大體積混凝土溫控技術

【摘 要】文章以在建的惠水至羅甸第11合同段紅水河特大橋工程實例，對大體積混凝土溫度裂縫的產生機理進行分析，介紹大體積混凝土溫度控制、計算和監控方法，并結合工程現場提出了有效的大體積混凝土溫控技術，為以后大體積混凝土施工提供借鑒。

【關鍵詞】大體積混凝土；裂縫；溫控技術

1.工程概況

紅水河特大橋橋長為956.0m的雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，橋梁布置為2×20m預應力混凝土現澆箱梁+（213m+508m+185m），主塔塔高均為195.1m，5#、6#墩為主墩，采用24×38m矩形承臺，厚度為6m，每個承臺混凝土數量為5470m?，屬大體積混凝土，對混凝土配比設計及溫控技術要求高。根據現場混凝土實際供運能力和避免連續澆筑時間過長，擬分2層澆注，采取低水化熱配比設計、冷卻管、降低入模溫度等溫控措施，確保混凝土澆注質量。

2.大體積混凝土溫度計算

2.1大體積混凝土溫度控制的理論計算

在大體積混凝土工程施工中，由于水泥水化熱引起混凝土內部溫度和溫度應力劇烈變化，從而導致混凝土發生裂縫。因此，控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土塊體的內外溫差及降溫速度，是防止混凝土出現有害溫度裂縫的關鍵。為防止大體積混凝土施工階段所產生溫度裂縫，在大體積混凝土施工前，應先計算混凝土水泥水化熱絕熱升溫值、各齡期收縮變形、收縮當量溫差和彈性模量，然后通過計算，估計可能產生的最大溫度收縮應力，如不超過混凝土的抗拉強度，則表示所采取的防裂措施有效控制裂縫的出現，否則，需要重新調整控制措施，直至計算應力在允許范圍內。但該方法施工中無法直觀量測，為此，在施工中通過控制承臺內外混凝土溫差來防止溫度裂縫的產生。在施工中承臺內部最高溫度不大于75℃，內表溫差不大于25℃， 冷卻管進出水溫差控制在10℃以內。為確保溫度控制在預定范圍內，目前最有效的辦法是通過預埋冷卻管通水冷卻以帶走水泥水化反應產生的熱量，從而達到降溫的目的。

2.2混凝土水化熱溫升值計算

實際上大體積混凝土并非完全處于絕熱狀態，而是處于絕熱狀態，而是處于散熱條件下，上下表面一維散熱，溫升值比按絕熱狀態計算要小；而不同的澆筑塊厚度，與混凝土的絕熱升溫亦有密切關系，混凝土塊厚度愈小，散熱愈快，水化熱溫升值低，反之混凝土塊厚度愈大，散熱亦愈慢，當混凝土塊厚度在5m以上，混凝土實際溫升已接近于絕熱溫升。混凝土內部實際最高溫升值可以按以下公式計算。

計算混凝土內最大溫升

混凝土的絕對升溫：Tmax=（MC×Q）/（C×ρ）

不同齡期的混凝土絕對升溫計算公式：T（t）=Tmax（1-e-mt）

式中：Tmax—混凝土最終升溫值（℃）；

T（t）—在t齡期時砼的絕對升溫（℃）；

MC—每立方米水泥用量，查配合比取400Kg；

Q—每Kg水泥水化熱量（KJ/Kg），查表得：377KJ/kg；

C—混凝土的比熱，按0.96[（KJ/Kg×K）]計算；

ρ—混凝土的密度，取2400Kg/m3；

e—常數，為2.718；

t—齡期（天）；

m—混凝土水化時的溫升系數，按澆注溫度25oC取；

砼內部溫度計算，當t=3時，其內部溫度最大：

Tmax=Tj+T（3）? =60.4℃

3.現場溫控措施

3.1 控制混凝土入模溫度

通過理論計算分析得知，混凝土澆筑入模溫度與混凝土的內部實際溫升值有著密切的關系。混凝土的入模溫度又與混凝土原材料溫度有關，施工時間為11月份，環境溫度不高，故對砂、石、拌和水不需要降低其溫度，只需要控制水泥溫度即可。水泥采用散裝水泥，提前與廠家協商，要求廠家儲備400t，現場采用兩個拌和場每個儲備200t，要求水泥溫度控制在30℃以下。

