大體積承臺混凝土溫控措施

(四川川交路橋有限責(zé)任公司， 四川 廣漢 618300)

0 引言

大體積的混凝土由于澆筑后，都會因為水化熱溫度升高，導(dǎo)致承臺不均勻的形變，該形變在下方結(jié)構(gòu)和本身束縛中產(chǎn)生更大的溫度型應(yīng)力，此應(yīng)力將可能超越混凝土本身的抗拉力強度，致使混凝土龜裂。為防止裂縫產(chǎn)生，溫度控制成為工程保障的必要措施。本文以晉蒙黃河大橋主橋11#墩承臺為例，通過優(yōu)化混凝土配合比，降低水泥使用量，減少水化熱，同時在承臺內(nèi)部埋置冷卻水管道注水降低溫度，承臺外層覆蓋保溫措施，防范溫度裂紋出現(xiàn)在混凝土表面，獲得了良好成果。

1 工程概論

晉蒙黃河大橋主橋橋跨采用主橋為（82.68m+4x152m+82.8m）+（82.8m+3x152m+82.72m）預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁—連續(xù)剛構(gòu)橋組合體系。9-13#墩、15-18#墩為主墩，8#、14#、19#墩為交界墩。主墩承臺結(jié)構(gòu)形式相同，左右幅承臺為整體式結(jié)構(gòu)，橫橋向長29.85m，順橋向?qū)?8.6m，高5m，基礎(chǔ)為24根直徑2m的摩擦樁。8#、14#、19#交接墩承臺為分幅式承臺，承臺尺寸橫橋向13.6m，順橋向8.6m,高3m，基礎(chǔ)為6根直徑2m的摩擦樁。其中，本次研究的主墩11#承臺，屬于大體積混凝土工程，其結(jié)構(gòu)尺寸為 29.85m×18.6m×5m，設(shè)計混凝土方量為設(shè)計混凝土標(biāo)號為C30混凝土，采用一次性澆筑完成。

2 混凝土材料與配合比

橋梁施工過程中，要控制好溫度，首先要改進(jìn)混凝土材料用量和其配合比：選擇級別高配置優(yōu)良的砂和石料，在保證混凝土各項性能的前提下，將外加劑摻入混凝土，降低水泥的使用量，混凝土的溫度隨之降低，干縮程度減小，開裂風(fēng)險降低。詳細(xì)配合比見表1：

表1 混凝土配合比

內(nèi)部實際最高溫度與混凝土絕熱溫升值會導(dǎo)致混凝土水泥水化熱產(chǎn)生。混凝土絕熱溫度升值計算公式：

式中變量代表含義見下表：

通過試驗對比結(jié)果，進(jìn)行水泥熱量測算得出:普通混凝土水泥的水化熱=350 KJ/Kg，粉煤灰混凝土的水化熱=300 KJ/Kg。通過（1）式的計算得出，普通混凝土最高絕熱溫升值Tmax=45.1oC，粉煤灰混凝土最高絕熱溫升值Tmax= 29.6oC。比較得出，水泥水化熱的降低，可通過添加粉煤灰實現(xiàn)。

3 冷卻水管埋設(shè)

經(jīng)過測算之后發(fā)現(xiàn)，加入粉煤灰雖然能夠降低水化熱，但在混凝土硬化時，內(nèi)外溫差并不會跟著降低。施工過程中，要求混凝土溫度升至最高時，中心溫度與表面溫度相差不可超過25℃。要保證內(nèi)外溫度要合乎施工規(guī)范要求要求，就需要在施工以前先埋設(shè)冷卻水管以降低混凝土內(nèi)部與外部的溫度差異。

3.1 混凝土內(nèi)層最高溫度

混凝土內(nèi)部實際最高溫度是由三部分組成，分別是混凝土澆灌溫度、水化熱引發(fā)的升溫和澆灌后散熱溫度，可通過混凝土Tmax（最高絕熱溫升值）求出，計算公式為：

式中：Tmax—混凝土的最高絕熱溫升值(oC)；—混凝土入模溫度，22oC；—混凝土的絕熱溫升值(oC)；

x—混凝土的散熱系數(shù)，取0.8。

通過（1）式和（2）式聯(lián)合計算可知，11#墩承臺混凝土的中心最高溫度值

3.2 混凝土表面溫度

根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范（GB50496-2009）》，混凝土表面溫度計算公式如下：

