大體積承臺(tái)混凝土的溫控措施

周高峰

1 工程概況

京滬高鐵四標(biāo)十六工區(qū)亮崗特大橋(DK856+739.53～DK872+501.27),共有承臺(tái)485個(gè),承臺(tái)尺寸共有6種規(guī)格,見表1。

表1 承臺(tái)尺寸規(guī)格表

最大承臺(tái)混凝土方量為253.155 m3,最小承臺(tái)混凝土方量為102.9 m3?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30,每立方米混凝土材料用量為222 kg(水泥)∶726 kg(細(xì)骨料)∶1 089 kg(粗骨料)∶145 kg(水)∶111 kg(粉煤灰)∶37 kg(礦粉)∶3.7 kg(外加劑),混凝土理論配合比為1(水泥)∶3.27(細(xì)骨料)∶4.91(粗骨料)∶0.65(水)∶0.50(粉煤灰)∶0.17(礦粉)∶0.02(外加劑),坍落度為 175 mm,水膠比為0.39。

2 承臺(tái)大體積混凝土溫度控制措施

2.1 降低水化熱,延遲水泥水化熱峰值

1)采用低水化熱水泥;2)摻粉煤灰外摻料,取代部分水泥,減少水泥用量,降低水化熱;3)摻緩凝型減水劑,以節(jié)約水泥,延長(zhǎng)緩凝時(shí)間,延遲水泥水化熱峰值。

2.2 降低混凝土成型時(shí)的溫度

1)降低混凝土澆筑入模溫度;2)避開高溫時(shí)段進(jìn)行混凝土施工;3)避免使用新出廠的水泥;4)噴水冷卻集料;5)利用新抽深井水降低拌合水溫度;6)對(duì)混凝土配料、運(yùn)送、泵送及其他設(shè)備采取降溫措施。確保內(nèi)外溫差控制在20℃以內(nèi),盡量降低混凝土內(nèi)部溫度的升降速率。

2.3 工藝上防止混凝土開裂的措施

1)大體積混凝土的材料要求及配合比設(shè)計(jì)按大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)定,合理選擇原材料,優(yōu)化混凝土配合比。2)混凝土的組織供應(yīng):承臺(tái)施工時(shí)混凝土初凝時(shí)間按不小于20 h設(shè)計(jì);混凝土入模時(shí)采用泵送布料和混凝土運(yùn)輸車?yán)没弁ㄟ^串筒入模,避免混凝土出現(xiàn)離析;坍落度在滿足泵送條件下盡量選取小值。3)進(jìn)行混凝土熱工計(jì)算,得出承臺(tái)混凝土在最不利溫度條件下澆筑以后的絕升溫度以及混凝土溫度“上升→峰值→下降”變化影響規(guī)律,用以指導(dǎo)施工采取相應(yīng)的溫控措施。4)承臺(tái)施工時(shí)盡量采用一次澆筑混凝土,并在澆筑中采用分層澆筑,分層厚度小于30 cm,通過分層,增加散熱面積。5)加強(qiáng)溫控監(jiān)測(cè)。在承臺(tái)混凝土中埋設(shè)測(cè)溫元件,用來測(cè)定結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度,隨時(shí)觀察混凝土內(nèi)外溫差變化情況并及時(shí)采取有效措施進(jìn)行溫度控制。6)通過埋置冷卻管實(shí)現(xiàn)冷卻水循環(huán),利用熱交換降低混凝土結(jié)構(gòu)中不同界面、不同深度的溫度,以達(dá)到減小內(nèi)外溫差的目的。7)混凝土澆筑后,注意覆蓋保溫,加強(qiáng)養(yǎng)生,并保證混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差不超過20℃;遇氣溫驟變的天氣,更要加強(qiáng)保溫措施,以防混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂紋。8)組織管理保證措施:每次大體積混凝土澆筑前,組織協(xié)調(diào)好混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸人員、施工人員、測(cè)試人員,明確各部位的負(fù)責(zé)人,嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)管理,并加強(qiáng)材料控制和機(jī)械設(shè)備要素配置,確?；炷潦┕みB續(xù)緊湊、不間斷施工。

