大體積混凝土溫度控制措施的應(yīng)用探析

李 原 （安徽水利開發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 工程簡況

某橋梁工程位于國道干線上，跨越某河流，橋面設(shè)計為雙幅，總設(shè)計寬度達43.5m，總長為739m?？绾又骺鐬?5m，全橋共有18組墩臺，其中5#、6#、7#、8#、9#、10#承臺平面尺寸為14.6×9.1m，厚3.5m，混凝土設(shè)計強度等級C30。

2 大體積混凝土定義及溫控標(biāo)準(zhǔn)

相關(guān)規(guī)范術(shù)語明確表述，大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。另有表述為，澆筑塊體尺寸較大，需要考慮采取溫度控制措施以減少裂縫發(fā)生概率的混凝土。

從規(guī)范的規(guī)定來看，大體積混凝土較易因水泥水化熱產(chǎn)生溫度變化，內(nèi)外溫差較大會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性貫穿裂縫，是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全及使用功能要求所不允許的。大體積混凝土不僅是厚度與其他普通混凝土存在不同，關(guān)鍵是由于混凝土中水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，因結(jié)構(gòu)斷面大，混凝土材料導(dǎo)熱系數(shù)低，結(jié)構(gòu)表面與內(nèi)部散熱降溫速度不同步，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面存在較大溫差，同時混凝土表面與周圍環(huán)境氣溫間的也會存在較大溫差，因溫差過大，混凝土結(jié)構(gòu)體積發(fā)生變形不同步，其產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性貫穿裂縫。

經(jīng)參考業(yè)內(nèi)相關(guān)論著，本工程大體積混凝土溫度控制采用的標(biāo)準(zhǔn)是：混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與混凝土表面溫度的差值不超過25℃、混凝土外表面和當(dāng)時施工環(huán)境最低溫度間差值也不超過25℃，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部最大降溫速率控制在小于2.0℃/d。

通過對5#、6#、7#、8#、9#、10#承臺混凝土內(nèi)外溫度驗算，混凝土的兩個溫差均超過25℃，故將本工程按大體積混凝土標(biāo)準(zhǔn)要求采取溫度控制措施，防止因水化熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力致使混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)貫穿裂縫。結(jié)合現(xiàn)場施工條件及外部環(huán)境，針對性地采用了以下溫度控制措施。

3 溫度控制措施

3.1 設(shè)計措施

設(shè)計單位在進行該結(jié)構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，已在圖紙說明中明確要求采取可靠措施，降低水化熱，防止出現(xiàn)裂縫；在設(shè)計方面，在承臺側(cè)表面、頂面增設(shè)D6冷軋帶肋貼面鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔間距10cm×10cm，凈保護層3cm，有效控制混凝土表面因收縮產(chǎn)生的表面裂縫。

3.2 優(yōu)化混凝土配合比，摻用外加劑

在保證混凝土強度及施工性能的條件下，通過對當(dāng)前市場可選材料調(diào)查，對常規(guī)配合比設(shè)計進行優(yōu)化，主要是從水泥、砂石骨料強度及級配，摻入外加劑種類及選擇等方面優(yōu)化。

①水泥。選用大品牌的水泥，要達到水化熱低、質(zhì)量穩(wěn)定、安定性好的水泥，如普通硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥等。

②砂石骨料。砂選擇優(yōu)質(zhì)的河砂、江砂，砂的細度模數(shù)達到中砂，級配在II區(qū)，砂品質(zhì)優(yōu)于規(guī)范允許的最小值。碎石選用質(zhì)地堅硬、清潔，級配良好，碎石各項指標(biāo)優(yōu)于規(guī)范要求。進場做好質(zhì)量檢測，不合格材料不得入場。

③外加劑。主要選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細礦料和減水劑、緩凝劑等，以代替部分會發(fā)生水熱的膠凝材料水泥用量，目的是降低總體熱量的產(chǎn)生。摻入減水劑、緩凝劑主要目的是提高混凝土的工作性能。

本工程大體積混凝土配合比經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，加入磨細礦料、粉煤灰替代部分水泥。膠凝材料用量如下：水泥：240kg，磨細礦料：60kg，粉煤灰：125kg。

按公式計算各階段最大溫度：

式中：ξ—不同澆筑塊厚度、不同齡期時的降溫系數(shù)，可由表查得

T—混凝土的澆筑入模溫度

T—混凝土內(nèi)部最高溫度

T—在t齡期時混凝土的絕熱溫升

式中：m—每立方米混凝土水泥用量

Q—每千克水泥水化熱量

C—混凝土的比熱，一般取0.96J/kg·K

ρ—混凝土的質(zhì)量密度，取2400kg/m

e―常數(shù)，為2.718

m―與水泥品種，澆筑時與溫度有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，取0.3

t―混凝土澆筑后至計算時的天數(shù)

由上式（1）、（2）可計算得：

T= [（240×461+125×73.45）/（0.96×2400）]×(1-e)

