缝。

3.2 优化混凝土配合比，掺用外加剂

在保证混凝土强度及施工性能的条件下，通过对当前市场可选材料调查，对常规配合比设计进行优化，主要是从水泥、砂石骨料强度及级配，掺入外加剂种类及选择等方面优化。

①水泥。选用大品牌的水泥，要达到水化热低、质量稳定、安定性好的水泥，如普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等。

②砂石骨料。砂选择优质的河砂、江砂，砂的细度模数达到中砂，级配在II区，砂品质优于规范允许的最小值。碎石选用质地坚硬、清洁，级配良好，碎石各项指标优于规范要求。进场做好质量检测，不合格材料不得入场。

③外加剂。主要选择优质粉煤灰、磨细矿料和减水剂、缓凝剂等，以代替部分会发生水热的胶凝材料水泥用量，目的是降低总体热量的产生。掺入减水剂、缓凝剂主要目的是提高混凝土的工作性能。

本工程大体积混凝土配合比经优化设计，加入磨细矿料、粉煤灰替代部分水泥。胶凝材料用量如下：水泥：240kg，磨细矿料：60kg，粉煤灰：125kg。

按公式计算各阶段最大温度：

式中：ξ—不同浇筑块厚度、不同龄期时的降温系数，可由表查得

T—混凝土的浇筑入模温度

T—混凝土内部最高温度

T—在t龄期时混凝土的绝热温升

式中：m—每立方米混凝土水泥用量

Q—每千克水泥水化热量

C—混凝土的比热，一般取0.96J/kg·K

ρ—混凝土的质量密度，取2400kg/m

e―常数，为2.718

m―与水泥品种，浇筑时与温度有关的经验系数，取0.3

t―混凝土浇筑后至计算时的天数

由上式（1）、（2）可计算得：

T= [（240×461+125×73.45）/（0.96×2400）]×(1-e)

=52.0×0.26＝13.52

T=52.0×0.593=30.84

T=52.0×0.835=43.42

T=52.0×0.93=48.36

T=52.0×0.97=50.44

T=52.0×0.99=51.48

T=24+30.84×0.71=45.90

T=24+43.42×0.7=54.39

T=24+48.36×0.68=56.88

T=24+50.44×0.61=54.77

T=24+52.48×0.5=49.74

通过采用双掺配合比，按上述公式计算得出结果，仍不能满足大体积混凝土“双25℃”的控制要求。拟采取以下施工组织管理、监测措施进行温度控制。

3.3 对各原材料采取降温措施，降低混凝土浇筑入模温度

①砂石骨料，在拌和站砂石料仓处搭设钢制防护大棚，以防止阳光直射并防雨、做好通风。砂石材料尽可能地堆高，以减少材料受外部气温的变化影响，保证温度的总体稳定性。

②拌和用水，采用抽取地下深井水，保证其低温及稳定性，或采用挖深及大容量蓄水池，保证水温偏差及稳定。在夏季高温时段，选用制冰机，现场生产、加注冰屑到蓄水池中，整体降低拌和用水的温度。

③施工组织，混凝土开仓时间避开中午高温时间段，根据浇筑体量，合理选择在下午或夜间浇筑；加强现场混凝土入仓分层控制，分层厚度不大于50cm，降低混凝土浇筑速度，延长上层混凝土对下层混凝土覆盖时间，但要在下层混凝土初凝前完成覆盖。

3.4 布设冷却水管及测温点，控制结构内部温度升高

①布设冷却水管，本工程冷却循环水管选用φ32mm黑铁管，单层呈S形，多层布设。本结构厚度3.5m，共布设四层，每层间距0.9m，距底面0.3m，顶面0.5m；单层的水平管间距为1m，水管外侧距混凝土外边缘按不大于0.5m控制，据实做作适当调小处理，管道上层及底层分别设出入口，多层管间连通，且出水口有调节流量的水阀和测流量设备。

②测温仪器及测点布置

测温计选用的是南京万祥仪器有限公司生产的混凝土测温仪及读数仪。沿混凝土结构高度，分别布置在底部、中部和表面三个深度；平面上分别布置有边缘和中间。测点的布置距边角为50cm，距表面为20cm，每块承台共设6个点，即底板中心和近边分别竖向布设3个测温点。测温仪根据埋设位置做好编号、标识，并编制测温记录表，专人定时测定、记录并分析。

③冷却水管安装，要以钢筋骨架或支撑桁架固定牢靠，管道接头以螺丝口为主，尽可能不采用焊接，做好接头处的密封，以防混凝土灌注时水管变形及脱落、断裂。安装完成后做通水试验。

④冷却水管保护及使用，混凝土浇筑前，就保持在持续通水状态；在混凝土振捣时，格外注意，振动棒不得触碰水管，以防破坏。

通过流量计、控制阀控制循环冷却水的流量在10～20L/min，温度计测定进出水温度，使进、出水的温差小于10℃，并每天均交替改变通水方向，动态调整控制最大降温速率要小于2.0℃/d。从混凝土开始浇注时，保持连续通水不少于14天，具体停止通水由每天温度测量、计算分析确定。

⑤冷却水管封堵，冷却水管使用完毕后，从底层管的入口处压注水泥浆，从上层的出口处冒出浓浆后关闭出口，并持续压浆3～5min，关闭进口，以保证管内浆液饱满。