淺析大體積混凝土內(nèi)外溫差控制技術(shù)

朱芳芳

(中鐵大橋局第二工程有限公司 江蘇 南京 210015)

淺析大體積混凝土內(nèi)外溫差控制技術(shù)

朱芳芳

(中鐵大橋局第二工程有限公司 江蘇 南京 210015)

通過分析大體積高性能混凝土內(nèi)外溫差的產(chǎn)生的原因，從控制初始入模溫度和控制內(nèi)部絕熱溫升、降低內(nèi)部溫度累計和控制外部表面溫度三方面考慮，采取綜合措施來控制入模溫度、優(yōu)化施工工藝來達(dá)到控制溫差的目的。理論和實踐證明采取綜合措施能夠滿足混凝土裂紋控制的要求。

大體積混凝土；內(nèi)外溫差；控制

1 概述

隨著國內(nèi)建橋水平的提高，大型橋梁越來越多，大體積混凝土結(jié)構(gòu)普遍出現(xiàn)。通常情況下大體積普通混凝土的承臺、墩（臺）身在施工養(yǎng)護(hù)的過程中很容易開裂。產(chǎn)生裂紋的原因有很多種，裂紋的種類也較多，但主要分為兩種即收縮裂紋和溫差裂紋。收縮裂紋一般采取一定的施工工藝，可以容易的消除。但溫差裂紋屬于內(nèi)部裂紋，當(dāng)溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土本身的抗拉強(qiáng)度后，裂紋就會出現(xiàn)。因此有必要采取必要的溫控措施，控制混凝土內(nèi)部因水化熱引起的絕熱溫升，同時控制混凝土表面溫度，防止內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生的有害裂紋。

影響混凝土內(nèi)外溫差的因素很多，需要從多方面著手，采取綜合性的措施，才能起到很好的效果。由于內(nèi)部溫度取決于混凝土的初始入模溫度和絕熱溫升，外部溫度取決于環(huán)境溫度，因此應(yīng)從控制初始入模溫度和控制內(nèi)部絕熱溫升、降低內(nèi)部溫度累計和控制外部表面溫度三方面考慮，采取控制入模溫度、優(yōu)化施工工藝來達(dá)到控制溫差的目的。

2 入模溫度控制措施

2.1優(yōu)化配合比設(shè)計

配合比設(shè)計時，采取削峰、錯峰的原理進(jìn)行。主要是超量摻加粉煤灰，降低水泥用量，充分發(fā)揮粉煤灰水化熱小的原理，降低水化熱峰值；同時由于加入粉煤灰，而粉煤灰的水化速度比水泥慢，水泥的水化熱峰值過后，粉煤灰才產(chǎn)生峰值，不產(chǎn)生峰值疊加，實現(xiàn)了水化熱錯峰，降低絕熱溫升值。

2.2降低混凝土入模溫度

由于混凝土的溫度=入模溫度+水化放熱溫升值。而水化熱溫升值理論上是一定的，跟水泥品種、水泥用量、原材料熱工性能、配合比設(shè)計等有關(guān)。當(dāng)配合比選定后，減小混凝土溫度與外界溫度差的關(guān)鍵措施，就是要盡量降低入模溫度。

降低入模溫度主要從3方面著手：選擇合適的澆筑溫度、降低混凝土的出機(jī)溫度、降低混凝土在運(yùn)輸中的溫升。

2.2.1選擇合適的澆筑溫度

由于環(huán)境溫度是原材料及模板內(nèi)部溫度的基數(shù)，只有選擇較低的澆筑溫度，才能將外界溫度與混凝土本身溫度的疊加效應(yīng)降到最低。根據(jù)熱工原理，當(dāng)鋼筋、模板的溫度低于混凝土溫度時，會通過熱傳導(dǎo)，降低混凝土的入模溫度，從而降低水化溫升峰值。

一般選擇在陰天或者小雨、陣雨天氣澆筑，環(huán)境溫度相對晴天較低，模板內(nèi)倉的鋼筋、模板本身溫度與環(huán)境溫度影響較大，由于模板四周維護(hù)后，不通風(fēng)，承臺內(nèi)部鋼筋密集，鋼材溫度敏感性高，陽光照射產(chǎn)生的溫升很大，會與混凝土本身溫度產(chǎn)生疊加效應(yīng)。當(dāng)無法避免在晴天澆筑時，可以采取澆筑前用水沖洗鋼筋、模板，沖洗后的水及時用水泵排出基坑；有條件時，可搭設(shè)遮陽棚。

2.2.2 降低混凝土出機(jī)溫度

由于混凝土是多種原材料混合體，出機(jī)溫度時綜合熱傳導(dǎo)效應(yīng)，可以根據(jù)需要的入模溫度控制目標(biāo)，按照熱工計算來確定原材料的初始溫度。

