高等級大體積混凝土施工的溫度控制

趙勝

中鐵二十二局集團(tuán)項(xiàng)目管理中心， 北京 100043

高等級大體積混凝土施工的溫度控制

趙勝

中鐵二十二局集團(tuán)項(xiàng)目管理中心， 北京 100043

八渡南盤江特大橋的V形支撐設(shè)計(jì)為C48級混凝土，一次最大澆筑量為180.2m3，又是在高溫下施工，施工單位采取材料降溫、降低入模溫度、加強(qiáng)內(nèi)部熱量散發(fā)等多種措施，有效地控制了混凝土的溫度，成功防止了混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。

高等級混凝土；大體積灌注；防裂；溫度控制

1、工程概述

八渡南盤江特大橋，是南昆鐵路上具有90年代鐵路橋水平的4座重點(diǎn)橋梁之一，其主跨為一聯(lián)54m+2×90m+54m部分預(yù)應(yīng)力混凝土V形支撐連續(xù)梁。其V形支撐（見圖1）施工有以下特點(diǎn)：

圖1 V撐結(jié)構(gòu)示意圖

（1）V1、V2斷面尺寸較大；

（2）施工時(shí)當(dāng)?shù)貧鉁剌^高，室外最高溫度達(dá)45℃；

（3）混凝土等級高，水泥用量大；（4）結(jié)構(gòu)的鋼筋多（達(dá)200kg/m3），混凝土的坍落度大。

從上述特點(diǎn)可以看出，V形支撐施工的主要問題，是防止由于溫度過高而引起混凝土的開裂。因此，我們對高溫條件下大體積高等級混凝土施工的溫度控制問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2、溫度對混凝土結(jié)構(gòu)的影響

2.1 造成混凝土溫度升高的原因

（1）水泥水化產(chǎn)生的水化熱使混凝土內(nèi)部溫度升高。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，水泥水化熱引起的溫升可達(dá)50℃以上，溫升最顯著的時(shí)間是澆筑后3～5天，混凝土等級越高，需用的水泥越多，所產(chǎn)生的水化熱量也就越大。

（2）氣溫的升高從外部使混凝土溫度升高，在高溫條件下混凝土本身的溫度不易散失，這樣可使混凝土內(nèi)部的溫度高達(dá)90℃。

2.2 高溫對混凝土結(jié)構(gòu)的影響

由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，澆筑初期其強(qiáng)度和彈性模量都很低，對溫度變化引起的變形約束不明顯，但隨著齡期的增長，混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都得以提高，對混凝土變形的約束則越來越大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，便開始出現(xiàn)溫度裂紋。

氣溫的晝夜變化對混凝土的影響很大：白天氣溫高，使混凝土內(nèi)部的熱量不易散出，造成其本身的溫度過高，夜間氣溫降低，與混凝土之間形成很大的溫差，特別是溫度突降時(shí)，會使混凝土產(chǎn)生相當(dāng)大的溫度應(yīng)力。

混凝土中80%的水分要蒸發(fā)，水分的蒸發(fā)則引起混凝土的收縮，在高溫下，水分蒸發(fā)很快，更容易引起干縮變形，加之拌和不勻和振搗不良，使混凝土內(nèi)粗細(xì)骨料、水泥分布不勻，密實(shí)度不等，因而其收縮系數(shù)也不相同，這樣在脆弱部分便可能產(chǎn)生開裂。

3、高溫下大體積高等級混凝土的溫度控制

在對混凝土與溫度的關(guān)系進(jìn)行了上述分析之后，就可有針對性的采取措施來控制混凝土的溫度。我們是采取一降（降溫）二散（散熱）三保（保持溫差小于定值）的辦法，來控制混凝土內(nèi)外溫差，實(shí)踐證明這是防止混凝土開裂、保證V形支撐混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的必要手段。

表1 V撐混凝土的入模溫度

3.1 預(yù)冷原材料，降低混凝土的入模溫度

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室選定的C48級混凝土的配合比和對氣象資料的分析，求的混凝土的入模溫度，結(jié)果見表1。然后以此為依據(jù)對混凝土的原材料進(jìn)行預(yù)冷，具體做法是：