3 埋設(shè)冷卻管的溫控措施及溫控計(jì)算

3.1 冷卻管設(shè)計(jì)

1)混凝土拌合物溫度。

其中,mw,mce,msa,mg分別為水、水泥、砂、石單方用量,kg,分別為 145,222,726,1 089;Tw,Tce,Tsa,Tg分別為水、水泥、砂、石的溫度,℃,分別取 25,30,30,30;ωsa,ωg分別為砂、石的含水率,%,分別為4.3,0.2;C1,C2分別為水的比熱,J/(kg?K),冰的融化熱,kJ/kg,骨料溫度大于0℃時(shí),C1=4.2,C2=0;骨料溫度不大于0℃時(shí),C1=2.1,C2=335。

2)混凝土拌合物出機(jī)溫度。

其中,Ti為攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度,℃,取28。

3)混凝土拌合物經(jīng)運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)溫度(入模溫度)。

規(guī)范要求小于入模溫度不大于28℃(混凝土暑期施工)。

其中,t1為混凝土拌合物運(yùn)輸?shù)綕仓臅r(shí)間,h,取最遠(yuǎn)10 min=0.17 h;n為混凝土拌合物運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù),取10 s一次,10 min共60次;Ta為混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)環(huán)境溫度,℃,取28;α為溫度損失系數(shù),h-1,用混凝土罐車運(yùn)輸時(shí),取0.25。

4)混凝土15 d水化熱絕熱溫度。

其中,T(t)為澆完一段時(shí)間后,混凝土的絕熱溫升值,℃;mc為每立方米混凝土的膠凝材料用量,為370 kg/m3;Q為膠凝材料水化熱總量,kJ/kg,Q=kQ0=(1+0.93-1)×247=230,Q0為水泥水化熱總量,kJ/kg,取247;c為混凝土的比熱,kJ/(kg?℃),取0.96;ρ為混凝土的質(zhì)量密度,取2 400 kg/m3;e為常數(shù),取2.718;m為與水泥品種,澆搗時(shí)與溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),一般為0.2～0.4,取0.3;t為混凝土澆筑后至計(jì)算時(shí)的天數(shù),d,取15。

5)混凝土的收縮變形值ε(t)。

根據(jù)施工工藝,M1=1.25,M2,M3,M5,M9均取1,M4=1.27,M6=0.93,M7=0.7,M8=1.03,M10=0.95,則:

其中,Mn為考慮各種非標(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù),查表取用;ε0y為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最終收縮值,取3.24×10-4。

6)混凝土15 d收縮當(dāng)量溫差。

其中,α為混凝土的線膨脹系數(shù),取1×10-5。

7)混凝土15 d的彈性模量。

其中,Ec為混凝土的最終彈性模量,可近似取28 d的彈性模量,為 3.0×10-4MPa。

8)露天養(yǎng)護(hù)期間混凝土綜合溫差。

其中,T2為混凝土的入模溫度,℃;Th為混凝土澆筑后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的溫度,一般根據(jù)歷年氣象資料取當(dāng)年平均氣溫為16.8℃。

9)露天養(yǎng)護(hù)期間混凝土產(chǎn)生的降溫收縮應(yīng)力。

其中,S(t)為考慮徐變影響的松弛系數(shù),一般取0.3～0.5;R為混凝土的外約束系數(shù),取0.32;v為混凝土的泊松比,取0.15;R1為混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取1.3 MPa;K為抗拉安全度,取1.15。

可能會(huì)產(chǎn)生裂縫,為控制裂縫產(chǎn)生,采用冷卻管降低混凝土內(nèi)部溫度時(shí),冷卻管的布置及水流的循環(huán)計(jì)算結(jié)果如下:

欲使α(15)≤0.85 MPa,即應(yīng)使混凝土內(nèi)部溫度 Δt=41.88-33.9=7.98℃≈8℃以上?；炷恋乃磻?yīng)在3 d～7 d最大,取5 d(120 h),進(jìn)水管水溫取25℃,冷卻管的水流量 a應(yīng)不小于1.85 m3/h。為嚴(yán)格控制承臺(tái)大體積混凝土澆筑后產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,在經(jīng)優(yōu)化后,確定在承臺(tái)內(nèi)平面分兩部分,立面按一層進(jìn)行冷卻管設(shè)置,共計(jì) 5段循環(huán)冷卻管道,散熱管采用φ 33.7 mm×3.25 mm鋼管,流量不小于30 mL/min。

