山區(qū)橋梁大體積混凝土溫控施工技術(shù)

摘 要：大體積混凝土澆筑后，水泥水化熱會(huì)產(chǎn)生大量熱量，由于混凝土導(dǎo)熱性能較差，內(nèi)部溫度就急劇上升。與此同時(shí)，混凝土表面由于散熱條件相對要好，溫度下降較快，其表面溫度相對要低。因此，在混凝土內(nèi)部和表面之間產(chǎn)生溫度差。溫度的升高和降低引起混凝土的膨脹和收縮，膨脹和收縮受到支承結(jié)構(gòu)的約束，在混凝土內(nèi)部和表面就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力過大，就導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。因此控制溫差盡量降低溫度梯度是保證不產(chǎn)生裂縫的根本。文章將結(jié)合具體工程實(shí)例，對上述問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫控措施；澆筑方案；保溫

1 工程概況

孟家坪特大橋橋區(qū)所在地隸屬湖北省咸豐縣高樂山鎮(zhèn)孟家坪村，位處鄂西山區(qū)，全長1217m主橋上部結(jié)構(gòu)為（65+3×120+65）m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)。11#～14#主墩承臺(tái)共8個(gè)，其結(jié)構(gòu)平面尺寸為10.5m（橫橋向）×15m（順橋向）×4.5m（厚度），每個(gè)承臺(tái)C30，混凝土708.75m3，屬于大體積混凝土。

2 溫控標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)山區(qū)施工的特點(diǎn)和季節(jié)，綜合考慮混凝土的入模溫度、混凝土水化熱的發(fā)展規(guī)律、養(yǎng)護(hù)條件、通水散熱等因素，為了避免在主墩承臺(tái)施工期內(nèi)產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力、保證不出現(xiàn)有害溫度裂縫，特采取如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：

①混凝土內(nèi)部最高溫度不超過75℃；②混凝土的溫升值不大于50℃；③混凝土內(nèi)外溫差不超過25℃；④混凝土澆注體表面與大氣溫差不宜大于20℃；⑤混凝土降溫速率不宜超過2.0℃/d。

3 溫控措施

通過對大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因分析，首先按不同季節(jié)選擇相應(yīng)的混凝土配合比并做好溫控計(jì)算和有限無分析。從優(yōu)選混凝土配合比降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、混凝土內(nèi)通水散熱、混凝土的灌注工藝、外部蓄熱養(yǎng)護(hù)、控制拆模時(shí)間等等方面來對混凝土進(jìn)行溫控，并在混凝土養(yǎng)護(hù)期間加強(qiáng)監(jiān)測，確保溫度梯度控制在設(shè)定的溫控標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，防止承臺(tái)混凝土出現(xiàn)溫度裂紋。

3.1 砼配合比選用

由于山區(qū)料源緊張，混凝土細(xì)骨料選用機(jī)制砂，水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥。為了降低大體積混凝土水化熱，同時(shí)滿足混凝土泵送的要求，考慮到機(jī)制砂粉塵含量較河砂高，再摻加了一定量的礦物質(zhì)超細(xì)粉，等量取代水泥；選擇合適的砂率并摻入一定量的高效緩凝減水劑，改善混凝土的和易性，減少拌合用水量，降低水灰比，推遲混凝土溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間，從面降低混凝土內(nèi)部和表面溫差。通過多次試配，配合比如表1所示：

表1 混凝土配合比

3.2 入模溫度控制

原材料質(zhì)量應(yīng)合格、穩(wěn)定，試驗(yàn)人員應(yīng)定期進(jìn)行檢驗(yàn)。石子每500方檢驗(yàn)一次，砂每200方檢驗(yàn)一次，散裝水泥每500噸檢驗(yàn)一次，袋裝水泥每200噸檢驗(yàn)一次，粉煤灰每200噸檢驗(yàn)一次，外加劑每批都要檢驗(yàn)，如果一次進(jìn)貨量比較大，則每50噸檢驗(yàn)一次。

