大體積混凝土承臺溫度控制措施的相關(guān)探究

馮宏偉

(山西運城路橋有限責任公司，山西運城 044000)

1 工程概況

該項工程位于寧夏銀川繞城高速公路的西北段，由山西運城路橋有限責任公司所承建。該項工程施工距離共計7.7 km，樁號為K13+200～K20+900，預計工程造價為10 205萬元。其中大西湖特大橋主橋為本文研究討論的重點，該橋梁的設(shè)計跨度為88 m+5×136 m+88 m，橋梁類型為預應力混凝土鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋，其中主橋墩的基礎(chǔ)每排為12根直徑為2.0 m的樁基礎(chǔ)，而其承臺平面尺寸長寬高為35.2 m×10.8 m×5 m，一次澆筑混凝土方量為1 140.5 m3，屬于大體積混凝土施工。為了保證承臺的承載能力以及耐久性，需要采取溫度控制的相關(guān)措施。經(jīng)過對施工圖紙的審核，認為橋梁的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計完全符合工程項目標準，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，大體積混凝土承臺的結(jié)構(gòu)強度不會受到除溫度控制措施以外的其他因素的影響。

1)大體積混凝土承臺施工工藝原理。

在承臺鋼筋安裝完畢后，在承臺內(nèi)不同層高布置冷卻水管及設(shè)置一定數(shù)量的測溫元件。承臺混凝土澆筑前先進行通水試驗，經(jīng)確定可以正常通水后，即可以泵送的方式澆筑承臺大體積混凝土?；炷翝仓戤吅螅ㄟ^設(shè)置的測溫元件對承臺內(nèi)不同部位進行測溫，并采取內(nèi)排外保的方式進行混凝土養(yǎng)護，控制承臺大體積的內(nèi)外溫差梯度在允許范圍內(nèi)，避免承臺內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生溫度裂縫。

2)大體積混凝土承臺施工工藝流程。

樁頭鑿除→清渣、墊層施工→安裝預埋鋼筋、冷卻水管→測溫元件布置→模板安裝與校正→混凝土澆筑→通水冷卻→灌漿封孔→混凝土墩身聯(lián)結(jié)部鑿毛。

2 大體積混凝土承臺的溫度控制措施

該項工程中的大體積混凝土承臺，其施工澆筑土方量達到了1 000 m3以上，如果對溫度的控制不當，混凝土結(jié)構(gòu)極為容易出現(xiàn)裂縫，對承臺的強度以及橋梁的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成十分深遠的影響。因此，在進行承臺施工的時候，除了通過選用高規(guī)格水泥與鋼筋、減少混凝土結(jié)構(gòu)約束力、合理布置鋼筋等措施之外，對溫度的控制成為了施工的重點。通過對該項工程中承臺溫度收縮應力的相關(guān)計算，得出了進行溫度控制的基本目標，并根據(jù)溫度控制的目標，采取了以下幾項措施進行有關(guān)于溫度控制的施工措施:

1)選取有利于溫度控制的原材料。

通過以往的施工經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，混凝土施工的原材料會對溫度控制的難度產(chǎn)生較大的影響，并且，原材料的選擇更關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的強度。首先，選擇有利于溫度控制的水泥品種。該項措施也是原材料選擇中對溫度控制影響最大的措施，因為混凝土升溫的主要因素就是水泥產(chǎn)生了水化熱，所以在選擇了低熱的水泥品種之后，溫度控制措施將會更加容易實現(xiàn)。應優(yōu)先選用水化熱小的水泥，如礦渣水泥等。另外，對混凝土原材料中的骨料進行選擇，應盡量采用級配良好的集料以及粒徑0.38 mm的中砂，中砂相比于細砂，能夠在很大程度上減少水泥與水的用量。其次，將減水引氣劑這種外加劑添入混凝土的原材料中，提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性以及抗?jié)B性，可在一定程度上降低溫度控制的難度。最后，應進行混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計，加入粉煤灰，減少水泥用量，控制水灰比，降低水化熱，提高混凝土和易性和密實度。

經(jīng)試驗優(yōu)化設(shè)計，工地采用的混凝土配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶粉煤灰∶外加劑 =266∶716∶1 068∶186∶137∶2.015，根據(jù)地泵輸送施工條件的需要，設(shè)計坍落度為160 mm～200 mm。

骨料:碎石:5 mm～31.5 mm連續(xù)級配碎石;砂:水洗中砂，細度模數(shù) 2.96。

水泥:選用水化熱低的寧夏賽馬42.5礦渣硅酸鹽水泥，水泥用量不宜超過350 kg/m3。

粉煤灰:選用寧夏欣源地區(qū)的Ⅰ級粉煤灰。

外加劑:選用產(chǎn)地北京的NF-2型緩凝高效減水劑。

2)對混凝土入模溫度進行控制。

控制混凝土的入模溫度是減少其總升溫量的基礎(chǔ)措施，通過減小混凝土的內(nèi)外溫差，來提高承臺的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為了讓混凝土的總升溫量減少，首先可以對骨料進行降溫處理，采取遮陽等措施。其次，在混凝土的拌和水中也可以加入冰塊，達到降低混凝土入模溫度的目的。最后，對將要使用的水泥采取通風冷卻的方式，讓水泥的溫度不至于上升過高。另外，為了進一步控制混凝土的入模溫度，可以盡量選擇在夜間進行混凝土的施工，這樣就可以最大程度地減少光照對混凝土入模溫度的影響。在大西湖特大主橋的承臺施工中，混凝土入模溫度控制的骨料溫度保持在40℃以下，水溫保持在10℃以下，水泥溫度保持在50℃以下。