降低原材料溫度的方法主要有以下幾點(diǎn)：（1）水泥及粉煤灰要提前進(jìn)料，使水泥、粉煤灰充分冷卻。由于大體積混凝土澆筑時，一般拌合站難以備足全部材料，需要與廠家聯(lián)系，在廠家設(shè)專庫冷卻，同時便于取樣控制質(zhì)量。（2）砂石料采用在晴天提前覆蓋的措施，避免日照升溫，同時，可采用澆水降溫的措施，但需要隨時測定砂石料含水量，實時調(diào)整拌合水用量，以維持水灰比不變。（3）拌合水中加冰塊，降低拌合水溫度時常用的方法，足夠的冰塊可以顯著降低拌合水溫度。（4）外加劑要搭設(shè)遮陽棚，既防止日曬外加劑失效，有可以避免溫度升高。（5）拌合站主機(jī)要封閉，同時在首盤拌合時，用水對機(jī)械降溫。

2.2.3 降低混凝土運(yùn)輸中的溫升

由于在運(yùn)輸中，日照對運(yùn)輸罐車產(chǎn)生溫升效應(yīng)。一般采取罐車罐體上安裝一噴水的水管，在運(yùn)輸過程中，不停的噴水冷卻罐體，降低混凝土溫升。

3 控制內(nèi)部溫度累計和控制表面溫度

3.1采取合理的澆筑工藝

除采用常規(guī)的澆筑工藝外，還需進(jìn)一步優(yōu)化工藝：澆筑時混凝土分層厚度控制在30cm以內(nèi)，便于散熱；在砼供應(yīng)速度滿足初凝要求時，優(yōu)先采用平面內(nèi)全面鋪開澆筑，逐層覆蓋循環(huán)澆筑，使前一層能有散熱時間。

混凝土澆注完畢后，在初凝前用刮尺趕平，用木抹子第一次抹面。初凝前用鐵抹子碾壓表面數(shù)遍，將混凝土表面不均勻、不規(guī)則的裂縫閉合。最后用木抹子第二次抹面，閉合收水裂縫。

3.2采取內(nèi)散外蓄的養(yǎng)護(hù)工藝

對于大體積混凝土，要進(jìn)行熱工計算，根據(jù)大體積砼施工規(guī)范要求，確定是否需要進(jìn)行內(nèi)部降溫措施。內(nèi)部散熱主要采用預(yù)埋冷卻水管循環(huán)水將混凝土溫度帶走起到降溫的目的。實施時要注意以下幾點(diǎn)：（1）控制進(jìn)水孔的進(jìn)水溫度不得過低，防止在冷卻水管與混凝土接觸面的混凝土因溫差過大出現(xiàn)裂紋。（2）管道不宜過長，一般不超過100m，過長的管道降溫效果不好。（3）澆筑混凝土前，必須進(jìn)行通水試驗，檢查接頭是否密封，否則應(yīng)處理。（4）豎向相鄰層的管道走向應(yīng)垂直，不要同向布置，避免分割結(jié)構(gòu)。（5）為確保傳熱效果，管徑不宜太小，壁厚不宜太厚，一般采用φ25～40mm的鋼管，壁厚應(yīng)選擇薄壁管。

為了掌握砼內(nèi)部溫度變化情況和規(guī)律，必須在內(nèi)部埋設(shè)測溫元件，以進(jìn)行溫度監(jiān)控。應(yīng)采用自動采集溫度數(shù)據(jù)的集中控制測溫系統(tǒng)，可以方便快捷的讀取同一時刻各測點(diǎn)溫度。

澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)混凝土覆蓋住一層冷卻水管后，該層水管即通水循環(huán)降溫；當(dāng)澆筑完畢，應(yīng)連續(xù)通水，根據(jù)經(jīng)驗一般不少于7天時間，具體應(yīng)根據(jù)溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)來確定：當(dāng)內(nèi)部溫度一直較高時，應(yīng)連續(xù)通水；當(dāng)內(nèi)部降溫節(jié)段，降溫速率超過安全速率時，應(yīng)間斷通水；當(dāng)內(nèi)部溫度下降到與環(huán)境溫度差值滿足規(guī)范要求時，可以停止通水，但溫度監(jiān)測仍需進(jìn)行，確保安全。

結(jié)構(gòu)外部蓄熱措施一般采用包裹法或蓄水法，應(yīng)進(jìn)行熱工計算，確定包裹材料的層數(shù)，保證包裹效果。包裹可采用多層覆蓋，防止過快散熱。一般在二次收光后，立即覆蓋。