現(xiàn)場施工時(shí)，必須采取以下保證措施：

（1）在每次混凝土開盤之前，試驗(yàn)室要量測水泥、砂、石、水的溫度，專門記錄，確保混凝土的入模溫度在控制范圍內(nèi)。

（2）水泥入場溫度不應(yīng)超過55℃，否則應(yīng)采取措施：要求水泥廠家將剛出爐的水泥在庫房存放一段時(shí)間后再運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場，并在現(xiàn)場存放一定的時(shí)間。

（3）機(jī)制砂粉塵含量和含泥量滿足規(guī)定要求，高溫時(shí)期應(yīng)對骨料及拌和水進(jìn)行降溫。

3.3 冷卻水管的布設(shè)

3.3.1 冷卻水管埋設(shè)及其布置

在混凝土澆注前，按混凝土內(nèi)部溫度分布特征，準(zhǔn)確埋置冷卻水管，冷卻水管采用φ40mm鍍鋅鋼管，進(jìn)出水口集中布置，并編號標(biāo)識清楚；每根冷卻水管進(jìn)水口安置一個(gè)閥門，便于控制通水流量，在承臺(tái)垂直方向上，設(shè)3層散熱管，層距1.5m，上下層距底面和表面0.75m、，散熱管進(jìn)出口均露出承臺(tái)面1m，水平方向管距2m，每層設(shè)1個(gè)進(jìn)水口，2個(gè)出水口，每一層構(gòu)成回路。

3.3.2 冷卻水管的使用及控制

冷卻水采用生活用水，冷卻水管使用前進(jìn)行試水，防止管道漏水、阻塞，并保證由足夠的通水流量，控制冷卻用水的進(jìn)水溫度，在混凝土澆注到冷卻水管標(biāo)高后，立即開始通水，為確保大體積混凝土內(nèi)部通水冷卻效果，冷卻水通水流速按1.5m/s控制。混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后開始小流量通水，砼終凝后按正常流量通水，各層混凝土峰值過后通水時(shí)間和通水流量根據(jù)測溫結(jié)果確定，若降溫過快可降低通水流量或停止通水。通水時(shí)間根據(jù)測溫結(jié)果確定，保證混凝土降溫速率不超過2.0℃/d。根據(jù)設(shè)置在承臺(tái)不同高度的測溫元件，測量臨近散熱管的溫度值，保證進(jìn)水溫度和砼內(nèi)部溫度差值控制在20℃以內(nèi)。

嚴(yán)格控制進(jìn)出水溫度，在保證冷卻水管進(jìn)水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不超過25℃條件下，盡量使進(jìn)水溫度最低。在承臺(tái)旁設(shè)置水池，供冷卻水循環(huán)使用；待通水冷卻全部結(jié)束后，須對冷卻水管進(jìn)行壓漿處理；為保證冷卻水的降溫效果，專人負(fù)責(zé)，合理選擇水泵，并配備檢修人員，準(zhǔn)備1～2臺(tái)備用水泵，若管路出現(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)排除，保證冷卻系統(tǒng)正常工作。

3.4 混凝土澆筑方案

3.4.1 混凝土嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)室提供的配合比拌制，攪拌時(shí)間120s以上，坍落度控制在120～160mm，確保混凝土的和易性和流動(dòng)性。

3.4.2 混凝土的放料采用混凝土泵車輸送，泵車布料時(shí)要確保邊角處混凝土的勻質(zhì)性，現(xiàn)場可根據(jù)混凝土的流動(dòng)性適當(dāng)調(diào)整布料點(diǎn)的位置，不允許采用大流動(dòng)性混凝土進(jìn)行攤鋪，避免因混凝土勻質(zhì)性差產(chǎn)生不同收縮而導(dǎo)致收縮裂縫。

3.4.3 布料時(shí)根據(jù)現(xiàn)場混凝土情況及時(shí)調(diào)整布料點(diǎn)，采用水平分層30cm，以便于混凝土施工過程中及時(shí)散熱。

3.4.4 每個(gè)布料點(diǎn)采用4臺(tái)φ70插入式振搗器振搗，2臺(tái)負(fù)責(zé)混凝土攤鋪，2臺(tái)按行列式順序振搗，并應(yīng)準(zhǔn)備至少1臺(tái)備用振搗器，振搗時(shí)不得出現(xiàn)漏振或過振，振搗操作工必須入倉，注意模板邊緣、倒角處應(yīng)振搗到位。

