大體積混凝土施工溫度控制

安璐

(西安思源學院，710038)

大體積混凝土施工溫度控制

安璐

(西安思源學院，710038)

引言：

近年在工程施工中，大體積混凝土工程日趨廣泛，結(jié)構(gòu)形式日趨復雜，混凝土強度等級越來越高。同時，大體積混凝土的有害裂縫控制問題也日益突出。大體積混凝土的裂縫主要是由溫度變形引起的。

本文以跨滬杭高速公路自錨上承式拱橋拱座施工為例，簡要的闡述大體積混凝土施工溫度的控制技術。跨滬杭高速公路自錨上承式拱橋是全國第一，世界第二的轉(zhuǎn)體施工的拱橋，大橋拱座總圬工量596m3，混凝土強度等級C40，拱座為一長方錐臺體，下底長13m，寬11m，上頂長10m，寬3m，總高6m，按照大體積混凝土的定義，此拱座系大體積混凝土。

一、大體積混凝土溫度控制：

如何減小混凝土內(nèi)外溫差是溫度控制的關鍵所在，本橋著重從混凝土澆筑前溫度控制和混凝土澆筑后溫度控制兩方面著手。

（1）混凝土澆筑前溫度控制主要從以下幾個方面入手：

1、采用水化熱低的水泥

2、改善骨料級配、降低水灰比、摻入混合料、摻入外加劑等辦法減少水泥的用量。

3、降低用料的初始溫度，進而降低混凝土入模溫度。

4、精心設計混凝土配合比。

5、經(jīng)過計算在混凝土內(nèi)合理的埋設足夠數(shù)量的冷卻水管。

（2）混凝土澆筑后溫度控制主要從以下幾個方面入手：

1、采用保溫法養(yǎng)護，對混凝土表面進行絕熱。

2、拱座頂四周搭設蓬布采取遮光和擋風措施，以控制溫度和干熱風的影響。

二、溫度控制實施措施：

T(t)=mc Q水化(1-1/(2.718^mt))/Cρ （a）

T(t)－澆筑完一段時間混凝土后,混凝土的絕熱升溫值

mc－每立方米混凝土水泥用量

Q水化－水泥水化熱量

m－與水泥品種,澆筑時與溫度有關的經(jīng)驗系數(shù),一般取0.3

t－混凝土澆筑后至計算時的天數(shù)，d

C－混凝土的比熱，取0.96J/kg.K

ρ－混凝土的質(zhì)量密度，取2600kg/m3

T－混凝土的入模溫度

澆筑拱座時環(huán)境溫度最低大約為 10°C，根據(jù)環(huán)境溫度、表面溫度、芯部溫度之間差值不大于15°C，則芯部最高溫度只能為：10+15*2=40°C則需要降低的溫度度數(shù)為：T降=T(t)+T-40（b）

（1）由公式（a）我們知道混凝土溫度的升高與水泥水化熱量Q密切相關所以水泥的選擇就至關重要：

理論研究與實踐表明大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應盡量使用低熱或者中熱的，凝結(jié)時間長的大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥，我們澆筑拱座時所用的水泥就是經(jīng)過精心挑選的 425號普通硅酸鹽水泥。

（2）由公式（a）還知道混凝土溫度控制與每立方米水泥用量mc也有直接關系，所以我們從減少水泥用量方面入手：

1、骨料的選擇

在選擇粗骨料時，由于骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水性較小，收縮性較低，而砂巖、板巖、角閃巖等吸水性較大，收縮性較高，同時，骨料粒徑大，收縮性小。因此可根據(jù)施工條件，盡量選用適宜巖性石料，粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。所以我們在澆筑拱座所用混凝土時將骨料換成粒徑較大、質(zhì)量卓越、級配較好的石子，進而減少了單位體積混凝土的水泥用量。

2、外加劑的選擇

外加劑保水性較好，混凝土收縮較小。摻加適量粉煤灰，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的，但摻量不能大于30%。

