大體積混凝土實(shí)體試驗(yàn)溫度監(jiān)測(cè)實(shí)例

楊瓊輝，黃輝，孫玉芹，趙二冬，王洋

（1. 湖南中建五局混凝土有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2. 廣饒縣建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣饒 257300）

0 引言

大體積混凝土的特點(diǎn)是混凝土用量龐大、厚度大、工程條件復(fù)雜，常采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)，溫差和收縮變化復(fù)雜，約束作用較大，加之水泥水化熱溫升較高，降溫散熱較快，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度相差很大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫而影響混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。

大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫與骨料品種、配合比、外加劑和摻合料、澆筑溫度、澆筑順序、外界氣溫、保溫措施、養(yǎng)護(hù)條件等因素直接有關(guān)。施工過程中存在著很多不確定性，理論計(jì)算難以完全模擬實(shí)際情況。因此，須對(duì)混凝土溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)了解混凝土溫度場(chǎng)變化情況，采取合理的溫度控制措施。

1 工程概述

某碼頭為沉箱突堤式結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng) 605m，引堤區(qū) 160m，系泊區(qū)長(zhǎng) 440.5m，寬 100m。碼頭面設(shè)計(jì)高程 +6.0m，碼頭前沿水深 -15m。碼頭上部為現(xiàn)澆混凝土胸墻，胸墻高度 4.8m，共有胸墻 112 段。胸墻標(biāo)準(zhǔn)段分段長(zhǎng)度為 12.5m，每段胸墻尺寸為 12.5 m×3.8 m×3.0 m （長(zhǎng)×寬×高），屬典型的長(zhǎng)墻式大體積混凝土。

2 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

受本項(xiàng)目所在國(guó)家當(dāng)?shù)貤l件的限制，胸墻混凝土用水泥未能選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥等），且水泥摻量要求較大。為防止胸墻大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，給在建工程提供一個(gè)大體積混凝土質(zhì)量控制的有益參考，項(xiàng)目方計(jì)劃對(duì)大體積混凝土進(jìn)行模型試驗(yàn)。

本次試驗(yàn)用大體積模型尺寸均為 2.5m×2.5m×2.5m，通過降低水泥用量、延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間及改變養(yǎng)護(hù)方式三種方法，比較混凝土水化熱、混凝土最高溫升及內(nèi)外溫差等參數(shù)。試驗(yàn)計(jì)劃全面測(cè)試大體積混凝土原材料性能、拌合物性能、硬化性能、長(zhǎng)期和耐久性能及施工后大體積混凝土溫度、裂縫發(fā)展情況等，對(duì)試驗(yàn)混凝土質(zhì)量進(jìn)行全面分析和評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)原材料如下：

（1）水泥：選用華潤(rùn)紅水河（上思）有限公司生產(chǎn)的P·O42.5 水泥。

（2）石子：5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石。

（3）砂：中砂，細(xì)度模數(shù) 2.9，含泥量 2.2%。

（4）粉煤灰：海口火電廠 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，細(xì)度 19.5%，需水量比 98%。

（5）礦粉：張家港恒昌 S95 級(jí)，比表面積 445m3/kg，28d 活性指數(shù) 107%。

（6）外加劑：湖南湘鑫公司生產(chǎn)的 HPC-S-5 聚羧酸高性能減水劑，減水率 27%

3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)塊模型共 8 組，強(qiáng)度為 C40，膠凝材料 400kg/m3。配合比及養(yǎng)護(hù)方式見表1。

表1 模型試驗(yàn)混凝土配合比及要求

3.1 模型試驗(yàn)段的施工

同類型模型試驗(yàn)在一天內(nèi)澆注完成，澆筑過程采用泵送澆筑工藝，澆注時(shí)間選擇在最不利條件的白天進(jìn)行，當(dāng)日氣溫 27～32℃。混凝土按照 50cm 的厚度進(jìn)行分層，從模板四周向中心攤鋪混凝土?；炷敛捎弥睆?70mm 的插入式振搗器按 50cm 的分層厚度進(jìn)行振搗，振搗順序從近模板處開始，先外后內(nèi)，移動(dòng)間距不大于振搗器有效振搗半徑的 1.5 倍（300mm）。振搗器至模板的距離不大于 150mm，避免碰到模板。振搗器垂直插入混凝土中，快插慢拔，上下抽動(dòng)。振搗器插入下層混凝土中不少于 50mm。振搗方式嚴(yán)格按照規(guī)范施工，不漏振不過振。初凝后終凝前采取二次振搗，并進(jìn)行了人工光面直至終凝。

3.2 模型試驗(yàn)塊的溫度控制

在混凝土澆筑完成后，在混凝土中部布置 7 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，其中：底部測(cè)溫點(diǎn) 1 個(gè)，芯部測(cè)溫點(diǎn) 2 個(gè)，頂面表層測(cè)溫點(diǎn)2 個(gè)，側(cè)面表層測(cè)溫點(diǎn) 2 個(gè)。具體布置位置見圖1。利用便攜式數(shù)字測(cè)溫儀對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)定，在混凝土升溫階段按 2h 一次的頻率進(jìn)行測(cè)溫，在峰值過后的降溫階段按 4h 一次的頻率進(jìn)行測(cè)溫，通過測(cè)溫采集混凝土芯部溫度與表層溫度變化的規(guī)律。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏y(cè)溫點(diǎn)布置平面圖

3.3 模型試驗(yàn)塊的養(yǎng)護(hù)