3.2 改善混凝土配合比

混凝土的導熱性能較差，水泥水化熱的積聚使混凝土出現早期溫升和后期降溫現象。合理選擇混凝土原材料、優化混凝土配合比能夠控制水泥水化熱引起的溫升，使混凝土具有較大的抗裂能力。

（1）水泥品種的選擇：混凝土升溫的主要熱源是水泥在水化反應中產生的水化熱。因此選擇中熱和低熱水泥品種是控制混凝土溫升的最根本方法；也可選用普通硅酸鹽水泥。

（2）骨料的選擇：首先應選擇自然連續級配的粗骨料配。

（3）摻加外加料：一是摻用混合材料（混合材料包括礦渣、粉煤灰、燒粘土等）——一般采用粉煤灰較多—— 可保持混凝土拌和物的流動性不變。減少單位用水量。提高混凝土的密實度。降低混凝土的水化熱。二是摻用外加劑——大體積混凝土中主要摻加的是減水劑。它有減水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及強度不變的條件下，減少用水量。降低混凝土的絕熱溫升。

（4）控制水泥用量：試驗資料表明：每增減水泥用量10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應升降l℃左右 。一方面在滿足混凝土強度和流動性的條件下盡量減少水泥用量；另一方面充分利用混凝土的后期強度。根據混凝土結構實際承載情況對結構的強度和剛度進行復核。采用或替代的設計強度。這樣可使水泥用量減少40kg-70kg。混凝土溫升相應減低4℃-14℃ 。因此，提出混凝土配合比設計參數達到：

粉煤灰用量大于20%，允許情況下，可提高到30%；

水泥用量盡可能降低到300kg/m?左右。

4.溫控數據及分析結論

當承臺澆筑混凝土數量后開始進行溫度監控，在混凝土水化熱升溫較快的前面幾天每間隔2小時采集一次數據，在混凝土核心溫度達到峰值后每間隔4個小時采集一次，混凝土溫度開始均勻下降后每間隔12小時采集一次。

下面列出各主要測點的溫度變化以及大氣溫度變化趨勢圖：

外側測點溫度曲線 核心位置測點溫度曲線

從各監測點的溫度變化趨勢圖中可看出：在某些測點的曲線上，混凝土內部溫度的變化在一定時間段內變化不規則，這是由于時刻在關注混凝土溫度的同時，調節水流量和回流控制水溫。

5.結論

由溫度記錄分析結果可以看出，本橋承臺大體積混凝土期間，混凝土的溫度就開始上升，在澆筑完成2-3天達到峰值，而后開始下降，這個與理論分析相符合。由于采取了冷卻水管冷卻措施，混凝土內部最高溫度并沒有達到理論峰值。說明冷卻水管在其中發揮重要作用。由于有冷卻水管的存在，使得混凝土在溫度升至65.6℃后就開始下降，并且混凝土的內外溫差始終不超過25℃。這說明現場組織嚴密，計算合理，措施得當，承臺沒有出現任何有害溫度裂縫，溫控效果顯著。以上有效的控制措施，確保了大體積混凝土的工程質量。

參考文獻：

[1] 砼結構工程施工及驗收規范[S].GB50204-2002

[2] 周水興，何兆益，鄒毅松等，路橋施工計算手冊[M].人民交通出版社，2006

[3] 朱白芳，大體積混凝土溫度應力與溫度控制[M].中國電力出版社.1999.

作者簡介 玉達變 （1982-）廣西南寧人，本科， 從事橋梁施工工作。