某特大橋大體積混凝土溫控措施研究

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）21-0137-04

Abstract：Temperaturefluctuationsarethe main factorcausing concretecracking.Especiallduring theconstructionof mass concrete，theefectoftemperaturecontrolmeasuresisdirectlyrelatedtothequalityoftheprojectandthestabiltyofthe structure.Takingasuper-largebridgeasanexample，combining thedesignrequirementsandon-siteconstructionconditions，a designplanforoutdoorstrongtemperaturecontrolisproposed.Thetemperaturefeldofthecapcapmodeliscarriedoutthrough thefiniteelementanalysissoftwareMDAS/Civilandtheinfluenceanddisolutionofmassconcretevoidsareanalyzedindeail， and the main measures for temperature control construction are summarized.

Keywords：massconcrete;temperature expansion; crack;temperaturecontrol design;finite element analysis software

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中，水化熱引起的溫差變化成為影響工程質(zhì)量的主要因素之一。通常，混凝土結(jié)構(gòu)物的最小尺寸不小于 1m ，且水化熱的作用使混凝土內(nèi)、外部的溫度差異可能超過 25C^[1-2] 。這一現(xiàn)象的根本原由為混凝土中膠凝材料的水化反應(yīng)，這個(gè)過程不僅釋放大量熱量，還迅速提高混凝土的溫度，導(dǎo)致膨脹。溫度開始下降后，混凝土?xí)l(fā)生收縮，而收縮通常是不均勻的，從而引發(fā)變形并產(chǎn)生裂縫。特別是對(duì)于大體積混凝土，必須采取切實(shí)有效的措施來控制溫差、干縮等變化，合理地減少或消除由此產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，并將裂縫的發(fā)生控制到最小程度。通過對(duì)某特大橋的溫控措施的研究，本文發(fā)現(xiàn)，合理的溫控措施不僅能夠防止大混凝土體積裂縫及病害的產(chǎn)生，還能有效保證混凝土結(jié)構(gòu)的外觀和性能的穩(wěn)定性。自該橋建成通車以來，經(jīng)過數(shù)年的使用，使用狀況良好，表現(xiàn)出良好的抗?jié)B性和穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究的分析為類似工程的成果提供了重要的證據(jù)和參考，具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

1工程概況

某高速公路的關(guān)鍵控制性工程，主橋跨徑總長為813.9m ，跨距為181.95、450和 181.95m ，采用半漂浮體系結(jié)構(gòu)。該橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式新穎，施工難度增大，特別是在大體積混凝土施工中，如何有效控制水化熱帶來的溫度應(yīng)力問題，成為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。特大橋的橋塔承臺(tái)平面為八邊形，采用C30混凝土，承臺(tái)體積龐大 （27.8m×44.8m×7m） ，混凝土澆筑量為 8184.5m³ 。由于混凝土澆筑量大且澆筑過程中水化熱釋放較大，因此如何合理控制混凝土溫度，防止溫差過大引發(fā)的裂縫，成為施工中的難點(diǎn)。本文將深入分析該特大橋在大體積混凝土施工中的溫控設(shè)計(jì)方案及其實(shí)際應(yīng)用效果

2大體積混凝土溫差裂縫危害及原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)裂縫的原因主要與溫度應(yīng)力的變化密切相關(guān)3-4。由于混凝土澆筑量大，水泥水化過程中釋放的大量熱量導(dǎo)致混凝土局部溫度迅速升高，而由于混凝土的導(dǎo)熱性差無法均勻擴(kuò)散，再次產(chǎn)生誘發(fā)結(jié)構(gòu)的局部溫度迅速升高，導(dǎo)致混凝土膨脹；當(dāng)水化熱釋放完畢，溫度逐漸降低時(shí)，混凝土發(fā)生收縮，混凝土的收縮程度不一的情況下，極易產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而引發(fā)裂縫。

