大體積混凝土施工及溫控技術(shù)研究

唐唐剛

摘要：隨著大型建筑和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，在我國工程建設(shè)領(lǐng)域經(jīng)常涉及到大體積混凝土施工。本文通過對某工程斜拉橋主墩承臺施工技術(shù)的分析研究，在大體積混凝土施工過程中，采取水平分層一次性澆筑的方法，布置八層冷卻水管進行溫度控制，并對施工過程進行了總結(jié)分析，為其他類似工程提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；一次澆筑；溫度控制

1 工程概況

本工程主塔墩為變厚度八邊形承臺，順橋向中部22.52m厚度為8m，順橋向兩側(cè)11.537m部分厚度由8m變?yōu)?m，平面為45.6m×40.3m的切角矩形，切角邊長為11.537m；主墩承臺鋼筋為HRB335、HRB400兩種型號鋼筋，鋼筋直徑分別為：32、25、20、16，共計鋼筋1600噸。主墩承臺混凝土標(biāo)號為C30，混凝土澆筑方量約12000m3，屬于大體積混凝土施工。

2 主墩承臺施工難點

1）主墩承臺為大體積混凝土施工，一次性澆注方量達12000m3，施工組織難度大。

2）為避免混凝土出現(xiàn)裂紋，需盡量降低水化熱，大體積混凝土配合比要求高。

3）混凝土初凝后，混凝土芯部與表面、表層與環(huán)境階梯溫差控制難度大。

3 方案概述

本工程施工方案結(jié)合設(shè)計單位要求，比選及試驗研究，并結(jié)合現(xiàn)場的實際工作環(huán)境，主要考慮大體積混凝土的澆筑質(zhì)量以及溫度控制，避免不同齡期混凝土的收縮產(chǎn)生裂縫，確定采用分層澆筑法一次澆筑，采用無線測溫元件進行全程溫度監(jiān)測。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1大體積配合比設(shè)計

配合比設(shè)計時，主要考慮兩個因素：一是在不影響混凝土強度的前提下，選擇低水化熱的普通硅酸鹽水泥，優(yōu)化配合比，降低絕熱升溫；二是外加劑的品種、摻量根據(jù)工程所用膠凝材料經(jīng)試驗確定，粉煤灰摻量不宜超過膠凝材料用量的40%，礦渣粉的摻量不宜超過膠凝材料用量的50%；在混凝土中摻加中效緩凝減水劑，有效降低每方混凝土水泥用量，從而降低混凝土的水化熱溫升。

4.2施工組織

4.2.1澆筑方法

承臺混凝土澆筑選用六臺48m泵車，溜槽配合進行澆注；采用水平分層澆筑，每層混凝土澆筑時，其厚度不宜過大，一般應(yīng)控制在0.3～0.5m左右，以便分層表面散熱面能充分散熱。在澆筑下部4m范圍內(nèi)混凝土?xí)r，采用泵車和溜槽同時澆筑，澆筑上部4m范圍內(nèi)混凝土?xí)r，采用四臺泵車進行澆筑。

4.2.2大體積混凝土養(yǎng)護

承臺內(nèi)部采用通冷卻水進行對混凝土降溫，上部采用循環(huán)水及覆蓋保溫材料進行養(yǎng)護，承臺表面混凝土終凝后及時進行覆蓋并噴射噴淋水進行循環(huán)養(yǎng)護。

4.3溫度控制

4.3.1 溫控原則

1）混凝土里表溫差控制在25℃以內(nèi)。

2）澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃以內(nèi)。

3）混凝土入模溫度不小于5℃，不大于30℃。

4）冷卻水管進水溫度與出水溫度不宜大于15℃。

5）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不大于50℃。

4.3.2 混凝土澆筑過程中水化熱計算

1）模型建立

計算采用MIDAS CIVIL 中的水化熱計算方法，采用實體單元進行模擬承臺。

2）計算結(jié)果

通過有限元計算分析，在未布設(shè)冷卻水管前，承臺中心最高溫度達到62.3℃，達到最高溫度為澆筑完混凝土后的第7天。

且承臺中心溫度長時間維持在60℃以上，直到第21天降到60℃，散熱極其緩慢。因為承臺體積極大，對流面只有上表面，承臺底部及周邊都是土體，對流熱量有限，導(dǎo)致熱量散發(fā)困難。在布設(shè)冷卻水管后，承臺最高溫度為53.4℃，且散熱速度合理，能夠滿足施工質(zhì)量要求。

