大體積混凝土水化熱及溫度控制施工方案研究

羅清波

【摘 ?要】針對四川宜賓某特大橋承臺工程量大、混凝土強度高、絕熱溫升高、低溫期施工且澆筑時間長的情況，制定了系列溫度控制措施，并結(jié)合Midas Civil程序?qū)ζ涞乃療岱治龀晒瑑?yōu)化補充了溫度控制方案，為類似工程的施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】鹽坪壩長江大橋;大體積混凝土;水化熱;溫度控制

前言

大體積混凝土的裂縫控制問題是一項國際性的技術(shù)難題。大體積混凝土常常由于內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生的溫度應力，導致其表面開裂。為保證大體積混凝土施工質(zhì)量，避免產(chǎn)生溫差裂縫，確保橋梁的使用壽命和安全，必須制定切實可行的溫度控制方案以確保施工質(zhì)量[1～5]。本文結(jié)合四川宜賓某大型承臺的施工，提出了一系列的溫度控制措施，并結(jié)合Midas Civil對其的水化熱分析結(jié)果，進行了優(yōu)化。

1 工程概況

該工程橋墩承臺為矩形，承臺順橋向長度25.6m，橫橋向長度42.6m，高度6m，承臺四角為半徑2m的圓弧倒角，總計澆筑C40混凝土約7000m3。該承臺無論從哪方面看，都屬于大體積混凝土工程，其體積超大，溫度控制難度極大，擬采用一系列溫度控制措施保證施工質(zhì)量。

2 溫度控制指標

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT F50-2011）的相關(guān)規(guī)定，綜合參考其他相關(guān)規(guī)范及類似工程的施工經(jīng)驗，該工程對混凝土入模溫度的控制為：≥5℃且≤28℃，混凝土在入模溫度基礎(chǔ)上實際溫升值不大于50℃，且內(nèi)部最高溫度不應超過75℃，內(nèi)表溫差控制在25℃以內(nèi)。

3.溫度控制方案

大體積混凝土溫控是對混凝土質(zhì)量的全面控制。為達到溫控標準的要求，采取了一系列溫控措施進行有效監(jiān)控，落實到混凝土的質(zhì)量控制，澆筑溫度的控制，混凝土拌和、運輸、澆筑、振搗到通水、養(yǎng)護及保溫每一施工環(huán)節(jié)[6～8]。

3.1 原材料選擇

根據(jù)最大限度降低混凝土水化熱量及釋放速度的原則，在混凝土的原材料選用方面，采取了以下措施：選用中低水化熱品種的水泥、降低水泥的用量、摻加I級粉煤灰、優(yōu)選粗細骨料及摻入超緩凝型聚羧酸高性能減水劑、控制拌合水溫等措施，最終確定為水泥：粉煤灰：砂：碎石：水：減水劑=247kg：165kg：738kg：1108kg：144kg：3.075kg如表1的配合比。

3.2 施工措施

3.2.1 分層澆筑

該承臺分成3m+3m兩次澆筑。每層澆筑時采用整體式水平分層連續(xù)澆筑，每層澆筑厚度控制在30cm～50cm范圍。并在施工中，根據(jù)拌合站生產(chǎn)能力和現(xiàn)場泵送、澆筑能力，確定每層混凝土的最適宜澆筑層厚，以盡量縮短層間間隔時間，確保在下層混凝土能充分塑化之前完成上層混凝土的覆蓋澆筑完成。

3.2.2 布置冷卻水管

按照分2層的澆筑方案，采用Midas Civil 軟件的混凝土水化熱分析模塊進行無冷卻水管溫度應力場分析后，發(fā)現(xiàn)承臺第一澆筑層和第二澆筑層均在澆筑后2d的時候結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度達到最高溫，并在2d～7d始終保持在54～56℃，而表面最低溫度保持在20℃，結(jié)構(gòu)內(nèi)表最大溫差達到了36℃，大于25℃，不滿足溫度控制指標的要求，需設(shè)置冷卻水管。