=52.0×0.26＝13.52

T=52.0×0.593=30.84

T=52.0×0.835=43.42

T=52.0×0.93=48.36

T=52.0×0.97=50.44

T=52.0×0.99=51.48

T=24+30.84×0.71=45.90

T=24+43.42×0.7=54.39

T=24+48.36×0.68=56.88

T=24+50.44×0.61=54.77

T=24+52.48×0.5=49.74

通過采用雙摻配合比，按上述公式計算得出結(jié)果，仍不能滿足大體積混凝土“雙25℃”的控制要求。擬采取以下施工組織管理、監(jiān)測措施進行溫度控制。

3.3 對各原材料采取降溫措施，降低混凝土澆筑入模溫度

①砂石骨料，在拌和站砂石料倉處搭設(shè)鋼制防護大棚，以防止陽光直射并防雨、做好通風(fēng)。砂石材料盡可能地堆高，以減少材料受外部氣溫的變化影響，保證溫度的總體穩(wěn)定性。

②拌和用水，采用抽取地下深井水，保證其低溫及穩(wěn)定性，或采用挖深及大容量蓄水池，保證水溫偏差及穩(wěn)定。在夏季高溫時段，選用制冰機，現(xiàn)場生產(chǎn)、加注冰屑到蓄水池中，整體降低拌和用水的溫度。

③施工組織，混凝土開倉時間避開中午高溫時間段，根據(jù)澆筑體量，合理選擇在下午或夜間澆筑；加強現(xiàn)場混凝土入倉分層控制，分層厚度不大于50cm，降低混凝土澆筑速度，延長上層混凝土對下層混凝土覆蓋時間，但要在下層混凝土初凝前完成覆蓋。

3.4 布設(shè)冷卻水管及測溫點，控制結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高

①布設(shè)冷卻水管，本工程冷卻循環(huán)水管選用φ32mm黑鐵管，單層呈S形，多層布設(shè)。本結(jié)構(gòu)厚度3.5m，共布設(shè)四層，每層間距0.9m，距底面0.3m，頂面0.5m；單層的水平管間距為1m，水管外側(cè)距混凝土外邊緣按不大于0.5m控制，據(jù)實做作適當(dāng)調(diào)小處理，管道上層及底層分別設(shè)出入口，多層管間連通，且出水口有調(diào)節(jié)流量的水閥和測流量設(shè)備。

②測溫儀器及測點布置

測溫計選用的是南京萬祥儀器有限公司生產(chǎn)的混凝土測溫儀及讀數(shù)儀。沿混凝土結(jié)構(gòu)高度，分別布置在底部、中部和表面三個深度；平面上分別布置有邊緣和中間。測點的布置距邊角為50cm，距表面為20cm，每塊承臺共設(shè)6個點，即底板中心和近邊分別豎向布設(shè)3個測溫點。測溫儀根據(jù)埋設(shè)位置做好編號、標(biāo)識，并編制測溫記錄表，專人定時測定、記錄并分析。

③冷卻水管安裝，要以鋼筋骨架或支撐桁架固定牢靠，管道接頭以螺絲口為主，盡可能不采用焊接，做好接頭處的密封，以防混凝土灌注時水管變形及脫落、斷裂。安裝完成后做通水試驗。

④冷卻水管保護及使用，混凝土澆筑前，就保持在持續(xù)通水狀態(tài)；在混凝土振搗時，格外注意，振動棒不得觸碰水管，以防破壞。

通過流量計、控制閥控制循環(huán)冷卻水的流量在10～20L/min，溫度計測定進出水溫度，使進、出水的溫差小于10℃，并每天均交替改變通水方向，動態(tài)調(diào)整控制最大降溫速率要小于2.0℃/d。從混凝土開始澆注時，保持連續(xù)通水不少于14天，具體停止通水由每天溫度測量、計算分析確定。

⑤冷卻水管封堵，冷卻水管使用完畢后，從底層管的入口處壓注水泥漿，從上層的出口處冒出濃漿后關(guān)閉出口，并持續(xù)壓漿3～5min，關(guān)閉進口，以保證管內(nèi)漿液飽滿。

3.5 溫度觀測、記錄

①混凝土澆筑開始就定時對測溫計讀數(shù)，同時記錄混凝土的澆筑入模溫度，澆筑進度同步記錄。

②混凝土澆筑過程，分時段記錄混凝土入模溫度及環(huán)境氣溫。

③混凝土初凝后，每2h觀測一次溫度，直到溫度達到最高后，每4h觀測一次，觀測14天。同時測環(huán)境氣溫度。

④根據(jù)測點編號，做好各點溫度統(tǒng)計，當(dāng)天對數(shù)據(jù)變化及時對比，及時分析，及時采取應(yīng)對措施。采取的應(yīng)對措施主要有：調(diào)整冷卻水流量、調(diào)整水溫、加大讀數(shù)頻次、加強混凝土表面保溫或延緩拆除保溫材料等。

3.6 保溫、保濕養(yǎng)護

保溫養(yǎng)護是保證混凝土表面溫度與環(huán)境溫度的差值不超過25℃采取的措施，主要由表層溫度測點的數(shù)值與環(huán)境溫度的溫差決定的，可采用雨布、草袋、土工布等材料覆蓋。保濕措施主要是鋪設(shè)雨布密封，防止混凝土自身水分的蒸發(fā)、散失；或鋪設(shè)草袋、土工布灑水濕潤養(yǎng)護等，保持混凝土表面濕潤。

4 結(jié)語

通過對本工程大體積混凝土的識別，從配合比設(shè)計、原材料控制、施工組織安排、冷卻措施應(yīng)用、溫度監(jiān)測手段及保溫保濕等多項措施的聯(lián)合應(yīng)用，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)貫穿性裂縫及表面裂縫，保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，保證的結(jié)構(gòu)的安全和使用功能，取得了良好的效果。