大體積混凝土承臺冬季施工溫控措施

錢慶強(qiáng)，蔣　瑋

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司；2.廣西路橋集團(tuán)工程有限公司)

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大體積混凝土承臺冬季施工溫控措施

錢慶強(qiáng)1，蔣瑋2

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司；2.廣西路橋集團(tuán)工程有限公司)

摘要：大體積混凝土由于體積龐大，散熱困難，在澆筑完畢后的幾天內(nèi)其內(nèi)部溫度上升的非常迅速，和表面產(chǎn)生了較大的溫差，容易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生表面裂縫甚至深層貫穿裂縫，嚴(yán)重威脅工程質(zhì)量。我們需要采取一定的大體積混凝土水化熱溫控技術(shù)來控制混凝土水化溫升，削減溫度峰值。實(shí)踐證明,所采取的溫控措施對消除大體積混凝土的收縮裂縫效果明顯。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；冬季施工；溫控措施

1工程概況

紅水河特大橋主墩采用24×38 m矩形承臺，厚度為6 m，承臺上設(shè)2.5 m高的塔座。承臺底各采用24根直徑為2.8 m樁基，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。2號過渡墩及3、8輔助墩均采用門式框架空心薄壁墩，采用9×9、10×10 m矩形承臺，厚度為3.5 m，每個承臺布置4根直徑為2 m、2.2 m的樁基礎(chǔ)，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

施工時間為2014年12月19日到2015年1月9日，屬于冬季施，施工過程中最低氣溫6 ℃。承臺澆筑需5 470方混凝土，屬大體積混凝土，對混凝土配比設(shè)計(jì)及溫控技術(shù)要求高。

2溫度控制的措施

2.1　大體積混凝土的配合比優(yōu)化

(1)水泥品種的選擇：混凝土升溫的主要熱源是水泥在水化反應(yīng)中產(chǎn)生的水化熱。因此選擇中熱和低熱水泥品種是控制混凝土溫升的最根本方法。水泥：廣西魚峰水泥股份有限公司魚峰牌硅酸鹽水泥P.II 42.5，C3A含量7.2%，氯離子含量0.020%，堿含量0.44%。

(2)骨料的選擇： 選擇自然連續(xù)級配的粗骨料配制。機(jī)制砂：峨壩石場機(jī)制砂(I區(qū)砂)，表觀密度：2 650 ㎏/m3，細(xì)度模Mx=3.1，含粉量8.4%；碎石：峨壩石場5~25 mm級配碎石,5~10 mm和10~25 mm的摻配比例為10%:90%。表觀密度：2 710 ㎏/m3，堆積密度1.60 t/m3,孔隙率40.9%,含泥量0.3%。

(3)摻加外加料：一是摻用粉煤灰，可保持混凝土拌和物的流動性不變，減少單位用水量，提高混凝土的密實(shí)度，降低混凝土的水化熱。二是摻用減水劑，它有減水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的條件下,減少用水量。降低混凝土的絕熱溫升。

(4)控制水泥用量：試驗(yàn)資料表明:每增減水泥用量10 kg,其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升降1 ℃左右 。一方面在滿足混凝土強(qiáng)度和流動性的條件下盡量減少水泥用量；另一方面充分利用混凝土的后期強(qiáng)度。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際承載情況對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行復(fù)核。采用或替代的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。這樣可使水泥用量減少40~70 kg?；炷翜厣鄳?yīng)減低4~14 ℃ 。因此，最后確定混凝土中水泥含量為288 kg/m3。

2.2　現(xiàn)場施工組織與控制技術(shù)

(1)承臺的合理分層澆筑：澆筑塊越長，溫度應(yīng)力越大，暴露時間也可能越長。將大體積混凝土分成較小的塊體可以有效地避免這些問題。通過合理劃分大體積混凝土澆筑塊的層厚，可以利用澆筑塊的層面進(jìn)行散熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度。

(2)混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度：通過冷卻拌和水、預(yù)冷骨料等辦法降低混凝土出機(jī)口溫度。采用加大混凝土澆筑強(qiáng)度、倉面保冷等方法減少澆筑過程中的溫度回升。

(3)采取兩次振搗、兩次抹面的工藝，以提高混凝土的密實(shí)度和抗裂性。

(4)布設(shè)冷卻水管：在混凝土內(nèi)預(yù)埋水管，并通以循環(huán)冷卻水，冷卻水管共布置6層。

(5)薄層、短間歇、均勻上升：合理安排混凝土澆筑時間和進(jìn)度，盡量做到薄層、短間歇(5~10 h)、均勻上升，避免突擊、薄塊和長期間歇以及澆筑塊體之間較大的高差及側(cè)面的長期暴露。

