談大體積混凝土施工的溫度控制

張大明

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550000)

1 概論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，大型橋梁得到迅速發(fā)展，各種大跨徑的懸索橋逐漸被應(yīng)用，因此大體積混凝土施工是當(dāng)今國(guó)內(nèi)很關(guān)注的一個(gè)課題，大體積混凝土施工關(guān)健就在于控制溫度防止混凝土的開裂。壩陵河大橋是鎮(zhèn)勝高速公路上的主要控制性工程，是目前國(guó)內(nèi)跨度最大的鋼桁加勁梁懸索橋，主跨1 088 m，橋梁全長(zhǎng)1 564 m。東索塔基礎(chǔ)由32根長(zhǎng)60 m的群樁組成;承臺(tái)為啞鈴形，平面尺寸為23.25 m×63.065 m，高7 m，采用橫系聯(lián)接，混凝土為大體積混凝土;索塔為箱形截面，塔高186.788 m;東錨碇為重力式錨，錨碇總高度前側(cè)為48 m，后側(cè)為71 m，基礎(chǔ)長(zhǎng)71 m，寬45.5 m，土石方工程約58 350 m3，錨碇為大體積混凝土。

2 大體積混凝土溫度控制

壩陵河大橋東錨碇的設(shè)計(jì)為重力式結(jié)構(gòu)。體積龐大，錨碇混凝土方量達(dá)84 000 m3，屬大體積混凝土，因此在施工中必須實(shí)行溫度控制，以防止混凝土開裂而造成的質(zhì)量問(wèn)題。選用水化熱低的水泥作為原材料，進(jìn)行配合比試驗(yàn)，確定適宜的混凝土施工配合比。安裝冷卻水管并通水，將混凝土產(chǎn)生的熱量迅速帶走，并設(shè)置熱感觀測(cè)點(diǎn)，不間斷觀測(cè)混凝土內(nèi)部溫度，按情況調(diào)整冷卻水，有效的控制混凝土溫度升高。在混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，用棉被包裹混凝土避免外層混凝土降溫過(guò)快，減小混凝土內(nèi)外溫差和降溫速度，使混凝土質(zhì)量得到了保證。下面從幾個(gè)方面進(jìn)行論述。

2.1 優(yōu)化混凝土配合比

1)選用大體積混凝土用原材料。

a.水泥:經(jīng)試驗(yàn)比較，采用水城生產(chǎn)的“烏蒙山”P.O32.5水泥，屬中低熱水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度試驗(yàn)結(jié)果小于28%，堿含量小于3%，28 d 抗壓強(qiáng)度39.8 MPa。

b.粉煤灰:采用安順電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，其細(xì)度、燒失量、含水率等符合GBJ 146-90粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。

c.細(xì)骨料:采用經(jīng)人工破碎加工而成的機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為2.5～3.0范圍。小于0.075 mm的顆粒含量為8%，其指標(biāo)符合規(guī)范要求。砂應(yīng)盡量堆高，以降低混凝土的出機(jī)溫度。

d.碎石:采用石灰質(zhì)巖石加工(經(jīng)5 mm～16 mm，16 mm～31.5 mm合成級(jí)配良好)的碎石，其母材抗壓強(qiáng)度為90 MPa，含泥量小于1%，小于2.5 mm的顆粒含量為5%。碎石使用前須盡量堆高，以降低混凝土的出機(jī)溫度。

e.拌和用水:采用小橋河水，常年水溫低1℃～20℃，經(jīng)檢驗(yàn)符合要求。

f.外加劑:采用山西黃騰萘系UNF-3C緩凝高效減水劑，減水率為25%。

2)混凝土配合比。

經(jīng)多次試配(2005年7月～2006年2月，共做試配76組)，選定大體積混凝土配合比，見表1。

表1 混凝土配合比參數(shù)表 kg/m3

2.2 混凝土的澆筑

根據(jù)實(shí)際將錨錠從平面上分成四塊，每次每塊澆筑層厚2 m，如果按一次澆筑50 cm，往返澆筑，澆筑一次往返需5 h，這樣由于澆筑面時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致混凝土表面水分損失過(guò)大，無(wú)法保證混凝土的澆筑質(zhì)量。因此本工程采用斜坡面澆筑法，并保證斜坡面不大于2°，以防止混凝土自由向下滑動(dòng)，影響混凝土的均勻性。本工程采用傳送帶將混凝土輸送到錨碇中央，然后配以溜槽將混凝土送到錨塊各部，這樣既可以避免采用罐車時(shí)由于不斷攪拌增加混凝土溫度外，而且施工過(guò)程保證混凝土勻速送料，靈活方便。并在鋼模交接處配以小塊木模，便于隨時(shí)排出混凝土振搗過(guò)程中產(chǎn)生的泌水。在整個(gè)錨錠混凝土澆筑過(guò)程中，試驗(yàn)室制取試件約900組試樣，28 d抗壓強(qiáng)度均大于34 MPa。