3.2 冷卻管布設(shè)

夏季高溫季節(jié)施工時(shí),除采取降低混凝土入模溫度、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的措施外,部分承臺(tái)采用循環(huán)冷卻水措施降低混凝土內(nèi)部溫度。冷卻水管采用φ 33.7 mm鋼管,管節(jié)采用套絲連接,并設(shè)置進(jìn)出口各一處。對(duì)2 m高承臺(tái),在其中部布設(shè)一層冷卻水管,2.5 m高承臺(tái)布設(shè)兩層冷卻水管,分別布置在承臺(tái)的1/3和2/3高度處。冷卻水管水平間距2 m,端頭用圓管相連。在承臺(tái)鋼筋綁扎、冷卻管安裝完畢后混凝土澆筑前,冷卻管須注水檢查,確認(rèn)管節(jié)不滲水后方可進(jìn)行混凝土澆筑。冷卻管出水口水流量不小于1.85 m3/h,進(jìn)水水溫與混凝土內(nèi)溫差不大于20℃,冷卻管進(jìn)出口水溫差不大于20℃,3 d之后每隔2 h測(cè)量記錄一次,在確認(rèn)不需要用冷卻管后,必須將管道進(jìn)行壓漿處理,但水泥砂漿強(qiáng)度不低于承臺(tái)混凝土標(biāo)號(hào)。為防堵管和漏水,灌注混凝土前應(yīng)做通水試驗(yàn)。在冷卻管被覆蓋一層混凝土?xí)r開始通水,水壓可根據(jù)天氣和水化變化熱情況適當(dāng)調(diào)整,應(yīng)將出水口水溫盡量控制在40℃以內(nèi),每天改變一次水流方向,以使混凝土冷卻均勻。布置圖見圖1。

3.3 測(cè)溫器材設(shè)置安裝

承臺(tái)大體積混凝土溫度控制采用預(yù)埋PVC管做測(cè)溫孔 ,測(cè)溫探頭測(cè)內(nèi)外溫度;預(yù)埋PVC管固定在承臺(tái)鋼筋上,防止混凝土澆筑過程中移位。測(cè)溫孔預(yù)埋圖見圖2。

4 混凝土的養(yǎng)生

混凝土養(yǎng)護(hù)包括濕度和溫度兩個(gè)方面,除灑水外,還要控制混凝土的溫度變化,采取保溫和散熱的綜合措施,防止溫降和溫差過大。在炎熱夏季,混凝土澆筑完成后即用薄膜塑料布覆蓋,防止表面水分蒸發(fā),初凝前,卷起塑料布用抹子搓壓表面至少兩遍,使之平整后再次覆蓋,直至終凝后方可澆水養(yǎng)生,此時(shí)用保水材料直接將外露面覆蓋進(jìn)行養(yǎng)生,并根據(jù)內(nèi)外溫差情況及時(shí)在保水材料外覆蓋塑料布進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到可以松開模板時(shí),及時(shí)松開模板從頂面注水養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)語

2008年我單位在京滬高速鐵路四標(biāo)段十六工區(qū)亮崗特大橋施工大體積承臺(tái),取得了很好的效果。亮崗特大橋(DK864+620.04)起點(diǎn)里程 DK856+739.53,終點(diǎn)里程 DK872+501.27,全長(zhǎng)15 761.74 m,全橋混凝土 190 736 m3。鉆孔樁:4 021根,承臺(tái)485個(gè),墩臺(tái)485個(gè),其中最大承臺(tái)為8.3 m×12.2 m×2.5 m,在承臺(tái)施工過程中有效的解決了混凝土表面由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生的溫度裂縫,對(duì)以后大體積承臺(tái)的施工有了一定借鑒。

[1] 鐵建設(shè)〔2005〕160號(hào),客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] TZ 213-2005,客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[3] 鐵建設(shè)〔2005〕160號(hào),鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[S].