張靖皋長江大橋主塔塔座大體積混凝土溫控技術研究

摘要 大跨度斜拉橋或懸索橋橋塔塔座是典型的大體積混凝土結構，在施工期間受水化熱影響，存在開裂風險，因此開展大體積混凝土溫控技術研究對大體積混凝土質量至關重要。該文以張靖皋長江大橋北航道橋主塔塔座大體積混凝土為例，提出了混凝土澆筑溫度控制措施。基于溫度監(jiān)測結果對該文提出的溫控措施進行了評價，結果表明：溫控措施是合理、可行且有效的。該文研究成果可為類似工程提供了重要的參考和依據(jù)，有助于保障混凝土質量和結構的耐久性。

關鍵詞 大體積混凝土；溫控措施；水化熱；養(yǎng)護

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0088-03

0 引言

近年來，隨著我國道路交通建設的迅速發(fā)展，大量跨江大橋、跨海大橋和跨山谷大橋等在規(guī)劃和建設中廣泛采用大體積混凝土。然而，由于混凝土導熱性能較差以及水化熱效應，大體積混凝土在施工過程中往往出現(xiàn)內部溫度高于外部的情況，造成嚴重的溫度應力，可能導致結構開裂，影響其耐久性。針對大體積混凝土溫度控制技術，該文以張靖皋長江大橋北航道橋主塔塔座混凝土為研究對象，研究分析了冷卻水管對水化熱溫度場和應力場的影響。研究結果顯示：合理布設冷卻水管能有效減小內外溫度差和表面主拉應力，有助于避免結構開裂。此外，在濕熱環(huán)境下，環(huán)境溫度和混凝土入模溫度的升高會導致內外溫差增大，但濕度較高時混凝土的收縮應力較小，開裂風險降低。該文研究成果可為類似工程提供溫度控制方案和參考依據(jù)，有助于有效解決大體積混凝土施工中的溫度應力問題，提升工程質量和耐久性。

1 工程概況

張靖皋長江大橋橫跨江蘇省張家港、如皋及靖江三市，北航道橋跨越如皋中汊福北水道，采用主跨1 208 m單跨吊懸索橋。塔承臺頂設置梯形錐臺塔座，上表面尺寸為11 m×14 m（橫×縱），下表面尺寸為21 m×24 m（橫×縱），塔座厚4 m，塔座混凝土共計2 376.8 m3。塔座混凝土設計強度為C50，其配合比為：水泥225 kg/m3；粉煤灰135 kg/m3；礦渣粉54 kg/m3；砂759 kg/m3；碎石1 047 kg/m3；水144 kg/m3；減水劑4.5 kg/m3；抗裂劑36 kg/m3。

2 大體積混凝土溫控措施

2.1 混凝土澆筑質量控制

（1）混凝土施工期間，為避免混凝土性能波動較大，各種材料進場的各項性能指標在滿足相關設計及規(guī)范的前提下，還需要按照以下指標控制各批次的波動率并且波動率不宜超過±10%[1]，對于張靖皋長江大橋主塔塔座大體積混凝土而言，其原材料質量控制關鍵指標如表1所示。

（2）在大體積混凝土澆筑過程中，需遵守以下規(guī)定：水泥、礦渣粉溫度不超過60℃；原材料專倉專用，防水、防污染、防竄料；嚴格檢測骨料含水率，調整配合比；攪拌時間不少于90 s，確保勻質、不分層；檢測坍落度和溫度，連續(xù)生產中至少2次坍落度、3次溫度；承臺和塔座混凝土以控制擴展度450±50 mm為主。

（3）混凝土運輸、澆筑和振搗質量控制：1）在運輸過程中要充分保證混凝土材料的均質性；2）夏季運輸時采取隔熱措施，控制混凝土從攪拌至澆筑完成的時間不超過90 min；3）優(yōu)化布料方式，控制下料高度不超過2 m，間距不超過3 m；4）嚴格控制大體積混凝土的分層澆筑厚度在30～50 cm范圍內；5）調整混凝土坍落度至最后一層30～50 cm時減小20 mm；6）混凝土達到2.5 MPa強度后及時鑿毛；7）暴露面進行至少兩次抹壓收漿，消除塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。