2.3 混凝土澆筑溫度的控制

本工程為確保施工溫控方案的安全可靠，在施工前采用有限元分析模擬大體積混凝土溫度場(chǎng)，根據(jù)大體積混凝土配合比與溫度及溫度應(yīng)力的估算，并結(jié)合外界溫度的變化經(jīng)模擬試驗(yàn)后有針對(duì)性地采取措施控制溫差:

1)在混凝土內(nèi)預(yù)先埋設(shè)冷卻水管，冷卻管采用φ40 mm×2 mm的鋼管制作，循環(huán)水冷卻管安裝完成后，通水試驗(yàn)，檢查管道的嚴(yán)密性。隨混凝土的澆筑分階段通水循環(huán)，以降低混凝土內(nèi)部高溫，減少出現(xiàn)有害裂縫。

2)在混凝土澆筑前用水將碎石冷卻后再拌制混凝土以降低混凝土的入模溫度;混凝土入模后加強(qiáng)施工振搗，確?；炷恋拿軐?shí)性。避免混凝土拌和物堆積過(guò)大而出現(xiàn)太大高差。

3)采取較長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，規(guī)定合理的拆模時(shí)間，延緩降溫時(shí)間和速度，充分利用混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。嚴(yán)防拆模時(shí)間過(guò)早造成的溫差裂縫出現(xiàn)。

2.4 冷卻水溫度控制

1)冷卻水管的布置方法:冷卻水管布置在混凝土已完成澆筑層的頂面，管水平間距1.5 m，與預(yù)埋鋼筋固定。2)每個(gè)循環(huán)面布置冷卻水管4套系統(tǒng)，2套6管循環(huán)系統(tǒng)安裝在結(jié)構(gòu)平面兩側(cè)，2套4管循環(huán)系統(tǒng)安裝在結(jié)構(gòu)面中部，以加速中部的冷卻效率。3)冷卻水系統(tǒng)采用雙向設(shè)置4個(gè)水泵(分大小功率兩種，根據(jù)溫度降低速率調(diào)整的需要采用不同功率的水泵)，混凝土澆筑開始后，開啟系統(tǒng)的各個(gè)循環(huán)，使循環(huán)水與混凝土同步升溫，啟動(dòng)初期20 h內(nèi)可趁混凝土正處于塑性狀態(tài)采用最大流水量，以最大限度地帶走混凝土的熱量，1 d后由于部分混凝土開始凝固且溫度已經(jīng)開始降低，則根據(jù)測(cè)溫情況決定水流量。如混凝土內(nèi)部溫度與入水溫度之差小于20℃，可加大入水量，如入水溫度與混凝土內(nèi)部溫差在20℃～25℃，可減小入水量，最終使混凝土內(nèi)部溫度與循環(huán)水溫差控制在20℃左右。4)為有效地防止混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)，采取控制冷卻的流速與控制循環(huán)水進(jìn)出口的溫度來(lái)達(dá)到控制混凝土降溫速率的效果。

其他相關(guān)工程中，混凝土冷卻水管一般布置在每個(gè)澆筑層的中部，這樣效果雖然很好，但增加施工難度和造價(jià)。同時(shí)由于混凝土上下澆筑層之間間隔限定在7 d，次層混凝土澆筑后產(chǎn)生的水化溫度會(huì)導(dǎo)致先澆層已經(jīng)冷卻的混凝土出現(xiàn)二次溫度回升現(xiàn)象，此現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致混凝土反復(fù)受到溫度應(yīng)力的加載影響，不利于混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此本工程借鑒日本同類工程的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)模擬仿真試驗(yàn)，本工程將冷卻水循環(huán)系統(tǒng)布置于本層混凝土的底部，在降低本層混凝土內(nèi)部溫升峰值的同時(shí)，也可阻止先澆層混凝土的溫度二次回升現(xiàn)象。