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)通常與基巖直接接觸，基巖對(duì)混凝土的收縮產(chǎn)生約束作用。這種約束使得混凝土的部分區(qū)域在溫度變化時(shí)難以自由收縮，產(chǎn)生更大的拉應(yīng)力，最終導(dǎo)致裂縫的形成。

水化熱會(huì)迅速提升混凝土局部的溫度，造成混凝土與周圍介質(zhì)之間的溫差，導(dǎo)致收縮不同步，增加表面拉應(yīng)力。當(dāng)溫度變化過大時(shí)，混凝土表面可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，尤其是在表層溫度降得較快而內(nèi)部溫度仍然較高時(shí)，兩者之間的溫差加劇，導(dǎo)致裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。表層溫度降得比較快，而內(nèi)部溫度最高時(shí)，溫差突然過大，容易導(dǎo)致混凝土表面裂縫的形成，甚至進(jìn)一步發(fā)展為貫通裂縫。

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫不僅影響其外觀，而且會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能的下降，特別是當(dāng)開裂深入基礎(chǔ)或完成結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會(huì)降低混凝土的易損性和抗?jié)B性。裂縫的進(jìn)一步發(fā)展可能使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的長期安全性。

3溫控方案設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

大體積混凝土的溫控方案設(shè)計(jì)涉及多個(gè)方面，包括事前的理論分析、施工中的實(shí)時(shí)監(jiān)測計(jì)算以及施工后的溫度不穩(wěn)定分析。溫度場仿真模擬是制定有效溫控方案的重要工具。通過仿真，能夠預(yù)測不同的溫控措施對(duì)溫度變化的影響，從而確定最佳的施工方案。

3.1施工方案與冷卻管安裝

某特大橋主橋承臺(tái)采用C30混凝土，承臺(tái)尺寸為44.8m×27.8m×7m ，計(jì)劃分4層澆筑。每層澆筑的厚度分別為1.5、2、1.5和 2m ，施工間隔不超過7天。每層混凝土澆筑時(shí)，將分2次進(jìn)行，并確保在初凝階段澆筑。為有效降低混凝土的溫升，設(shè)計(jì)中采用了Φ50mm×2.5mm 的冷卻管，冷卻管之間的間隔為1m ，每層鋪設(shè)一層冷卻管，共布置4層，如圖1所示。冷卻管的鋪設(shè)有利于溫度的均勻分布，并有效降低溫差，防止因溫度變化過快導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

3.2模型參數(shù)的選定

采用MIDAS/Civil有限元分析軟件建立了承臺(tái)模型，模型中的混凝土彈性模量、強(qiáng)度發(fā)展、熱特性系數(shù)等參數(shù)嚴(yán)格按照實(shí)際工程要求進(jìn)行設(shè)定。承臺(tái)的側(cè)面使用鋼模板和土工布作為保溫材料，以減少溫度波動(dòng)對(duì)混凝土的影響。

3.3 模型建立與計(jì)算分析

為了準(zhǔn)確預(yù)測施工過程中溫度波動(dòng)的變化，建立了1/4結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示，計(jì)算了混凝土澆筑后的溫度場及溫度波動(dòng)變化。模型包括36468個(gè)8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元和4720個(gè)管冷節(jié)點(diǎn)，設(shè)定了不同的邊界條件，模擬了溫度場的變化及冷卻管對(duì)溫度分布的影響。

3.4 計(jì)算結(jié)果分析

仿真計(jì)算表明，在每一層混凝土澆筑后，溫度均在可控范圍內(nèi)，如圖3所示。第一層混凝土溫度最高為 51.4^°C ，第二層為 52.1^°C ，第三層為 50.6^°C ，第四層為 52.2°C 。這些溫度表明混凝土的溫度在可控范圍內(nèi)，冷卻管的感知效果明顯。另外，混凝土抗拉強(qiáng)度分別為 1.44，1.72，1.89 和 2.01MPa ，均小于 2.01MPa ，如圖4所示，符合規(guī)范對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度的要求。