（4）混凝土澆筑間歇期控制：各層混凝土之間澆筑間歇期需進行控制以避免下層混凝土對上層新澆筑混凝土產生過大固結約束導致開裂。塔座澆筑間隔期較長，容易因約束過大在交界部位出現(xiàn)應力集中而導致開裂。因此，在混凝土澆筑前在澆筑面反復灑水濕潤（并覆蓋保濕土工布）降低下層硬化混凝土對上層新澆混凝土的約束力，降低開裂風險。

2.2 混凝土入模溫度控制

參照《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規(guī)程》（JTS/T 202-1—2022）附錄D.2條，混凝土澆筑溫度計算公式為：

Tp=T0+（Ta–T0）（θ1+θ2+θ3）+Tf （1）

式中，Tp、T0——混凝土的澆筑溫度和出機口溫度（℃）；Ta——環(huán)境的氣溫（℃）；θ1——混凝土在裝、卸轉運時的溫度變化系數(shù)[2]；θ2——混凝土在運輸時的溫度變化的系數(shù)；θ3——混凝土現(xiàn)場澆筑時的溫度變化系數(shù)；Tf——泵送施工時的摩擦升溫值（℃），按每百米泵送距離混凝土溫度升高0.7～0.8℃考慮。該工程按照Ta=30℃、T0=27℃、混凝土攪拌車9 m3、一次轉運、5 min運輸時間、30 s振搗時間、50 m長泵管計算，混凝土入模溫度比出機口溫度高約0.5℃。因此，當設定的混凝土入模溫度要求為≤28℃時，那么可將混凝土拌和出廠溫度控制指標設定為≤27.5℃。

（1）原材料溫度控制采取以下措施：1）對骨料采取搭建遮陽篷、增加儲存量、噴霧、通風等方式降溫，安裝制冷空調降低骨料溫度，降低指標為低于氣溫3～4℃；2）對水泥及礦粉等膠凝材料采取倒倉、增加存儲時間、轉運時間等方式進行降溫，水泥溫度控制指標按照≤60℃控制，粉煤灰溫度控制指標按照≤40℃控制，通過對罐體全封包及在罐頂布置冷水管噴淋達到降溫效果；3）使用檢測合格并冷卻之后的水溫度≤12℃為拌和水[3]。

（2）當氣溫高于27℃時，為滿足出機口溫度控制要求，采用制冷水機將拌和水溫度控制≤5℃。在拌和之前要準備足夠數(shù)量的冷卻水，使用有保溫功能的儲存及輸送設備，避免升溫。

（3）氣溫、轉運次數(shù)及距離、振搗時間、泵管長度等均影響混凝土運輸、泵送、振搗過程中的溫升，需進行相應的控制。

2.3 冷卻水管的布設

塔座一次澆筑；承臺第一層縱橫交錯布設2層水管，于承臺與塔座預澆段交界面增設一層水管，塔座縱向及橫向均需布設3層水管；水管的水平間距為900～1 000 mm，垂直間距為1 000 mm；水管距離混凝土表面/側面大于500 mm；塔座單層2～3套水管，每套水管設置一個進出水口；每套水管長度不大于200 m。

2.4 養(yǎng)護控制

混凝土養(yǎng)護需關注溫濕度兩方面：加強保溫養(yǎng)護，減少內外溫差；加強保濕養(yǎng)護，降低表面應力。氣溫較低時注重保溫，較高時注重保濕。根據(jù)監(jiān)測結果和環(huán)境變化，及時調整養(yǎng)護措施，確保內外溫差不超過25℃，表面與環(huán)境溫差不超過20℃。養(yǎng)護期間要防止混凝土濕度丟失。

2.5 拆模時間控制

混凝土拆模時間應根據(jù)齡期和實測溫度進行雙重控制：1）混凝土構件澆筑完成后至少5天后才可進行拆模，其間不得進行松模或拆模操作；2）在拆模過程中，確保混凝土內外溫差小于20℃，表面與環(huán)境溫差小于20℃。應避免在夜間或氣溫驟降期間進行拆模操作，選擇白天溫度較高的時段進行拆模，并在拆模過程中進行保溫保濕措施。

