大體積混凝土澆筑溫控方案

谷楓

摘要：以宜興市環(huán)科大道南延建設(shè)工程西氿大橋為背景，模擬了大體積混凝土澆筑時水泥水化熱在不同時段的變化和應(yīng)力變化情況，對其大橋承臺澆筑溫度控制方案作簡要的闡述。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土;混凝土澆筑;溫度控制;溫控方案

一、基本資料

宜興市環(huán)科大道南延建設(shè)工程西氿大橋主墩承臺尺寸為19.5×12.5×3.5m，體積為853.125m3的C30混凝土;承臺封底為20cm厚的C20混凝土。《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2015）對澆筑溫度規(guī)定：不宜超過28℃。氣象資料：2016年11月13日至11月19日，清晨氣溫在13℃左右，中午最高氣溫在20℃左右，24小時溫度變化按正弦曲線輸入;擬用于冷卻的蕪申運河水溫在15℃左右。

二、溫控措施

1、混凝土配合比。試配時選擇級配良好的砂、石料，同時摻加粉煤灰，降低水泥用量?；炷猎嚺鋬?yōu)化后選用的配合比為：水：水泥：碎石：黃砂：粉煤灰：外加劑即183：269：709：1200：76：5.865。

2、混凝土拌合物?；炷涟韬衔飸?yīng)具有良好的粘聚性，不離析、不泌水，初始坍落度應(yīng)控制在16-18cm，初凝時間應(yīng)大于3h。在開盤之前，量測水泥、砂、石、水的溫度，并做好現(xiàn)場記錄，計算出料溫度。如外界氣溫低于0℃時，應(yīng)按混凝土冬季施工要求進行施工。

3、冷卻水管要求。冷卻水管按照施工方案要求的管徑及位置進行定位安裝，考慮管道彎頭較多，管道內(nèi)冷卻水的水頭損失較大，為保證冷卻水的流速，每層冷卻管各設(shè)置3個進水口和出水口。

冷卻水管使用前應(yīng)進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水。

混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后立即開始通水，通水時間一般10～15天，具體時間可根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果確定。出水口流速應(yīng)大于60cm/s;應(yīng)嚴(yán)格控制進出水溫度，在保證冷卻水管進水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不應(yīng)超過30℃;

溫度經(jīng)過最高點開始下降后，通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量控制降溫速度，降溫速度應(yīng)控制在2℃/d。

4、養(yǎng)護?；炷两K凝后應(yīng)在表面覆蓋草袋或土工布灑水養(yǎng)護，考慮最近節(jié)氣變化，模板周圍應(yīng)吊掛油布保溫。如果內(nèi)外溫差超過溫控標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)增加覆蓋草袋或土工布的層數(shù)，直至采用碘鎢燈照射以增加混凝土表面的溫度。

三、有限元分析

大體積混凝土的溫度應(yīng)力是混凝土澆筑后，水泥的水化反應(yīng)導(dǎo)致混凝土體積膨脹或收縮時受到內(nèi)部或外部的約束而產(chǎn)生。通常講的水化熱分析應(yīng)當(dāng)包括熱傳導(dǎo)分析和熱應(yīng)力分析兩個過程。熱傳導(dǎo)分析是通過研究水泥水化反應(yīng)時熱量、對流、傳導(dǎo)等因素，隨時間變化各節(jié)點的溫度變化過程;熱應(yīng)力分析是利用計算得到各節(jié)點不同時段的溫度，研究隨時間和溫度變化時材料特性、干縮、徐變，來計算大體積混凝土各個施工階段的應(yīng)力過程。

本橋承臺大體積混凝土內(nèi)部溫度場、應(yīng)力場計算以及承臺內(nèi)部的水化熱仿真分析，均由有限元分析（FEA）軟件MIDAS/Civil完成，她的功能強大，操作簡單方便，人機交互界面生動、形象，現(xiàn)在已經(jīng)成為國際流行的有限元分析軟件。MIDAS/Civil內(nèi)含水化熱分析包，同時程序內(nèi)嵌JTG 04（RC），即《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTG D62-2004中的鋼筋混凝土部分（RC），根據(jù)對承臺內(nèi)部混凝土水化熱的仿真分析結(jié)果，優(yōu)化選用相關(guān)參數(shù)作為承臺溫度控制的依據(jù)，采取相應(yīng)溫控措施，避免承臺產(chǎn)生溫度裂縫。

四、參數(shù)結(jié)果分析

1、溫度變化圖表。⑴曲線上最大點（44.87℃）為240號節(jié)點（時點為240小時），此點在模型圖上為封底混凝土底部。

⑵次高點發(fā)生在320號節(jié)點，此點在模型圖上位于模型的長邊靠近承臺底部的位置，距承臺中心x方向8.0m，y方向0.5m處。

⑶約在澆筑360小時后，溫度逐漸趨于平緩。

2、應(yīng)力變化圖表。由應(yīng)力曲線可看處：約在120小時后，承臺內(nèi)部應(yīng)力逐漸趨于下降，而最高應(yīng)力曲線，結(jié)合模型查找節(jié)點位置，均在封底混凝土或封底混凝土表面，這表明由于熱量蓄積作用封底內(nèi)部溫度較高，而承臺內(nèi)部由于冷卻管的作用溫度明顯下降，造成了二者之間的溫差加大，使得封底混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。

五、溫度控制

根據(jù)模擬分析結(jié)果，在施工期內(nèi)為保證承臺不出現(xiàn)有害溫度裂縫，采取如下標(biāo)準(zhǔn)進行控制：

第一層混凝土澆筑后，第二層混凝土澆筑溫度應(yīng)控制在16℃以內(nèi)。

混凝土內(nèi)外溫差是指：混凝土內(nèi)部平均最高溫度與接近承臺頂面的溫度（但不是氣溫）之差。按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50204-92）的規(guī)定：大體積混凝土表面和內(nèi)部溫差控制在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，當(dāng)設(shè)計無具體要求時，溫差不宜超過25℃。

混凝土最高溫度是指澆筑層混凝土溫度升高到最高時的斷面平均最高溫度，而不是指混凝土某一點的最高溫度。應(yīng)控制混凝土內(nèi)部最高溫度不超過50℃。

六、結(jié)語

針對大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的各種原因，由本工程的施工控制可知，提出了溫度裂縫應(yīng)根據(jù)工程的具體情況選擇施工措施：可以控制大體積混凝土水泥用量，選用低水化熱水泥，摻加合適的外加劑，優(yōu)化混凝土配合比，完善澆筑工藝，降溫措施，以及加強養(yǎng)護工作和溫度檢測工作等相應(yīng)的控制措施，并有效地防止了有害裂縫的產(chǎn)生。

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（作者單位：江蘇省交通工程集團有限公司）