大體積混凝土施工溫度控制研究

馬少雄，劉超群，符 敏

(1.陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000;2.陜西省冶金設計院，西安 710032)

新建鐵路西安至平涼線XPS-1標段田家窯二號大橋為該條線上的重點工程，該大橋的重難點分項工程之一便是1#墩大體積承臺混凝土施工，承臺大體積混凝土施工的技術關鍵是降低膠凝材料的水化熱，從而降低混凝土的絕熱溫升，減少混凝土內外溫差，控制溫度應力，從而達到控制混凝土開裂的目的。

目前大體積混凝土施工溫度控制方法較多，但沒有形成統一的認識，由于理論探討的復雜性，本文通過工程實踐歸納出大體積混凝土施工溫度控制的具體措施，為其它大體積混凝土施工提供具有可操作性的施工溫度控制依據。

1 承臺混凝土施工

田家窯二號大橋1#墩承臺混凝土用量較大，為3 456 m3，分2次澆筑完成。混凝土由攪拌站(3個，其中七公司2個，橋隧公司中咀一號隧道1個)集中拌合，每小時生產70～80 m3。混凝土罐車8臺(8 m3罐車6臺，3.5 m3罐車2臺)運送至承臺。溜槽、地泵輸送入模。為保證灌注速度，前后10 m(橋臺承臺從墩側算起，墩身承臺從沖溝上游算起)用溜槽，以后用地泵。需2臺60型地泵(每臺每小時灌注40 m3)。

灌注混凝土時水平分層斜向分段澆筑，由一端向另一端澆筑。斜向分段長度4～5 m，斜度30°～45°，每層厚度0.5 m，分層厚度也可根據實際混凝土供應速度確定，保證在上一層未初凝前澆筑下一層混凝土。

混凝土施工采用插入式振動棒振搗，振搗時，振動棒垂直插入，快入慢出，其移動間距不大于振動棒作用半徑的1.5倍，即45～60 cm。振搗時插點均勻，成行或交錯式前進，以免過振或漏振，振動棒振動時間約20～30 s，每一次振動完畢后，邊振動邊徐徐拔出振動棒。混凝土以不再下沉，無氣泡冒出，表面泛光為度，振搗時注意不碰松模板或使鋼筋移位。

混凝土拌合嚴格按施工配合比配料，砂、石、水泥、水及外加劑等原材料必須經過質量檢驗并符合要求，計量要準確，保證混凝土拌合時間。

混凝土澆筑時按規定制作混凝土試件，進行強度檢查。現場技術人員要填寫混凝土施工記錄，詳細記錄原材料質量、混凝土的配合比、坍落度、拌合質量、混凝土的澆筑和振搗方法、澆筑進度和澆筑過程出現的問題等，以備檢查。

上下層混凝土接茬處必須鑿毛清洗干凈后，再澆筑上層混凝土。

2 大體積混凝土施工溫度控制

承臺大體積混凝土施工的技術關鍵是降低膠凝材料的水化熱，從而降低混凝土的絕熱溫升，減少混凝土內外溫差，控制溫度應力，從而達到控制混凝土開裂的目的。故此要求配合比設計為:水泥用量盡量降至最低，采用高效減水劑以降低水灰比，骨料采用級配良好的砂石料，以增大混凝土和易性，由于澆筑時間較長，混凝土初凝時間要求不小于8 h。在本次混凝土配合比設計中采取的措施如下所述。

2.1 摻入粉煤灰降低水泥用量

用30%的粉煤灰等量取代水泥，可大幅度地降低混凝土的絕熱溫升。

2.2 緩凝型高性能減水劑

使用高性能減水劑，且要求初凝時間約為8 h左右。最終達到延緩水泥水化放熱速度，推遲熱峰出現時間，為分層澆筑提供足夠的間歇時間的目的。

2.3 混凝土配合比設計

充分考慮了大體積混凝土的施工工藝、工作性、耐久性要求。配合比為(普通硅酸鹽水泥266 kg/m3):水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石(5～16 mm):碎石(16～31.5 mm)∶外加劑∶水 =1∶0.429∶2.947∶1.628∶2.440∶0.013∶0.564。

2.4 混凝土的溫控與防裂

1)采用循環水內冷卻。冷卻水管 φ50 mm，間距為0.8 m，檢測入水和出水溫度，掌握降溫效果。

2)斜向分段水平分層澆筑，有利于混凝土散熱。斜向分段長度4～5 m，斜度30°～45°，每層厚度不大于0.5 m，要保證在混凝土初凝前，灌注上層混凝土。

3)布置測溫。混凝土測溫宜采用熱電偶測溫法，整個承臺測溫點的布置分上中下三層，上下兩層測點以25 m2設一個點為宜，中間層可適當減少。

4)對混凝土溫度進行監控。在混凝土澆筑期間派專人對進場混凝土進行入模溫度測量、養護溫度測量并檢查、記錄，以確保質量。

5)測溫。在每次混凝土澆筑完成后1～3 d，早午晚各測一次，4～7 d，早晚各測一次，8～14 d，每天各測一次。根據測溫記錄以確定修正養護方法。

6)熱工計算。本承臺屬大體積混凝土施工，為保證施工質量，防止混凝土內部和表層，表層和外界溫差過大(＞25℃)造成混凝土內部和表面開裂，除對配合比設計進行優化外還進行了混凝土熱工計算，根據計算結果選擇合適的保降溫措施。

①拌合物溫度計算(見表1)

式中，To為混凝土拌合物溫度;W為混凝土中各種材料的質量(kg);C為混凝土中各種材料的比熱容(kJ/(kg·K));n為材料種類，這里取6;Ti為混凝土中各種材料的初始溫度。

則To=17 960/2 530=7.1℃

②混凝土入模溫度

式中，T1為混凝土入模溫度;To為混凝土拌合物溫度;Tg為施工時氣溫，經調查，估取6℃;裝車系數 μ1=0.032;卸車系數 μ2=0.032;運輸系數 μ3=0.032。

故入模溫度

表1 混凝土拌合物溫度的計算

③混凝土絕熱溫升

式中，Q為水泥28 d水化熱(kJ/kg);mc為混凝土中水泥(包括膨脹劑)用量(kg/m3);K為摻合料折減系數，粉煤灰取0.25～0.30;F為混凝土活性摻合料用量(kg/m3);C為混凝土比熱容，取0.95 kJ/kg·K;ρ為混凝土密度，取2 400 kg/m3。

由于計算出來的絕熱溫升大于混凝土的實際溫升，而且絕熱溫升與水泥的水化熱、齡期、混凝土的厚度有關，故應對計算值進行修正，修正系數取0.82，修正后的絕熱溫升為43℃，混凝土入模溫度為7℃，則估算混凝土中心溫度為50℃。

以上計算為估算，僅為確定施工方案提供依據，施工前必須按施工時氣溫、原材料溫度重新進行準確的熱工計算。

3 結語

本文以新建鐵路西平線XPS-1標段田家窯二號大橋承臺為例，介紹大體積混凝土施工溫度控制措施，為其它大體積混凝土施工提供具有可操作性的施工溫度控制依據。通過工程實踐證明，只要依據本文提出的混凝土施工及溫度控制方法，就能獲得理想的效果。

［1］中華人民共和國建設部.GB 50204—2002 混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［2］劉秉享.混凝土技術［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］周水興，何兆益，鄒益松.路橋施工計算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2003.