3.5 混凝土養(yǎng)護(hù)及保溫

大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生的。為防止混凝土內(nèi)外溫差過大，承臺(tái)澆注完畢后立即在砼上表面鋪設(shè)一層土工布，對土工布進(jìn)行灑水濕潤后在土工布上再鋪設(shè)一層加厚薄膜，最外層用彩條布包裹嚴(yán)密；模板周圍鋪設(shè)一層土工布，同樣進(jìn)行灑水濕潤，外再用彩條布包裹，保證大氣溫度與砼表面溫差不超過20℃，砼內(nèi)外溫差不超過25℃。

保溫時(shí)間根據(jù)測溫結(jié)果而定，保溫期間必須派人值守，定時(shí)量測薄膜內(nèi)和混凝土芯部溫度，確保溫差在可控范圍內(nèi)。養(yǎng)護(hù)期滿后進(jìn)行拆模作業(yè)，拆模時(shí)間應(yīng)選擇一天中氣溫較高時(shí)段。

3.6 溫度監(jiān)測

3.6.1 測點(diǎn)根據(jù)監(jiān)控監(jiān)測要求進(jìn)行布置，具體布置如圖2所示。

3.6.2 測點(diǎn)埋設(shè)：澆筑混凝土前將傳感器按測點(diǎn)布置圖固定在承臺(tái)鋼筋上，將傳感器導(dǎo)線穿出砼表面。

3.6.3 監(jiān)測時(shí)間安排

a.澆筑體溫度場測量：澆筑過程中入模溫度測量，每批攪拌混凝土不少于2次；澆筑塊混凝土澆筑完畢后6d內(nèi)，每4h測量一次；之后每8h測試一次；直至大體積混凝土的內(nèi)外溫差下降到20℃以內(nèi)，內(nèi)部混凝土溫度變化趨于平緩。

b.大氣溫度測量：為準(zhǔn)確描述大氣溫度時(shí)程曲線，與澆筑體溫度場測量同步進(jìn)行。

c.通水冷卻過程溫度測量與澆筑塊溫度場測量過程同步進(jìn)行。

d.特殊情況下，如寒潮期間，適當(dāng)加密測量次數(shù)。

e.承臺(tái)混凝土全部澆筑完畢后，根據(jù)溫度場及應(yīng)力場的預(yù)測計(jì)算結(jié)果，結(jié)合與監(jiān)測結(jié)果的對比分析，確定終止測量時(shí)間。

f.根據(jù)測試數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場保溫和調(diào)節(jié)冷卻水管的相關(guān)要素。

3.7 監(jiān)測結(jié)果分析

監(jiān)測結(jié)果如圖3所示：

通過對以上實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，可以得出以下結(jié)論和建議： （1）承臺(tái)混凝土溫度變化都有急劇的升溫和緩慢降溫的特征，直到最后達(dá)達(dá)準(zhǔn)穩(wěn)定階段。升溫階段一般只有1～3天，升溫達(dá)到峰值后，高溫峰值時(shí)間較短，一般約2～5h。（2）根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果，控制水的流量，使承臺(tái)混凝土各層最大降溫速率在2.0℃/d內(nèi)，起到了早期削減溫峰及防止溫度回升的效果，混凝土的內(nèi)表最大溫差均未超過25℃。（3）溫度沿高度方向上，在承臺(tái)中心偏下位置溫度最高，沿此點(diǎn)向兩邊逐漸降低，在距離頂面1m范圍內(nèi)溫度梯度最大，底面由于保溫好，溫度下降較慢。沿水平方向，從承臺(tái)中心到邊緣，溫度逐漸下降。

4 結(jié)束語

通過采用溫控措施，完成了孟家坪橋全部承臺(tái)大體積混施工，經(jīng)檢查外觀質(zhì)量控制良好，無表面裂紋。說明通過優(yōu)化混凝土配合比、合適的混凝土施工工藝、入模溫度控制、合理布設(shè)冷卻管和混凝土蓄熱養(yǎng)生等溫控措施得當(dāng)，可以有效降低了大體積混凝土內(nèi)部溫升和內(nèi)外溫差，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。