3.3延長養(yǎng)護(hù)時間和拆模時間

大體積混凝土由于采用了錯峰、削峰的配合比設(shè)計，參加了粉煤灰，水化速度慢，形成強(qiáng)度需要的時間長，按照規(guī)范要求，需要保水養(yǎng)護(hù)部不少于14天。

為了有效的保溫，應(yīng)適當(dāng)延長帶模養(yǎng)護(hù)時間，同時按照溫控計算及溫控檢測的內(nèi)部溫度與外部溫度情況確定合理的拆除時間。按照規(guī)范要求，拆除模板時，混凝土表面溫度（表面往內(nèi)5cm）與環(huán)境溫度差不超過25℃[1]。另外在拆模時，應(yīng)選擇在上午升溫階段進(jìn)行，便于縮小環(huán)境溫度與混凝土實體溫度的差值，降低表面產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險。

4、工程實例

江六高速京杭運(yùn)河特大橋主塔墩承臺平面為啞鈴型，兩端為16.8m×16.8m× 4.5m的矩形，中間段為23.3m×4m×4.5m 的系梁，系梁與兩邊承臺之間連接處設(shè)1m×1m倒角。設(shè)計采用c40混凝土，單個承臺混凝土2968m3。為控制不均勻沉降對破壞系梁，系梁后澆，兩側(cè)承臺單獨(dú)澆筑，全高一次澆筑，方量1300m3。在承臺施工時，采取了綜合溫控措施，取得了良好的效果。

本橋配合比設(shè)計時，采取超量取代法，粉煤灰摻量取22.8%，其中15%替代水泥，參與水化反應(yīng)，剩余部分作為改善工作度的潤滑成分。水泥采用了P.O42.5水泥，水灰比為：0.42，外加劑采用聚羧酸型。詳細(xì)配合比見表1。

表1 承臺C40混凝土配合比

降低混凝土入模溫度措施，主要采用前述綜合措施，入模溫度控制在28℃以內(nèi)，取得了良好的效果。

在施工工藝方面，主要采取前述措施，并根據(jù)溫控計算，采用了外蓄內(nèi)散的措施：采用有限元分析程序midas，進(jìn)行模擬結(jié)構(gòu)水化熱分析，確定本橋需要采用內(nèi)部降溫措施，以保證不出現(xiàn)溫差過大出現(xiàn)裂紋。承臺內(nèi)部豎向布置4層冷卻水管，層距0.9m，平面內(nèi)按照1m間距布置循環(huán)通道。由于管道在承臺內(nèi)彎曲后長度過長，為保證降溫效果，按照1/4承臺布設(shè)一路水管，即每層布設(shè)4路，共布置4層，共16進(jìn)水口、16出水口。管道應(yīng)在澆筑混凝土前進(jìn)行通水試驗，確保接頭不漏水。

養(yǎng)護(hù)方面按照前述要求采取蓄熱措施：在混凝土的表面覆蓋塑料薄膜，使混凝土內(nèi)蒸發(fā)的游離水積在混凝土表面進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，薄膜上再蓋一層草墊，承臺周圍用彩條布全包裹蓄熱。

通過測溫顯示，混凝土內(nèi)部最高溫度52～57℃，表面溫度32～34℃，環(huán)境溫度26～32℃，最高溫度出現(xiàn)在3d時刻，溫度差小于25℃。連續(xù)通水時間6d，間斷通水4d，直到內(nèi)部溫度降至40℃。經(jīng)28d、90d、200d對外觀檢測，未發(fā)現(xiàn)有害的表面溫度裂紋。

5 結(jié)束語

針對大體積混凝土結(jié)構(gòu)，采取一定的綜合性溫控措施，來避免出現(xiàn)裂紋時十分必要的。通過工程實踐證明，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中，采取綜合性溫控措施，提前預(yù)控水化熱絕熱溫升，同時優(yōu)化施工工藝和養(yǎng)護(hù)工藝，可以起到控制溫差效應(yīng)了溫度裂紋的產(chǎn)生，有效提高了結(jié)構(gòu)內(nèi)在質(zhì)量，對類似工程有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

[1]大體積混凝土施工規(guī)范(GB50496-2009)【S】2009

[2]王鐵夢.建筑物的裂紋控制【M】.上海.上海科技出版社，1987

[3]周水興等·路橋施工計算手冊【M】·北京·人民交通出版社·2001.5

[4]鐘建波,宋慶霞.大體積砼承臺施工方案的設(shè)計及施工介紹【J】·中南公路工程,2002

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1007-6344（2017）05-0287-02

林賢武（1989年—）福建漳浦人，職稱：助工，研究方向：建筑材料。