重慶高溫季節大體積混凝土施工控制

葉派平，謝英杰

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門361021）

0 引言

大體積混凝土結構在混凝土澆筑后，由于水化熱作用將經歷升溫期、降溫期和穩定期三個階段。在各個階段中，混凝土的體積隨著溫度變化而產生伸縮，混凝土體積變化受到約束就會產生溫度應力，如果該應力超出混凝土的抗裂能力就會開裂而產生溫度裂縫。

大體積混凝土施工受溫度影響大，包括入模溫度、環境溫度、混凝土水化溫度、循環冷卻水溫度等，合理控制溫度差是防止大體積混凝土出現溫度裂縫的關鍵，如內表溫差、表外溫差、冷卻水進出口水溫差、冷卻水與混凝土內部溫差、混凝土降溫速率等。

高溫季節環境溫度高（重慶地區更是高達40℃以上），混凝土入模溫度、內部最高溫度控制難度極大。若采取的溫控措施不合理，很可能導致混凝土因內表溫差過大、內部溫峰值過高、混凝土升溫或降溫速率過快等因素而使大體積混凝土出現溫度裂縫。

1 工程概況

1.1 工程簡介

重慶某長江大橋錨碇散索鞍支墩承臺為矩形鋼筋混凝土結構，采用C35混凝土，結構尺寸46m×15 m×6 m，設計混凝土總方量4 140 m3，鋼筋總重505 t。承臺下設置12根直徑為3.2 m樁基，承臺基坑開挖后底面設一層30 cm厚C35混凝土墊層。

因施工工期安排，承臺于7月下旬進行施工，此時正值重慶地區高溫季節。根據歷史氣象資料，7月份日均最高氣溫為33℃，日均最低氣溫為25℃。

1.2 施工方案

承臺結構尺寸大，為典型的大體積混凝土結構，需根據工程實際采取針對性溫控措施。

承臺總高度為6 m，根據大體積混凝土施工經驗宜分塊或分層澆筑，但承臺鋼筋工程量大，分層施工上下層施工間隔時間過長，分塊施工鋼筋連接難度大。為避免上下層混凝土間齡期差過大，減小施工難度，保證大體積混凝土施工質量，承臺采用一次澆筑方式進行施工，即承臺單次支模6 m，連續完成承臺混凝土澆筑[1]。

承臺施工拌和站為2臺套HZS90型攪拌機，混凝土生產能力45 m3/h，承臺混凝土預計澆筑時間92 h。

2 混凝土配合比設計

混凝土自身的物理、熱學性能是影響大體積混凝土溫度裂縫最基本、最重要的影響因素，混凝土配合比優化是溫控方案設計的首要任務。大體積混凝土配合比設計原則是配制出絕熱溫升小、抗拉強度較大、極限拉伸變形能較大、熱強比小、線脹系數小、自身體積變形小的混凝土[2]。

為最大程度減小混凝土自身水化熱，減小絕熱溫升，配合比設計中采用了高摻量的礦物摻和料。根據普通混凝土配合比設計規程，承臺混凝土水膠比為0.4，礦物摻和料（粉煤灰）的摻量選用規程中的最大摻量40%。

承臺混凝土單次澆筑方量大，澆筑時間長且處于高溫季節。為保證上層混凝土覆蓋之前下層混凝土未達到初凝，采用了超長緩凝外加劑，將混凝土的初凝時間延長至16 h（試驗室環境條件下）。

經優化比選后確定承臺混凝土配合比和設計指標見表1、表2。

表1 承臺混凝土配合比

表2 承臺混凝土設計指標

3 施工控制措施

為有效控制大體積混凝土施工質量，在配合比設計的基礎上還從以下方面加以控制：溫控設計、入模溫度控制、混凝土澆筑控制、混凝土養護控制、循環通水控制、溫度監測、拆模控制等。

3.1 溫控設計

為合理制定承臺大體積混凝土的施工控制措施，對承臺混凝土溫控方案進行了設計計算，采用Midas/FEA軟件進行建模模擬計算。計算了承臺混凝土的內部溫度場及仿真應力場，并根據計算結果制定了不出現有害溫度裂縫的溫控標準，并優化調整了相應的溫控措施[3]。

承臺一次澆筑成型，根據結構對稱性，取承臺1/4模型進行有限元剖分計算。混凝土澆筑入模溫度根據擬采取的降溫措施，按28℃進行取值。在設定條件下，承臺內部最高溫度計算值為63.7℃，溫峰出現時間約為澆筑后第3 d左右。

3.2 入模溫度控制

根據混凝土攪拌前原材料總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等原理，控制混凝土入模溫度的措施為控制混凝土原材料的溫度。承臺于7月下旬進行澆筑施工，控制混凝土原材料溫度的主要措施為：