4大體積混凝土溫控的主要施工措施

為了有效控制大體積混凝土的溫度，避免裂縫的產(chǎn)生，必須從多方面采取措施，確保溫控效果。以下是針對(duì)該工程的主要溫控措施。

4.1降低水泥水化熱

通過選擇低水化熱水泥和減少水泥用量來降低水化熱的釋放。同時(shí)，使用加大的骨料和粉煤灰等相應(yīng)的合料，可以有效降低早期水化熱的釋放，同時(shí)也能有效降低溫度，避免溫度差過大引發(fā)裂縫。

4.2降低混凝土入模溫度

在澆筑過程中，選擇合適的施工時(shí)機(jī)，避免高溫天氣對(duì)混凝土澆筑溫度的影響，必要時(shí)采取降溫和防曬措施。使用緩凝型減水劑可以有效延緩水化過程，降低溫升速度。

4.3 加強(qiáng)施工過程中的溫度控制

施工過程中，需加強(qiáng)溫度和濕度的控制，避免陽光直射和溫差過大導(dǎo)致裂縫?；炷潦┕て陂g要保證足夠的濕度，并使用合適的覆蓋保溫材料，保證混凝土溫度變化在可控范圍內(nèi)。

4.4提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度

通過優(yōu)化混凝王配合比，增加混凝土的密實(shí)性和抗拉能力。在混凝土混凝土中添加外加劑，如粉煤灰和纖維等，以增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性和抗拉能力。

4.5充分利用冷卻水管的調(diào)節(jié)作用

通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水流量和水溫，有效控制混凝土核心區(qū)域溫度的變化。在溫度升高階段，利用自然溫度的江水冷卻，溫度下降階段則減少水流量，保證溫度的平穩(wěn)下降。

4.6 現(xiàn)場施工溫控措施

通過合理安排澆筑流程，避免混凝土澆筑溫度過高。同時(shí)，在拌和站設(shè)置冷水機(jī)，對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)冷，確保澆筑溫度不超過規(guī)定值。

4.7表面保溫保濕措施

在混凝土澆筑完成后，及時(shí)進(jìn)行表面保濕和保溫，以防止干縮裂縫的產(chǎn)生，并保持混凝土的溫度穩(wěn)定，確?？刂菩Ч?。

5結(jié)束語

在大體積混凝土的施工過程中，溫控措施至關(guān)重要。通過合理的溫控設(shè)計(jì)和實(shí)施，可以有效避免裂縫的產(chǎn)生，確保結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性和使用安全。本文的研究成果為類似工程提供有了可行的技術(shù)方案，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大體積混凝土施工溫控技術(shù)將在更多的大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅超云，李志生，周立.嘉紹大橋承臺(tái)超大體積混凝土無冷卻水管溫控技術(shù)研究[J].公路，2012（7）：101-106.

[2]徐天良，劉明，丁志文.大體積混凝土溫控研究與分析[J].公路工程，2013，38（5）：151-156.

[3]劉鵬.大體積混凝土養(yǎng)護(hù)及溫控施工方案研究[J].公路，2017，62（6）：150-153.

[4]李銀斌，阮欣.機(jī)制砂混凝土抗裂性能試驗(yàn)研究[J].中外公路，2013，33（5）：248-251.

[5]劉文忠，李友明，徐天良.高墩大跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)行為分析[J].公路與汽運(yùn)，2013（4）：186-188.

[6]劉杰，趙超.缺水山區(qū)大體積混凝土溫控技術(shù)[J].中外公路，2015，35（3）：188-191.

[7]張丹丹，楊澤華.空間立體冷卻網(wǎng)對(duì)橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土溫控效果研究[J].公路工程，2017，42（3）：282-285.

[8]侯英超.大體積砼溫控防裂技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用[J].交通世界（建養(yǎng).機(jī)械），2013（4）：196-199.