3熱工計(jì)算

(1)混凝土絕熱溫升值

Tmax=Mc·Q/C·ρ=400×337÷0.96÷2 400=65.45 ℃

(2)各時間段溫升值

T(3)=65.45×(1-e-3×0.384)=44.78 ℃

T(7)=65.45×(1-e-7×0.384)=61.00 ℃

(3)混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算

內(nèi)部溫度按照以下公式計(jì)算

Tmax=Tj+T(t) ·ε

式中：Tmax為混凝土內(nèi)部中心溫度；Tj為混凝土澆筑溫度，這里取25 ℃；ε為混凝土結(jié)構(gòu)厚度的溫降系數(shù)，按照表1取值。

表1　溫降系數(shù)ε值

t=3時T(3)=25+44.78×0.79=60.38 ℃

t=7時T(7)=25+61.00×0.78=72.58 ℃

4監(jiān)測結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場溫度實(shí)測選取6#主墩承臺為對象，根據(jù)承臺的對稱性，以承臺的四分之一進(jìn)行溫度場的測定，埋入溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。具體承臺溫度傳感器的埋設(shè)位置及分布如下：6#主墩承臺共分4層，每層設(shè)置5個測點(diǎn)，總共20個測點(diǎn)。為確保溫度傳感器在混凝土澆注過程中不被損壞，將其安裝在鋼筋或角鋼的下緣，并在鋼筋和溫度傳感器之間放置一個隔熱膠帶，做好溫度傳感器和鋼筋的隔熱。采用的溫度傳感器的精度：±0.01 ℃，分辨率0.1。

6號墩承臺于12月19號上午開始澆注混凝土，監(jiān)測時間從12月20號開始一直持續(xù)到12月27號，在混凝土水化熱升溫較快的前面幾天每間隔2 h采集一次數(shù)據(jù)，在混凝土核心溫度達(dá)到峰值后每間隔4個小時采集一次，混凝土溫度開始均勻下降后每間隔12 h采集一次。

現(xiàn)場記錄各測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，大氣溫度，以及進(jìn)出水口溫度的詳細(xì)數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中可以看出：

(1)該承臺混凝土澆筑后觀測到的最高溫度第一次澆筑為57.56 ℃，各測點(diǎn)溫度峰值出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第2～3 d。

(2)該承臺混凝土澆筑后最大內(nèi)外溫差始終不大于25 ℃。

(3)溫度達(dá)到峰值后，混凝土溫度開始降低，最大降溫速率出現(xiàn)在第4 d，最大降溫速率小于5.0 ℃/d，其它時間降溫速率為2 ℃/d左右。

下面列出各主要測點(diǎn)的溫度變化、溫差以及大氣溫度變化趨勢圖：見圖1、圖2、圖3。

圖1　下層外側(cè)測點(diǎn)溫度曲線

圖2　上層外側(cè)測點(diǎn)溫度曲線

圖3　核心位置測點(diǎn)溫度曲線

6結(jié)論

(1)測溫結(jié)果與計(jì)算結(jié)果基本相符,養(yǎng)護(hù)期間未發(fā)現(xiàn)有溫差裂縫及受凍現(xiàn)象。

(2)負(fù)溫時,混凝土生產(chǎn)過程中只用加熱水來調(diào)整混凝土出機(jī)溫度,保證入模溫度,這項(xiàng)措施是可行的。

(3)大體積混凝土冬季施工時,只須保證混凝土入模溫度,監(jiān)控內(nèi)部溫度并采取適當(dāng)養(yǎng)護(hù)措施,完全可以避免混凝土受凍和溫差裂縫的出現(xiàn)。

(4)紅水河特大橋承臺工程施工過程中,針對當(dāng)?shù)貧鉁丨h(huán)境條件,根據(jù)混凝土冬季施工溫控的基本原理,最終采取了從混凝土原材料溫度控制,到澆筑、養(yǎng)護(hù)全過程的綜合溫控措施,確保了該工程混凝土冬季澆筑質(zhì)量。經(jīng)觀測,各部位混凝土澆筑后均沒有明顯的裂縫出現(xiàn),外觀質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明,該工程冬季混凝土施工溫控措施是成功的，同時也為類似工程提供了很好的思路借鑒和經(jīng)驗(yàn)參考。

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作者簡介：錢慶強(qiáng)(1970-)，高級工程師，研究方向：土木工程。

收稿日期：2015-05-26

中圖分類號：U445

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2015)08-0106-01