（1）混凝土拌和站粉料罐儲存能力有限，在承臺混凝土澆筑前與水泥供應商溝通，提前一個月將所需水泥備貨至水泥中轉庫，讓其自然冷卻，以降低水泥使用時的溫度，控制混凝土粉料溫度不超過50℃。

（2）7月份為三峽庫區汛期，長江江水混濁，無法用于拌制混凝土，混凝土拌和用水采用自來水。為最大限度降低拌和用水溫度，采用在拌和站蓄水池中添加冰塊降溫。拌和站蓄水池中間設置一道中隔墻，將蓄水池分為兩個倉，中隔墻下部設置連通管將兩個倉連接[4]。加冰、加水在一個倉，而拌和取水在另一個倉，自來水通過冰塊冷卻后進入拌和取水倉，以使拌和用水水溫基本一致，控制出機混凝土溫度穩定。同時，對拌和站蓄水池進行遮陽覆蓋，避免太陽照射水面。通過添加冰塊，拌和用水溫度能降低至12℃～14℃。

（3）7月下旬環境溫度過高，提前儲備骨料并置于料倉彩鋼棚內已不能滿足骨料降溫要求，在僅遮蓋降溫條件下，骨料溫度仍達35℃以上，為此采用加冰降溫后的拌和站蓄水池冰水對骨料進行灑水降溫。

采用上述措施后，承臺混凝土實際出機溫度為28.5℃～30℃，入模溫度較出機溫度上升約0.5℃，為后續溫度控制奠定了基礎。

3.3 混凝土澆筑控制

承臺混凝土集中拌制后由混凝土罐車運輸至墩位，混凝土澆筑采用泵送方式。承臺澆筑面積大，為提高布料效率、減小勞動強度、控制分層厚度，混凝土泵送采用兩臺汽車泵直接將混凝土泵送至作業點。混凝土澆筑面積為690 m2，布料分層厚度以30 cm控制，分層布料按逐層式布料，每層混凝土覆蓋時間為 690×0.3÷45×1.5=6.9（h）（考慮其它因素影響而延長覆蓋時間，取1.5系數），混凝土試驗室環境下初凝時間為16 h（現場高溫條件約為9～12 h），足以滿足混凝土初凝前覆蓋下一層新混凝土，避免施工冷縫的出現[5]。

承臺底面、頂面鋼筋密集，高溫季節陽光照射后鋼筋溫度明顯上升，為避免鋼筋密集部位處于高溫時段進行混凝土澆筑，對混凝土澆筑開始時間進行了計算選擇，選擇上午7時開始混凝土澆筑，中午高溫時段前完成承臺底面鋼筋覆蓋，夜間時段進行承臺頂面施工。

3.4 混凝土養護控制

大體積混凝土養護在普通混凝土保濕養護的基礎上，還需根據溫度監測結果進行保溫養護。

承臺頂面保濕養護采用蓄水養護，養護水采用冷卻水管循環出來的溫水，養護蓄水與混凝土溫度基本同步升溫、降溫，減少了外界氣溫的影響，保證了混凝土不致失水干燥并起到保溫作用。

承臺側面采用帶模包裹養護，避免水分散失。混凝土保溫養護采用覆蓋、包裹保溫材料，保溫材料安裝時機根據溫度監測數據確定。前期混凝土處于升溫階段時承臺側面不進行包裹，以利溫度散發，待溫度監測至內表溫差臨近溫控標準值時再進行包裹保溫。

3.5 循環通水控制

為減小混凝土內部溫升，在承臺內部設置了冷卻水管。冷卻水管采用外徑51 mm、具有一定強度、導熱性能好的電焊鋼管。冷卻水管上下間距100 cm，左右間距100 cm，沿承臺高度方向共設置5層冷卻水管。每套冷卻水管長度不超過150 m，冷卻水管出水口和進水口集中布置、統一管理。

承臺澆筑時間長，為更有針對性地控制循環通水的水溫和流量，從下向上第1～3層、第4～5層冷卻水管為兩個獨立的循環水系統。兩個循環水系統可根據溫度監測結果分別控制水溫和流量，避免混凝土內部溫度沿高度方向差異大而導致冷卻水與混凝土內部溫差超過溫控標準。

承臺混凝土澆筑前，開通水泵進行試通水，檢查各個部件的可靠性，防止管道漏水、阻水。混凝土澆筑過程中，從冷卻水管被混凝土覆蓋后即開始通水。混凝土升溫時段，冷卻水流速大于0.65 m/s，流量大于45 L/min，形成紊流，盡量降低混凝土溫峰；溫峰過后混凝土降溫時段，通過水閥減緩通水，使流速降低，以層流狀態冷卻混凝土，具體結束時間視混凝土溫度監測結果而定。混凝土應緩慢降溫，通水流速控制標準為混凝土最大降溫速率不大于2.0℃/d，否則混凝土將會產生較大的溫度應力而導致溫度裂縫產生。

