大體積混凝土溫度控制措施

王大鵬

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

1 工程概況

新建“石家莊—濟南”客運專線，正線起止里程為改DK79+555.99（含）—改DK90+387.08，全長10.831 km，其中改DK79+555.99（含）—改DK83+882.54 為辛集東特大橋313#墩（含）—濟方臺，共計134 個承臺和墩臺身。改DK83+882.54—改DK90+387.08 為區間路基，其中改DK84+402.8 為靳家莊框構中橋、改DK86+000.2 為侯家村框構中橋、改DK87+243.3 為駱家村框構中橋和17 個框架箱涵，結構物多、體積大。控制承臺大體積混凝土施工溫度，以減少大體積混凝土在溫度應力作用下產生的裂縫，指導實際施工。

2 大體積混凝土溫度計算

在大體積混凝土施工前必須進行溫度計算，以免混凝土出現裂縫，增加混凝土的抗拉力，改善約束條件。事先采取一定的措施，使溫度差降低，保證大體積混凝土擁有良好的施工質量。因溫差產生的拉應力要小于同期混凝土抗拉強度的標準值，因此需要對混凝土的溫度進行控制，提高建筑的安全系數。首先計算混凝土內部的最高溫度，才能更準確地計算溫差，測量混凝土內部的最高溫度可以在澆筑后的3～7 d，按式（1）計算。

式中，T0是混凝土澆筑溫度，℃；W 是水泥用量，kg/m3；F是粉煤灰量，kg/m3；Q 是水泥水化熱，通過試驗28 d 水化熱為350×103J/kg；c 是混凝土的比熱容，取0.98×103J/kg·℃；ρ 是混泥土密度，取2400 kg/m3；ξ 是不同厚度的澆筑塊散熱系數（表1）。

表1 不同厚度的澆筑塊散熱系數

本標段橋梁承臺高度為2.0 m、2.2 m、3.0 m、3.5 m。C40 混凝土的水泥用量294 kg/m3，粉煤灰用量76 kg/m3，ξ 按表1 選取，根據式（1）計算混凝土內部最高溫度。

當承臺高度為2.0 m、2.2 m 時，混凝土內部最高溫度45.52 ℃，當承臺高度3.0 m 時，混凝土內部最高溫度56.46 ℃，當承臺高度3.5 m 時，混凝土內部最高溫度63.96 ℃。

混凝土表層溫度按式（2）計算。

式中，Tq是施工期大氣平均溫度，取20 ℃；h'是混凝土虛厚度，m；H 是混凝土計算厚度，m。具體參數見表2。

當承臺高度為2.0 m 時，混凝土表層溫度36.95 ℃；當承臺高度為2.2 m時，混凝土表層溫度35.77 ℃，當承臺高度為3.0 m 時，混凝土表層溫度為45.76 ℃；當承臺高度為3.0 m 時，混凝土表層溫度52.04 ℃。

混凝土溫差=Tmax-T表，經計算，上述不同承臺厚度溫差均＜20 ℃。

3 大體積混凝土的測溫措施

采用預埋測溫探頭進行測溫。本工程承臺厚度200～350 cm，屬大體積混凝土，極易產生溫度裂縫，在大體積混凝土內預留測溫孔，測溫孔采用直徑40 mm，壁厚3 mm 的鋼管。共設3 組，每組預埋1 根測溫探頭于混凝土內，1 組埋設在承臺中心處，底端高于承臺底50 cm；2 組埋設在承臺橫向中軸線上，距承臺邊線150 cm，底端高于承臺底100 cm；3 組埋設在承臺縱向中軸線上，距承臺邊線150 cm，底端高于承臺底150 cm。測溫管平面布置見圖1。預埋管均垂直于混凝土平面，與承臺鋼筋綁扎牢固，且伸至承臺底部，上部外露20 cm。

表2 不同厚度計算參數 m

4 承臺大體積混凝土施工方法

4.1 降低混凝土入模溫度

砂、石料避免陽光曝曬，現場混凝土輸送管道經淋水散熱，采用地下水降低拌合水的溫度，以及采取其他控制混凝土入模溫度的降溫措施。

4.2 施工控制措施

（1）優先考慮選用水化熱低，初凝時間長的水泥，并控制水泥用量，滿足最大膠體用量限值≤450 kg/m3，最小膠體用量限值≥320 kg/m3。

（2）粗骨料選用級配良好的碎石，含泥量≤1%，石子在使用前需經過清洗。砂選用經過篩選中粗砂，含泥量≤2%，以降低水泥用量。

（3）根據高性能混凝土配合比的要求選用合適的外加劑[2]。為了延緩溫升峰值的出現時間，降低單位混凝土水泥用量，可以同時摻加高效緩凝減水劑、粉煤灰，即“雙摻技術”。