（1）骨料降溫。在使用前2天用高壓冷水噴淋骨料，使之溫度降低。

（2）使用低溫水。附近的山泉水溫度較低，取之作為混凝土的拌和水。

（3）水泥防熱。拌和站的水泥棚要四周通風(fēng)，保持棚內(nèi)陰涼；所用水泥均為出廠10天以后者。

（4）運(yùn)輸機(jī)具降溫?；炷凛斔蛙?、吊斗等在使用前均先用冷水沖洗降溫。

（5）澆筑混凝土前用冷水沖洗接灌混凝土面、鋼筋、模板，使其溫度降低。

采取上述措施后，使砂的溫度從40℃降到26℃，碎石從42℃降到25℃，水泥從31℃降到29℃，實(shí)測混凝土入模溫度為26.5℃，較計(jì)算值降低了12.4℃。

3.2 散發(fā)混凝土內(nèi)部熱量

經(jīng)計(jì)算，每mC48級混凝土的最終升溫可達(dá)95℃，因此，除采取外部降溫措施外，還需采取措施散發(fā)其內(nèi)部熱量。我們的做法是：在混凝土內(nèi)按圖2所示預(yù)埋ф200鋼管，通過冷水循環(huán)散發(fā)混凝土的水泥水化熱。鋼管要在混凝土澆筑前安裝好，并保證在混凝土澆筑過程中不上浮。循環(huán)水在混凝土澆筑后24小時(shí)加入，實(shí)驗(yàn)員每6小時(shí)測溫1次，根據(jù)混凝土不同位置的溫度情況調(diào)整其循環(huán)水的循環(huán)周期。加循環(huán)水時(shí)應(yīng)注意，由于加水時(shí)混凝土內(nèi)部的溫度正值急劇上升期，為防止產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，應(yīng)控制水與混凝土的溫差不能太大。

圖2 混凝土的散熱管與測溫孔的平面布置

3.3 混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)

澆筑混凝土應(yīng)分層進(jìn)行，層后不宜大于30cm，且澆筑速度不能過快，以利其熱量的散發(fā)，保持溫度均勻。

混凝土澆筑完后3小時(shí)需覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，這樣可以避免早期受太陽直接照射，晴天能降溫保濕，夜間、風(fēng)天又能保持混凝土表面的溫度，起到減小內(nèi)外溫差的作用。

3.4 溫度控制

混凝土內(nèi)部與表面、混凝土表面與環(huán)境溫度的差值一般應(yīng)控制在20℃以內(nèi)，如果經(jīng)過計(jì)算和試驗(yàn)確認(rèn)混凝土有“足夠”的抗裂強(qiáng)度時(shí)，可將上述溫度控制在25～30℃。

3.5 拆模

高溫環(huán)境下，高等級大體積混凝土結(jié)構(gòu)的拆模時(shí)間，除考慮強(qiáng)度外，還要考慮氣溫等因素，即拆模時(shí)混凝土內(nèi)外的溫差不能太大，一般以氣溫與混凝土表面、混凝土表面與內(nèi)部的溫度差的總和小于20℃為原則。拆模后需繼續(xù)掛單層麻袋進(jìn)行灑水養(yǎng)生21天。

4、結(jié)語

八渡南盤江特大橋的3個V形支撐，共澆筑C48級混凝土2003m，其中5#、6#、7#墩的V1和V2段施工時(shí)正值高溫季節(jié)，由于我們采取了上述措施，拆模后混凝土的表面光潔無裂紋，受到各級領(lǐng)導(dǎo)的好評。因此，筆者認(rèn)為所采取的防裂措施是成功的，為今后在高溫下進(jìn)行大體積、高等級、高坍落度的混凝土施工積蓄了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范

[2]鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

[3]馬寶林.高墩大跨連續(xù)鋼構(gòu)橋. 人民交通出版社，2001

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.031

趙勝 畢業(yè)院校：蘭州交通大學(xué)橋梁工程專業(yè)最高學(xué)歷：本科 職稱：高級工程師。