循環冷卻水水溫控制采用智能溫度控制系統，該系統可根據混凝土內部溫度定時手工設置循環水需保持的溫度，當所監測的循環水溫度超過設定值后將啟動加水泵將冷水加入循環水，當所監測的循環水溫度降低到設定值后將停止加水泵，從而使得循環水溫度保持在設定范圍內，有效控制了循環冷卻水溫度的相對穩定。

3.6 溫度監測

為檢驗施工質量和溫控效果，掌握溫控信息，以便及時調整和改進溫控措施，對混凝土進行實時溫度監測，檢驗不同時期的溫度特性。

承臺溫度數據采集選用自動溫度遠程采集系統，該系統是一種分布式全自動遠程網絡數據采集系統。系統采用無線方式傳輸，計算機遠程通訊，自動間隔測量，測量數據自動存貯。

監測點的布置按照重點突出、兼顧全局的原則。根據結構的對稱性和溫度變化的一般規律，在承臺沿橋中心線對稱的1/4側布設測點。沿高度方向共布置4層監測點，每層監測點在平面內由于靠近表面區域溫度梯度較大，測點布置較密，而中心區域混凝土溫度梯度較小，測點布置相應減少。

在混凝土澆筑前對各測點進行檢查、試測，確保各測點均能正常工作。各點在混凝土開始澆筑時即進行連續不間斷測量。混凝土溫度監測在峰值出現以前每2 h監測一次，在峰值出現后每4 h監測一次，直到溫度變化基本穩定。

3.7 拆模控制

在以往工程中經常出現拆模時混凝土表面沒有裂縫，待拆模一段時間后開始出現表面裂縫并不斷發展。這一表面裂縫出現的基本原因都是由于拆模后混凝土表面溫度下降過快、晝夜溫差大引起的。

大體積混凝土養護過程中采用保濕保溫養護，拆模時混凝土表面溫度高，拆模過早，勢必造成混凝土表面溫度下降過快。為此，承臺采用晚拆模及拆模后仍進行覆蓋、包裹的方法，以降低混凝土表面溫度降低的速率。拆模時間的控制標準為混凝土表面溫度與環境溫度的溫差小于15℃、養護時間不少于10d，同時拆模選擇白天氣溫較高時段進行。拆模后切忌用冷水對混凝土表面進行灑水養護，否則混凝土表面溫度將驟降，極易產生裂縫，若確實需要灑水應控制水溫與混凝土表面的溫差。

4 結語

該工程承臺大體積混凝土處于高溫季度施工，施工期間最低溫度25℃，最高溫度40℃，持續澆筑時間95 h。在優化大體積混凝土配合比的基礎上，通過采取降低混凝土入模溫度、循環通水冷卻、外部保溫等措施，承臺混凝土內部最高溫度68.5℃，內表溫差最大23℃，避免了承臺大體積混凝土有害溫度裂縫的出現。

（1）承臺單次澆筑高度大，冷卻水沿高度方向分兩個循環系統，對于不同階段的混凝土采用不同的循環通水溫度、流量，更好地控制了混凝土的溫差指標。

（2）循環冷卻水水溫控制采用智能溫度控制系統，能在設置的循環水溫度范圍內自動調節，提高了循環冷卻水溫度控制的精確性和穩定性。

（3）承臺混凝土入模溫度為29℃～30℃，高于《公路橋涵施工技術規范》（JTG TF50—2011）中28℃的要求，但只要將混凝土內部最高溫度、相關溫差控制在規范要求范圍內，仍可以避免大體積混凝土結構出現溫度裂縫。

（4）承臺在高溫季節施工取得了成功，但這是在眾多措施的基礎上取得的，若施工工期允許，大體積混凝土仍宜避開高溫季節進行施工，以減少措施費用的投入。

[1]郭文杰，方召欣.曹娥江大橋主塔承臺大體積混凝土夏季施工溫控關鍵技術[J].交通世界，2014（1）：136-137.

[2]劉軍輝,任先松,蔡利兵,等.高溫條件下大體積混凝土施工技術[J].混凝土，2013（9）：144-146.

[3]楊凌志.淺談高溫季節錨碇大體積砼施工溫度控制[J].中國水運，2012（5）：258-259.

[4]宋藝田、江守恒.炎熱季節大體積混凝土裂縫控制工程實踐[J].低溫建筑技術，2006（6）：148-149.

[5]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].