參照以往類似工程及實際施工經(jīng)驗，在滿足溫度控制要求的前提下盡量少設(shè)冷卻水管數(shù)量，初步擬定每一澆筑層設(shè)置3層冷卻水管，水平及豎直間距均為100cm。每根冷卻水管長度不超過200m，冷卻水溫18℃，流量3.0m3/h，擬定在混凝土澆筑后12h開始通以冷卻水。采用Midas Civil 軟件對擬定的冷卻水管方案進行分析，各層混凝土澆筑中心點、表面點溫度及應力時程曲線如圖1、圖2和圖3、圖4，各層混凝土內(nèi)部最高溫度和最大內(nèi)表溫差見表1。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，添加三層冷卻水管，混凝土內(nèi)部最高溫度降低了10℃左右，最大內(nèi)表溫差為22.2℃，小于25℃，符合規(guī)范要求，該方案可行，同時也發(fā)現(xiàn)后期混凝土內(nèi)部溫度下降速度過快，在施工過程中應根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果，降低冷卻水的速率或停止部分冷卻水管。

3.3 養(yǎng)護措施

對于結(jié)構(gòu)側(cè)面，拆模前，帶模養(yǎng)護，并覆蓋保溫層+防雨布，拆模后有條件回填的情況下盡快回填，不能及時回填的拆模后覆蓋塑料薄膜保濕，并覆蓋保溫層保溫，養(yǎng)護時間不小于14d。對于分層面，鑿毛后覆蓋薄膜+保溫層，養(yǎng)護至上層澆筑為止。對于永久暴露的表面，邊收面邊覆蓋塑料薄膜，初凝后覆蓋保溫層，養(yǎng)護時間不小于14d。

4 溫度監(jiān)測

為檢驗施工質(zhì)量和溫控效果，掌握溫控信息，以便及時調(diào)整和改進溫控措施，做到信息化施工，需對混凝土進行溫度監(jiān)測。溫度檢測儀采用智能化數(shù)字多回路溫度巡檢儀，溫度傳感器為熱敏電阻傳感器。每層測點的布置如圖5。

5.結(jié)論

本文針對四川宜賓某承臺大體積混凝土水化熱問題提出了相應的溫度控制方案，并采用有限元軟件對溫度控制中冷卻水管的布置進行了理論分析，對比了采取溫控措施后混凝土內(nèi)表溫度的變化，結(jié)果表明，采用優(yōu)選低中熱類硅酸鹽水泥、優(yōu)化配合比、分層施工、布置冷卻水管及正確的養(yǎng)護措施的聯(lián)合溫控措施，并結(jié)合有限元軟件模擬實際施工情況，是能夠確保超大體積的混凝土施工結(jié)果合規(guī)的一種途徑。

參考文獻：

[1]《大體積混凝土溫度應力與溫度控制》朱伯芳著[J].土木工程學報，1999（04）：15.

[2]袁廣林，黃方意，沈華，高鵬飛.大體積混凝土施工期的水化熱溫度場及溫度應力研究[J].混凝土，2005（02）：86-88.

[3]羅庚，胡寶生，辛國平.橋梁承臺大體積混凝土水化熱分析及溫控措施[J].公路交通技術(shù)，2013（03）：89-93.

[4]楊培誠，李志成.基于MIDAS/CIVIL的C40大體積混凝土施工期仿真分析[J].公路工程，2012，37（01）：136-138+199.

[5]董立功，胡茂剛.天津路大橋承臺大體積混凝土溫控設(shè)計與仿真分析[J].科技創(chuàng)新導報，2008（29）：173-174.

[6]占玉林，段增強，張強，何佳樂，陳文尹.承臺大體積混凝土水化熱及溫度控制措施研究[J].世界橋梁，2018，46（03）：45-49.

[7]劉國飛.碾子坪特大橋大體積混凝土承臺施工期水化熱模擬與溫度控制[J].鐵道建筑技術(shù)，2014（09）：109-111+126.

[8]王孝軍.柳林灘黃河特大橋承臺大體積混凝土水化熱溫度分析及溫度裂縫控制措施[J].甘肅科技，2012，28（16）：132-133.

（作者單位：四川國禹建設(shè)有限公司）