（4）選擇材料后要進行適配和計算，同時確定合理的配合比，為了滿足施工要求的工藝特性，以及承臺設計所規定的強度，要適當減少水泥用量，摻入一定比例的粉煤灰、高效減水劑、緩凝劑來降低水泥水化熱。

4.3 各項檢算

為了使施工方案更具正確性，在確定混凝土配合比之后，要在固定的施工條件下檢算施工階段大體積混凝土澆筑的溫度，通過計算結果制定詳細的養護措施、冷卻措施、溫度監測方法，確定各項溫度指標。

4.4 埋設冷卻水管

承臺施工時，事先在混凝土中預埋水管，通過管中的循環冷水流動降低混凝土內部產生的水化熱。用Φ40 mm×4 mm 的鋼管作為冷卻管，在2 m、2.5 m 內布置一層冷卻管，3 m 以上的承臺布置兩層。在拐彎處要安裝彎頭，用絲扣套筒連接水管接頭。施工前，要對水管系統進行通水試壓，保證管路不漏水。認真檢查每個接頭，避免在鋼筋綁扎與混凝土澆筑之后損害管路，使供水具有連續性。冷卻水管路回形布置，與四周邊緣的距離為100 cm，水平管之間的距離保持100 cm。如果承臺高度為2.2 m，可以在垂直方向上布置一層水管。水管網沿豎向布置在承臺中央，最外層水管距離混凝土最近邊100 cm，進、出水管均各自獨立，露出承臺頂面20 cm，采用1 臺水泵獨立灌水，適當控制進水速度與循環速度，并及時記錄測溫數據。在每層循環水管被混凝土覆蓋之后，或者在混凝土澆筑之后，可以在冷卻水管中通水。在水循環中，使混凝土內部的溫度降低。同時，使混凝土內部的溫度達到所要求的限度，將循環冷卻水進、出水的溫差控制在≥5 ℃。為了能夠更加全面的利用混凝土的自身溫度，可以用測溫數據控制水循環的速度。混凝土自身的溫度具有四周溫度低、中部溫度高的特點，所以在循環中會進行自動調溫，發揮更好的調控效果[3]。

圖1 測溫點平面布置

4.5 材料降溫

（1）分層澆注施工。選擇分層連續澆注施工技術，嚴格控制層厚30 cm。同時，根據混凝土層面散熱特性進行振搗作業，保證混凝土澆注質量。次層混凝土的澆注要在前層混凝土初凝之前，避免發生層間冷縫，每層混凝土都要振搗，使其達到密實的效果。搗固采用插入式振動棒，操作時振動棒應直上直下，快入慢出，重疊交叉；每一振搗點振搗20～30 s 為宜，以混凝土表面不再顯著下沉、不再出現氣泡，表面泛出灰漿為準。振搗混凝土時，振動棒要求搗入下一層混凝土，一般插入深度為40～45 cm，保證插入下層混凝土內5～10 cm，層層要搭扣，以消除兩層之間的接縫，使上下層混凝土之間更好地結合。混凝土應連續澆筑，在下層混凝土初凝前振搗上層混凝土。振動棒不得碰撞鋼筋及承臺預埋件，不得碰撞邊側模，距離邊側模10 cm，以防模板變形。

（2）混凝土澆筑方式。為了保證混凝土的分層施工及鋼筋和冷卻管不受擾動，混凝土澆筑時需采用混凝土溜槽進行施工，施工時保證每個承臺的溜槽數量不少于3 個，保證整個作業面內的混凝土厚度均勻。混凝土振搗時，嚴禁用振動棒拖拉的方式來進行混凝土的攤鋪。

（3）加強養護。混凝土澆注完畢后，側模外覆蓋草簾保溫；抹面收漿后，表面上加蓋土工布進行保溫保濕養護，防止混凝土表面干裂，延緩降溫速率。

在終凝后開始澆水（一般為12 h 后），覆蓋灑水養護，承臺頂全部范圍內必須嚴密覆蓋土工布并澆水，每隔2 h 澆水一次，中午氣溫較高時每隔1 h 澆水一次。根據測溫結果調節冷卻管通水量的大小，當混凝土中心與混凝土表面溫差過大時，可將冷卻管出口的溫水覆蓋混凝土表面，提高混凝土表面溫度，減少混凝土體內外溫度差。拆模后，承臺四周采用澆水養生，使混凝土處于濕潤狀態，或者盡早回填基坑土方。承臺養護時間不得少于14 d。

5 結束語

大體積混凝土施工是一項復雜而又系統的工程項目，在維護、施工、設計、材料這些方面都要加以注意。要使用成熟的施工技術，并結合先進的技術進行設計，將切實可行的技術融入到實踐操作中，對其實行有效的控制措施，并達到經濟節約的目的。為了提升大面積混凝土施工的質量，要對材料人員進行科學合理的組織與安排，對操作工藝加以改進，完善施工操作過程，規范施工項目，并對工程進行適時的養護，有效降低損害程度，防止大體積混凝土出現溫度裂縫。