大體積混凝土澆筑溫控方案

谷楓

摘要：以宜興市環科大道南延建設工程西氿大橋為背景，模擬了大體積混凝土澆筑時水泥水化熱在不同時段的變化和應力變化情況，對其大橋承臺澆筑溫度控制方案作簡要的闡述。

關鍵詞：大體積混凝土;混凝土澆筑;溫度控制;溫控方案

一、基本資料

宜興市環科大道南延建設工程西氿大橋主墩承臺尺寸為19.5×12.5×3.5m，體積為853.125m3的C30混凝土;承臺封底為20cm厚的C20混凝土。《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204-2015）對澆筑溫度規定：不宜超過28℃。氣象資料：2016年11月13日至11月19日，清晨氣溫在13℃左右，中午最高氣溫在20℃左右，24小時溫度變化按正弦曲線輸入;擬用于冷卻的蕪申運河水溫在15℃左右。

二、溫控措施

1、混凝土配合比。試配時選擇級配良好的砂、石料，同時摻加粉煤灰，降低水泥用量。混凝土試配優化后選用的配合比為：水：水泥：碎石：黃砂：粉煤灰：外加劑即183：269：709：1200：76：5.865。

2、混凝土拌合物。混凝土拌合物應具有良好的粘聚性，不離析、不泌水，初始坍落度應控制在16-18cm，初凝時間應大于3h。在開盤之前，量測水泥、砂、石、水的溫度，并做好現場記錄，計算出料溫度。如外界氣溫低于0℃時，應按混凝土冬季施工要求進行施工。

3、冷卻水管要求。冷卻水管按照施工方案要求的管徑及位置進行定位安裝，考慮管道彎頭較多，管道內冷卻水的水頭損失較大，為保證冷卻水的流速，每層冷卻管各設置3個進水口和出水口。

冷卻水管使用前應進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水。

混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后立即開始通水，通水時間一般10～15天，具體時間可根據溫度監測結果確定。出水口流速應大于60cm/s;應嚴格控制進出水溫度，在保證冷卻水管進水溫度與混凝土內部最高溫度之差不應超過30℃;

溫度經過最高點開始下降后，通過調節冷卻水的流量控制降溫速度，降溫速度應控制在2℃/d。

4、養護。混凝土終凝后應在表面覆蓋草袋或土工布灑水養護，考慮最近節氣變化，模板周圍應吊掛油布保溫。如果內外溫差超過溫控標準，應增加覆蓋草袋或土工布的層數，直至采用碘鎢燈照射以增加混凝土表面的溫度。

三、有限元分析

大體積混凝土的溫度應力是混凝土澆筑后，水泥的水化反應導致混凝土體積膨脹或收縮時受到內部或外部的約束而產生。通常講的水化熱分析應當包括熱傳導分析和熱應力分析兩個過程。熱傳導分析是通過研究水泥水化反應時熱量、對流、傳導等因素，隨時間變化各節點的溫度變化過程;熱應力分析是利用計算得到各節點不同時段的溫度，研究隨時間和溫度變化時材料特性、干縮、徐變，來計算大體積混凝土各個施工階段的應力過程。

本橋承臺大體積混凝土內部溫度場、應力場計算以及承臺內部的水化熱仿真分析，均由有限元分析（FEA）軟件MIDAS/Civil完成，她的功能強大，操作簡單方便，人機交互界面生動、形象，現在已經成為國際流行的有限元分析軟件。MIDAS/Civil內含水化熱分析包，同時程序內嵌JTG 04（RC），即《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG D62-2004中的鋼筋混凝土部分（RC），根據對承臺內部混凝土水化熱的仿真分析結果，優化選用相關參數作為承臺溫度控制的依據，采取相應溫控措施，避免承臺產生溫度裂縫。

四、參數結果分析

1、溫度變化圖表。⑴曲線上最大點（44.87℃）為240號節點（時點為240小時），此點在模型圖上為封底混凝土底部。

⑵次高點發生在320號節點，此點在模型圖上位于模型的長邊靠近承臺底部的位置，距承臺中心x方向8.0m，y方向0.5m處。

⑶約在澆筑360小時后，溫度逐漸趨于平緩。

2、應力變化圖表。由應力曲線可看處：約在120小時后，承臺內部應力逐漸趨于下降，而最高應力曲線，結合模型查找節點位置，均在封底混凝土或封底混凝土表面，這表明由于熱量蓄積作用封底內部溫度較高，而承臺內部由于冷卻管的作用溫度明顯下降，造成了二者之間的溫差加大，使得封底混凝土表面產生較大的拉應力。

五、溫度控制

根據模擬分析結果，在施工期內為保證承臺不出現有害溫度裂縫，采取如下標準進行控制：

第一層混凝土澆筑后，第二層混凝土澆筑溫度應控制在16℃以內。

混凝土內外溫差是指：混凝土內部平均最高溫度與接近承臺頂面的溫度（但不是氣溫）之差。按照《混凝土結構工程施工及驗收規范》（GB50204-92）的規定：大體積混凝土表面和內部溫差控制在設計要求的范圍內，當設計無具體要求時，溫差不宜超過25℃。

混凝土最高溫度是指澆筑層混凝土溫度升高到最高時的斷面平均最高溫度，而不是指混凝土某一點的最高溫度。應控制混凝土內部最高溫度不超過50℃。

六、結語

針對大體積混凝土產生溫度裂縫的各種原因，由本工程的施工控制可知，提出了溫度裂縫應根據工程的具體情況選擇施工措施：可以控制大體積混凝土水泥用量，選用低水化熱水泥，摻加合適的外加劑，優化混凝土配合比，完善澆筑工藝，降溫措施，以及加強養護工作和溫度檢測工作等相應的控制措施，并有效地防止了有害裂縫的產生。

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（作者單位：江蘇省交通工程集團有限公司）