3)在混凝土內(nèi)預埋冷卻管。

在混凝土內(nèi)部預埋冷卻管，是較為有效的一種溫度控制措施，也是大體積混凝土承臺溫度控制措施中最主要的一部分。在大西湖特大主橋中，采用的冷卻管直徑為50 mm黑鐵管，折線形布置，水平間距1.0 m，豎向間距1.0 m，距承臺邊1.0 m，與上下混凝土面距離0.5 m。進出水口設(shè)在承臺頂面并伸出承臺0.5 m。冷卻水流量為2 m3/h，冷卻水的溫度控制在15℃左右，而混凝土的入模溫度控制在25℃左右，通過溫度變化的實驗分析發(fā)現(xiàn)，該溫度條件下，混凝土內(nèi)外的溫差變化能夠始終控制在小于25℃的范圍內(nèi)，保證不產(chǎn)生較大的溫度應力。

4)制定合理的混凝土澆筑方案。

混凝土的澆筑工藝與溫度的控制有著十分密切的聯(lián)系。在該項工程中，選擇的是分層法來進行混凝土的澆筑，分層厚度自下而上為3 m，2 m，間隙時間7 d～12 d。各層澆筑順序為沿橋方向一端向另一端分段分層進行，分層厚度30 cm。這種方法可以在最大程度上讓混凝土的散熱均勻，避免出現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫度差異過大的情況。在進行全面分層法澆筑時，盡量縮短間歇時間，保證在下層混凝土初凝之前將上層混凝土澆筑完畢。另外，對澆筑時的細節(jié)也需要非常注意。特別是對于大體積混凝土承臺來說，由于體積大，工期往往相對來說就會更長，在施工過程中十分容易出現(xiàn)混凝土澆筑時間間歇過長以及混凝土承臺側(cè)面長期裸露的問題，更要注意讓混凝土澆筑時的散熱均勻，避免溫差過大的現(xiàn)象。加強表面保溫與養(yǎng)護，混凝土澆筑后，頂面和側(cè)面及時用濕草袋覆蓋，并用彩條布將整個承臺罩住，形成一個保濕保溫的環(huán)境，延緩降溫速率。施工中若遇雨季、氣溫驟降、低溫、降雪等惡劣氣候，混凝土內(nèi)外溫差加大，應及時采取相應措施，如搭設(shè)暖棚、蒸汽養(yǎng)護等，以保持混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃。

圖1 測溫點布設(shè)示意圖

5)對混凝土溫度進行實時監(jiān)測。

在混凝土澆筑初步完成之后的一段時間內(nèi)，由于其內(nèi)部的反應，會出現(xiàn)不同程度的溫度升高的現(xiàn)象。而一旦升溫現(xiàn)象過于劇烈，超過了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的抗拉能力，就會使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。所以在該項工程中，為了更好地掌控混凝土內(nèi)部溫度變化的情況，采用了溫度監(jiān)測的方式，對混凝土的內(nèi)外溫差有更加深入的了解。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，測溫點布設(shè)如圖1所示，共布置65個溫度測點。安裝完畢后，對測溫點進行編號，以便測溫監(jiān)控記錄?；炷恋臏囟缺O(jiān)測，要求在升溫階段每2 h巡回監(jiān)測各點溫度一次。到達峰值后同樣每2 h監(jiān)測一次，持續(xù)5 d。隨著混凝土溫差變化減少，逐漸延長監(jiān)測間隔時間，直到溫度變化基本穩(wěn)定。在溫度監(jiān)測與冷卻管降溫的協(xié)同作用下，混凝土內(nèi)部的溫度可以得到最大程度的降低，從而讓內(nèi)外溫差減小，對混凝土的結(jié)構(gòu)強度保證具有積極的意義。

溫控指標符合以下規(guī)定:澆筑過程中內(nèi)外溫差不大于25℃;降溫速率不大于2℃/d;表面溫度與環(huán)境溫差不大于20℃。

3 結(jié)語

在公路工程中，大體積混凝土承臺的施工對公路橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有十分重要的影響作用。在該項工程中，對大體積的混凝土承臺施工中的溫度控制措施進行了深入的介紹，從原材料、混凝土入模溫度、冷卻管、澆筑方案以及溫度監(jiān)測等多方面入手，讓混凝土的溫度能夠被控制在可承受的范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)裂縫，影響承臺的結(jié)構(gòu)強度。隨著對大體積混凝土承臺溫度控制措施應用水平的逐漸提升，我國的公路橋梁施工質(zhì)量將會得到更大程度的提高，可實現(xiàn)公路建設(shè)的飛速發(fā)展。

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