1～4 號(hào)試驗(yàn)?zāi)Ｐ突炷猎跐沧⑼杲K凝后，表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。3 號(hào)模型、4 號(hào)模型于次日拆模，模板拆除后采取包裹養(yǎng)護(hù)。包裹方式為：頂部采用棉被覆蓋；側(cè)面采用土工布+薄膜+棉被+薄膜的方式。第一層采用土工布包裹，包裹好用水淋濕土工布再包裹薄膜，第三層為棉被，棉被包好后最外層再包裹一層薄膜，包裹完成后用尼龍繩進(jìn)行捆綁加固。澆注完后第 7 天，拆除外面 3 層養(yǎng)護(hù)材料后，留土工布包裹繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。1 號(hào)模型、2 號(hào)模型緩拆模，在終凝后頂部采用蓄水養(yǎng)護(hù)，頂部鋪設(shè)四層水泥磚進(jìn)行蓄水，采用人工加熱養(yǎng)護(hù)水，養(yǎng)護(hù)水溫度與混凝土表面溫度之差控制在 15℃ 之內(nèi)，蓄水高度控制在 20cm 左右。澆注完后第 3 天進(jìn)行拆模，模板拆除后立即用土工布包裹養(yǎng)護(hù)。側(cè)面采用土工布對(duì)混凝土表面進(jìn)行包裹，包裹后用水澆濕土工布，包裹完后，再用塑料薄膜包裹，包裹后的外層土工布同樣用水澆濕，再采用尼龍繩捆綁包裹材料。澆注完后第 14 天拆除 1～4 號(hào)模型包裹材料，使其自養(yǎng)。

5～8 號(hào)試驗(yàn)?zāi)Ｐ突炷猎跐沧⑼杲K凝后，表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。5 號(hào)試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀诖稳詹鹉＃鹉：蟛扇⊥凉げ?薄膜+棉被+薄膜的養(yǎng)護(hù)方式。澆注完后第 7 天拆除包裹材料，使其自養(yǎng)。7 號(hào)試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀跐沧⑼旰蟠稳詹鹉?，拆模后同樣采取土工?薄膜+棉被+薄膜的養(yǎng)護(hù)方式。澆注完后第 7 天拆除包裹材料，使其自養(yǎng)。6 號(hào)、8 號(hào)緩拆模，在終凝后頂部采用蓄水養(yǎng)護(hù)，頂部鋪設(shè)四層水泥磚進(jìn)行蓄水，采用人工加熱養(yǎng)護(hù)水，養(yǎng)護(hù)水溫度與混凝土表面溫度之差控制在 15℃ 之內(nèi)，蓄水高度控制在 20cm 左右。在澆注完后第 7 天拆除模板，使其自養(yǎng)。試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)及表觀圖見圖2、3。

圖2 模型試驗(yàn)塊的養(yǎng)護(hù)

圖3 模型試驗(yàn)塊表觀

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

混凝土試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 混凝土測(cè)溫結(jié)果

從測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)上看，不同養(yǎng)護(hù)條件、凝結(jié)時(shí)間及混凝土配合比對(duì)混凝土溫度峰值均有不同程度影響。其中蓄水養(yǎng)護(hù)均比不蓄水養(yǎng)護(hù)溫度峰值低，降低值在 1.3～2.5℃ 之間。當(dāng)混凝土凝結(jié)時(shí)間增加至初凝時(shí)間 20h 以上后，混凝土中心最高溫度值推遲出現(xiàn)并降低，凝結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)具有削弱溫度峰值的作用，最大可降低溫度值 4.8℃，同時(shí)內(nèi)表溫差也進(jìn)一步減小，對(duì)防裂很有利。通過降低水泥用量增大礦物摻合料摻量，當(dāng)?shù)V物摻合料摻量從 35% 增加至 65%，中心溫度峰值平均降低 4.9℃。實(shí)際情況表明，溫控工作均取得了良好的效果：本次模型試驗(yàn)混凝土均未出現(xiàn)裂縫，表觀質(zhì)量良好。

本次 8 組模型試驗(yàn)混凝土模型實(shí)體芯樣抗壓強(qiáng)度值均達(dá)到 C40 要求，大摻量礦物摻合料混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，較低摻量礦物摻合料配合比高。強(qiáng)度值見表3。

表3 混凝土模型實(shí)體芯樣抗壓強(qiáng)度值

5 結(jié)論與建議

（1）大體積混凝土溫控措施的原則是：在混凝土溫升階段采取降低混凝土內(nèi)部最高溫度的措施來降低內(nèi)表溫差；在混凝土降溫階段采取保溫措施提高表面溫度來降低內(nèi)表溫差。

（2）采用鋼模時(shí)因其對(duì)保溫不利，就要根據(jù)保溫養(yǎng)護(hù)的需要再增加保溫措施，如土工布、塑料薄膜或組合使用，必要時(shí)可用棉被；養(yǎng)護(hù)水溫與混凝土表面溫度之差較大時(shí)會(huì)增大內(nèi)表溫差，從而增加混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)，可對(duì)養(yǎng)護(hù)水進(jìn)行加熱。保溫養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，主要目的是通過減少混凝土表面的散熱，從而降低大體積混凝土內(nèi)表溫差。

（3）加入緩凝型減水劑混凝土凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)采用大摻量礦物摻合料，能有效推遲混凝土水化放熱，有削弱混凝土溫度峰值的效果。

[1]胡英杰，王海林.碼頭胸墻產(chǎn)生裂縫的原因及對(duì)策[J].水運(yùn)工程，2011(5):147-150.

[2] JTS202—1—2010.水運(yùn)工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 邵曉蓉，沈云剛.大體積混凝土的溫度監(jiān)測(cè)實(shí)例[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2005,25(9):65-68.