3 溫度監(jiān)測方案

溫度場監(jiān)測對于大體積混凝土溫控工作至關重要。塔座溫度測點的布置圖見圖1?；炷翜囟攘繙y要求如下：（1）混凝土現(xiàn)場澆筑過程中，每隔2 h設備會對混凝土自動量測一次；澆筑完成后混凝土水化熱會進入升溫階段，每隔1 h設備會對混凝土自動量測一次；混凝土澆筑第一周后水化熱降溫，設備會自動改變量測間隔為1 h一次，之后每4 h量測一次。（2）同時量測大氣溫度。（3）在量測混凝土溫度時需要同時對冷卻用水的進水口及出水口溫度進行量測。（4）如果遇到大風或氣溫驟降等特殊天氣，要適當減小量測的時間間隔。5）終止溫度量測時間的確認主要根據(jù)監(jiān)測結果及前期預測的溫度場和應力場，進行對比分析確認。

圖1 塔座溫度測點布置圖（單位：cm）

4 溫控效果評價

4.1 溫度評價標準

大體積混凝土溫度評價指標主要有內部最高溫度、入模溫度、降溫速率、內表溫差等。參照《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）、《大體積混凝土施工標準》（GB 50496—2018），以及江蘇省交通工程建設局張靖皋長江大橋建設指揮部所擬定《關于張靖皋長江大橋大體積混凝土構件裂縫控制要求的通知》，該項目對混凝土入模溫度、內部最高溫度、內表溫差，以及降溫速率的規(guī)定分別為≥5℃且≤28℃、≤75℃、≤25℃、不大于2.0℃/d[4]。

4.2 溫度監(jiān)測結果分析

混凝土澆筑過程中監(jiān)測原材料溫度和入模溫度水、粗骨料和細骨料的初始溫度分別為11.0℃、10.3℃和11.9℃，混凝土入模溫度為16.6℃（實際為15.3℃～20.3℃），符合溫度評價標準≥5℃且≤28℃的控制要求。由此，可以說明，采用溫控措施后，混凝土原材料溫度以及混凝土入模溫度均符合要求[5]。

混凝土溫度監(jiān)測時間為2023年11月25日9：00至12月11日6：00。圖2至圖5顯示了0.4 m、1.25 m和2.85 m處的溫度分布。塔座內混凝土最高溫度為59.98℃，符合≤75℃的要求；溫度降速為0.52℃/d，符合≤2.0℃/d的要求?；炷羶炔繙囟劝l(fā)展可分為兩個階段：水化升溫約在混凝土澆筑后23 h開始，達到溫峰需55～74 h；溫峰后混凝土緩慢降溫。0.4 m、1.25 m和2.85 m處最大內外溫差分別為21.4℃、20.1℃和16.8℃，均符合≤25℃的要求。圖5顯示整個塔座最大內外溫差為24.6℃，略高于平面范圍內的要求，但仍符合控制要求。綜上所述，提出的溫控技術是合理、可行、有效的。

5 結語

（1）針對張靖皋長江大橋主塔塔座大體積混凝土施工特點，提出了混凝土澆筑質量控制措施，其中包括：混凝土拌和質量控制措施；混凝土原材料的質量控制措施；混凝土澆筑、振搗、運輸質量控制措施；混凝土澆筑間歇期控制措施。（2）參照相關規(guī)范和工程實際狀況，對混凝土入模溫度進行了計算分析，進而提出了原材料溫度常規(guī)控制措施、制冷水拌和混凝土方案和降低攪拌、運輸、澆筑過程中環(huán)境溫度影響的措施。（3）針對塔座大體積混凝土水化熱溫度場發(fā)展規(guī)律和分布特點，提出了冷卻水管的布設方案、養(yǎng)護控制措施以及拆模時間控制措施。（4）提出張靖皋長江大橋主塔塔座大體積混凝土溫度監(jiān)測方案，并基于溫度監(jiān)測結果對該文所提溫控措施的效果進行了評價，結果表明該文所提的溫控技術措施是合理、可行、有效的。

參考文獻

[1]林鵬，李慶斌，周紹武，等.大體積混凝土通水冷卻智能溫度控制方法與系統(tǒng)[J].水利學報，2013（8）：950-957.

[2]何洪偉.公鐵兩用跨海大橋承臺大體積混凝土溫控技術研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學，2019.

[3]魏劍峰.武漢青山長江公路大橋承臺大體積混凝土溫控技術[J].橋梁建設，2019（z1）：80-85.

[4]耿鳴山，林爾姬，呂建兵，等.大體積混凝土承臺的水化熱分析及溫控研究[J].混凝土，2021（9）：50-55.

[5]鄭豪杰，梁思明，門小雄，等.濕熱濱海地區(qū)大體積混凝土底板施工溫控分析[J].混凝土，2023（5）：138-143.