2.5 測(cè)點(diǎn)布置與測(cè)溫控制

1)傳感器布置:結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在混凝土施工過(guò)程中，在混凝土結(jié)構(gòu)面的中心、邊、角分別布置共5處測(cè)溫區(qū)，每處上、中、下部各布置一個(gè)傳感器。其中，中心部位兩個(gè)(間隔3 m)，邊角距混凝土邊沿1.5 m。2)監(jiān)控儀器:本工程采用哈爾濱建筑大學(xué)研制的兩臺(tái)WLR-C型智能多點(diǎn)溫度檢測(cè)儀，輔助測(cè)溫工具為一臺(tái)北京市建筑工程研究院研制的JDC-2型便攜式電子測(cè)溫儀。3)測(cè)溫:在混凝土澆筑完畢后10 h開始第一次測(cè)試，以后每隔2 h～4 h測(cè)一次，在測(cè)試過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)。直到該層混凝土溫度下降10℃為止。4)根據(jù)模擬計(jì)算及規(guī)范要求，控制指標(biāo)不得大于下列數(shù)值:a.混凝土澆筑塊體在澆筑入模溫度基礎(chǔ)上最大升溫值不大于35℃;b.混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差(不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度)為25℃;c.混凝土澆筑塊體的降溫速度為1.5℃/d。

2.6 養(yǎng)護(hù)

大體積混凝的養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)關(guān)鍵且十分重要的工作，必須切實(shí)做好。養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度及濕度條件，增加混凝土早期結(jié)構(gòu)的形成，盡快地提高混凝土極限拉伸和抗拉強(qiáng)度，并使早期抗拉能力很快上升。本工程的做法是:1)在混凝土澆筑完成之后，在其頂面覆蓋一層塑料布加一層麻袋進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)生，并隨時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，并在塑料布適當(dāng)位置鉆孔，以利于養(yǎng)護(hù)水的滲入。如遇外界突然降溫，則在混凝土內(nèi)部的管道內(nèi)通入熱水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，因此工地上還備有熱水鍋爐，以應(yīng)付突然變化的天氣情況。2)如因后續(xù)工作的需要(如鑿毛、安裝構(gòu)件)，必須揭開養(yǎng)護(hù)層時(shí)，只宜局部進(jìn)行，完工后及時(shí)回蓋。3)養(yǎng)護(hù)必須在混凝土內(nèi)外平均溫差不大于10℃，才能撤消養(yǎng)護(hù)層。

3 結(jié)語(yǔ)

壩陵河特大橋東錨碇屬超大體積混凝土，溫度控制十分重要。本章從試驗(yàn)研究及理論分析得出如下結(jié)論:1)工程用大體積混凝土施工配合比采用的粉煤灰混凝土，摻加緩凝減水劑有效地推遲水化溫升峰值的出現(xiàn)。水化熱峰值推遲到了3 d左右出現(xiàn)，同時(shí)降低了水化熱峰值。這對(duì)于保證混凝土的質(zhì)量不產(chǎn)生溫度裂縫是極其有利的;2)采用塑料薄膜及麻袋進(jìn)行覆蓋的養(yǎng)護(hù)措施，同時(shí)預(yù)設(shè)冷卻水系統(tǒng)，給混凝土降溫過(guò)程提供一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，保證了本工程大體積混凝土達(dá)到最高溫升后，在降溫階段不產(chǎn)生過(guò)大的溫度梯度與降溫速率，保證工程質(zhì)量，從施工驗(yàn)收結(jié)果來(lái)看，此溫控方案合理，溫控工作達(dá)到合同規(guī)定要求;3)施工中采用內(nèi)部降溫、外部保溫的養(yǎng)護(hù)措施，有效地保證了大體積混凝土內(nèi)外溫差不超過(guò)規(guī)定的25℃，冷卻水溫度值也未超過(guò)規(guī)定，降溫速率小于1.5℃/d;4)通過(guò)采取以上措施，使混凝土內(nèi)部最高溫升控制在了57.0℃以內(nèi)，最大溫差24.1℃，完全滿足YBJ 224-91塊體基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)程第2.0.5條規(guī)定的最大溫差不大于25℃規(guī)定的要求，同時(shí)滿足方案規(guī)定值。日均降溫速率控制在了1.4℃左右，混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于混凝土的實(shí)際抗拉強(qiáng)度，混凝土沒有產(chǎn)生裂縫，達(dá)到了混凝土施工的質(zhì)量要求。

［1］JGJ 55-2011，公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［2］JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］JTG E42-2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［4］JTG 28-86，粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］趙 鵬，于 濤.大體積混凝土設(shè)備基礎(chǔ)施工溫度控制研究［J］.山西建筑，2012，38(13):125-126.