（3）混凝土入模溫度的控制

由公式（b）我們知道混凝土的水化升溫與其入模溫度由直接關系，入模溫度的高低，與出機溫度密切相關，另外還與運輸工具、運距、轉(zhuǎn)運次數(shù)、施工氣候等有關：

1、混凝土攪拌前，將砂子、石子堆放于陰涼處，避免日光暴曬。

2、利用地下水對卵石灑水降溫。

3、拌合用水采用地下水，經(jīng)具體量測，水溫未超過10℃。

4、水泥采用罐裝水泥，避免使用溫度高的水泥。

5、混凝土采用商品混凝土，攪拌站集中拌合，現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，縮短混凝土運輸和停歇時間，加快混凝土澆注速度。

6、對攪拌站現(xiàn)場的原材料、混凝土的運輸路線搭設涼棚，盡量減少日光暴曬。

（4）此外，精心設計混凝土配合比對混凝土溫度的控制提供一個強而有力的保障，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）、二摻（摻高效減水劑和摻高性能引氣劑）、一高（高粉煤灰摻量）”的設計準則，生產(chǎn)出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

（5）冷卻管的計算與布置

根據(jù)綜合比對，選擇水化熱較小，但強度足夠的 425普通硅酸鹽水泥，精心設計的配合比中，水泥用量mc =217kg/m3。查表得，425普通硅酸鹽水泥水化熱量Q水化=377J/kg，取t=15d，(混凝土養(yǎng)護時間)，根據(jù)公式（a）：

混凝土入模溫度為：T=15.5°C（取最近一個星期內(nèi)拌合站混凝土入模溫度平均值）

則T降=T(t)+T-40=7.3°C

所需排出的熱量為：Q釋=7.3* Q水化*596*2600=10859597 J

冷卻管采用φ48鋼管焊接而成，鋼管導熱系數(shù)為K鋼= 288kJ/m.h.k ，水的導熱系數(shù)為K水=2.0 kJ/m.h.k, φ48鋼管截面積為：0.000489m2，鋼管內(nèi)水的截面積為：0.00132m2

則所需的冷卻管長度：

L= Q釋/(（A鋼*K鋼+ A水K水）*15*24*1000)=210m

則需要通滿水后的冷卻管為210m，乘以1.5的保險系數(shù)為320m，冷卻管的布置如圖所示：

三、混凝土澆筑完成后需從以下方面對混凝土溫度進行控制

（1）采用了保溫法養(yǎng)護，即對混凝土表面絕熱。表面絕熱的目的，不是限制溫度上升，而是調(diào)節(jié)表面溫度下降的速率，使混凝土由于表面與內(nèi)部之間的溫度梯度引起的應力差得以減少。因為，在混凝土已經(jīng)硬化且獲得相當?shù)膹椥院螅h(huán)境溫度降低與內(nèi)部溫度提高，兩者共同作用，會增加溫度梯度的應力差。

（2）混凝土澆筑完后，表面立即覆蓋清潔的塑料膜，初凝后撤去塑料膜，用浸濕的毛毯覆蓋，毛毯頂面覆蓋草袋。毛毯表面要經(jīng)常灑水，保持混凝土表面的濕潤狀態(tài)。混凝土養(yǎng)護期間，在承臺頂四周搭設蓬布采取遮光和擋風措施，以控制溫度和干熱風的影響。

結(jié)束語

對于混凝土溫度控制，應以預防為主，為此需要精心施工，掌握住它的基本知識，并根據(jù)實際采取有效措施，才會使施工質(zhì)量得到很好的保證。以上各項技術措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，在施工中必須結(jié)合實際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。

實踐證明，在優(yōu)化配合比設計，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測工作及加強養(yǎng)護等方面采取有效技術措施，堅持嚴謹?shù)氖┕そM織管理，基本可以控制大體積混凝土的溫度的變化。

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1007-6344（2015）08-0059-01