4.3.3 冷卻水管布置

在混凝土內(nèi)部溫度場布設(shè)冷卻水管，以控制混凝土內(nèi)外溫差在25℃內(nèi)，承臺內(nèi)共布設(shè)八層冷卻水管，分別位于承臺頂下0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、4.5m、5.5m、6.5m、7.5m八個斷面；

通過計算，水管內(nèi)通水流速為3.5m/s，冷卻水管通水流量達到15L/min；冷卻水的進水口水溫以15C～25C為宜。

4.3.4 測溫元件安裝

為有效對承臺混凝土進行監(jiān)控，在承臺內(nèi)預(yù)埋無線測溫元件對混凝土內(nèi)部和表面溫度進行監(jiān)控。測試元件在每條測試軸線上監(jiān)測點位不少于4處，在結(jié)構(gòu)平面位置的邊緣布置6處共48點；在芯部分別布置4處，豎向位置根據(jù)冷凝水管位置布置8點共計32點；其余按照軸線位置進行布設(shè)，共計112點；測試元件的引線要集中布置，并應(yīng)加以保護；在承臺頂以下50mm、1.0m、2.0m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、7.0m八個斷面；每個斷面溫度傳感器呈環(huán)形布置。

4.3.5 測溫結(jié)果

測溫記錄包括澆注部位、時間、大氣溫度、混凝土表面溫度、混凝土內(nèi)部溫度、最大溫差、入水溫度、出水溫度、負(fù)責(zé)人、測溫人、時間。同時進行溫度曲線測繪，分析溫度變化情況；

混凝土溫度采集內(nèi)容主要包括混凝土入模溫度，每個測溫孔處的混凝土內(nèi)部溫度，無紡布內(nèi)溫度，無紡布外溫度（即外界氣溫），冷卻管進出水溫度，按頻率測量數(shù)據(jù)。

1）溫度曲線繪制

?①每一測點內(nèi)部溫度隨時間變化曲線；

?②同一豎向截面上，溫度沿高度變化曲線；

?③同一高度（厚度）測點沿承臺水平截面溫度變化曲線；

④外界氣溫隨時間變化曲線。

2）數(shù)據(jù)處理

所有溫度測量數(shù)據(jù)的采集設(shè)專人負(fù)責(zé)，保證所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實性，根據(jù)所測數(shù)據(jù)分析混凝土內(nèi)部溫度變化情況，調(diào)整冷卻管進出水溫度。

從承臺澆筑開始后對混凝土進行實施測溫。承臺測溫元件布設(shè)8層，通過測溫結(jié)果表明，理論溫度與實測溫度能夠很好的吻合，表明計算模擬的正確性及采取冷卻水管的有效性，同時，可以側(cè)面反映各個混凝土部位的拉應(yīng)力值理論計算值吻合，最大為1.2mpa，小于允許拉應(yīng)力，混凝土各個部位沒有裂縫產(chǎn)生。

4.3.6 指導(dǎo)施工

根據(jù)溫度與應(yīng)力計算結(jié)果，提出以下溫控標(biāo)準(zhǔn)：混凝土的里表溫差不宜大于25℃，混凝土澆筑體表面溫度與外部大氣環(huán)境溫度應(yīng)不宜大于20℃；當(dāng)實測混凝土內(nèi)外溫差≥25℃，應(yīng)加快冷卻水管的流量，加快內(nèi)部散熱，直到將內(nèi)外溫差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

大體積混凝土與普通混凝土的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實質(zhì)的區(qū)別是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，內(nèi)部高溫區(qū)范圍較大，整體散熱較慢，造成內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能會使混凝土開裂，因此表層的保溫極為重要。

本主墩承臺的施工過程中，布設(shè)多層冷卻水管，采取水平分層一次澆筑的施工方法，在澆筑和養(yǎng)護期間進行了24小時的無線測溫監(jiān)控，有效地控制了由于溫差產(chǎn)生的混凝土開裂，確保了工程的質(zhì)量。本方法的成功運用，可為其他類似的大體積混凝土工程提供借鑒。

參考文獻：

[1]《公路施工手冊——橋涵》[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]《大體積混凝土施工規(guī)范》[M].北京：中國計劃出版社，2009.

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