式中：Tb—混凝土表面溫度(oC)；—外界環(huán)境溫度(oC)；

H—混凝土的計算厚度，取5m；

在混凝土澆筑期間，環(huán)境溫度為 10～19.9oC，平均溫度為 15oC，故帶入（3）式計算得出混凝土表面溫度，考慮極端氣溫條件時，

3.3 混凝土內(nèi)表溫差

3.4 布置冷卻水管

據(jù)混凝土內(nèi)層溫度分布特征及混凝土澆筑工藝特點，在距離承臺底部以上約50cm布置第一層冷卻水管，沿高度方向每隔100cm布置一層冷卻水管，共布置五層冷卻水管，第5層冷卻水管距離承臺頂面50cm，每層冷卻水管間距為100cm，冷卻水管采用Ф50mm×2.5mm鋼管，并將調(diào)流閥門、測流量設(shè)備安置于水管出水口處。混凝土灌注時有可能發(fā)生堵漏現(xiàn)象，該現(xiàn)象是由于水管變形和脫落引起。因此，安裝冷卻水管時，要使用鋼管支架將水管固定牢。安裝完成后，要保證水管道密閉，就要接通進(jìn)出水管和總管道，將水泵發(fā)動進(jìn)行通水試驗。其布置圖如下所示：

圖1 冷卻水管布置圖

當(dāng)混凝土溫度升到最高時，測算出內(nèi)部的中心溫度和表面溫度，對比兩者差異是否超過25oC，即可驗證冷卻水管的布置是否合理。

變量和含義對照表

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根據(jù)式(4)可求得混凝土Tm最大值為 33.68oC，算出這時的內(nèi)外溫度差為16.28oC，考慮到極端氣溫情況，這時的內(nèi)外溫度差為21.38oC，均滿足內(nèi)外溫差不超 25oC，證明了通過在承臺中埋入冷卻水管道來降溫的方法可行且有效。

3.5 混凝土保溫和保養(yǎng)

在承臺內(nèi)部使用冷卻水管注入冷水水降溫的同時，在外部增加保溫材料涂層平衡溫度，可以確保混凝土內(nèi)外部溫度差保持在規(guī)范要求內(nèi)。具體做法是：將土工布層覆蓋在混凝土頂部，同時加蓋草簾兩層，在混凝土表面灑上一些從冷卻水管出水口流出來的熱水，使混凝土表面保持潤濕。為了保溫，在承臺四周模板外面掛上草簾，用鐵絲連接草簾的搭接面，避免空洞產(chǎn)生。通過監(jiān)測草簾內(nèi)部空氣溫度，再對比混凝土內(nèi)部溫度，得出具體拆模時間。

保養(yǎng)過程中的溫度監(jiān)測也需要重視。將 3～4個測溫儀懸掛于承臺周圍，用以檢測氣溫；將兩臺測溫儀設(shè)置在承臺混凝土表面，用以檢測混凝土表溫；混凝土內(nèi)部溫度則由埋設(shè)式測溫儀進(jìn)行檢測；放置一臺測溫儀于進(jìn)水和出水管處，每時每刻監(jiān)測進(jìn)水和出水溫度。混凝土澆灌后，每2h需要對其進(jìn)行一次測溫，等峰值出現(xiàn)后，變更成每4h進(jìn)行一次測溫，測溫需要連續(xù)進(jìn)行15天。期間，需要派專業(yè)人員對養(yǎng)護(hù)溫度測量全過程進(jìn)行跟蹤并記錄詳細(xì)數(shù)據(jù)，測定出混凝土上升的峰值，記錄達(dá)到峰值需要多長時間。冷卻水的流量、流通時間等可通過觀測結(jié)果來確定，目的是確保將混凝土的內(nèi)部外部溫度差異控制在25oC內(nèi)。

4 結(jié)語

本橋采用摻有粉煤灰的混凝土配合比明顯地降低了混凝土內(nèi)部的溫升值，同時加上冷卻水管的埋設(shè)及外部覆蓋保溫等措施，有效地避免了由于混凝土溫差在成形后產(chǎn)生的溫度裂紋。注入水流通降溫15天后把模板拆除，混凝土表層完整，光滑無氣泡，沒有溫度裂紋，獲得預(yù)期的成效。

優(yōu)化配合比設(shè)計、降低水化熱，是大體積混凝土施工過程中的關(guān)鍵所在，同時強化施工工藝控制，對混凝土內(nèi)部進(jìn)行降溫，對承臺外部進(jìn)行保溫，定時測量溫度精心保養(yǎng)，才可使溫度裂痕有效減少。

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