大體積混凝土溫度控制措施的應用探析

李 原 （安徽水利開發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 工程簡況

某橋梁工程位于國道干線上，跨越某河流，橋面設(shè)計為雙幅，總設(shè)計寬度達43.5m，總長為739m。跨河主跨為95m，全橋共有18組墩臺，其中5#、6#、7#、8#、9#、10#承臺平面尺寸為14.6×9.1m，厚3.5m，混凝土設(shè)計強度等級C30。

2 大體積混凝土定義及溫控標準

相關(guān)規(guī)范術(shù)語明確表述，大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。另有表述為，澆筑塊體尺寸較大，需要考慮采取溫度控制措施以減少裂縫發(fā)生概率的混凝土。

從規(guī)范的規(guī)定來看，大體積混凝土較易因水泥水化熱產(chǎn)生溫度變化，內(nèi)外溫差較大會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性貫穿裂縫，是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全及使用功能要求所不允許的。大體積混凝土不僅是厚度與其他普通混凝土存在不同，關(guān)鍵是由于混凝土中水泥水化反應產(chǎn)生的熱量，因結(jié)構(gòu)斷面大，混凝土材料導熱系數(shù)低，結(jié)構(gòu)表面與內(nèi)部散熱降溫速度不同步，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面存在較大溫差，同時混凝土表面與周圍環(huán)境氣溫間的也會存在較大溫差，因溫差過大，混凝土結(jié)構(gòu)體積發(fā)生變形不同步，其產(chǎn)生的溫度應力可能使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性貫穿裂縫。

經(jīng)參考業(yè)內(nèi)相關(guān)論著，本工程大體積混凝土溫度控制采用的標準是：混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與混凝土表面溫度的差值不超過25℃、混凝土外表面和當時施工環(huán)境最低溫度間差值也不超過25℃，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部最大降溫速率控制在小于2.0℃/d。

通過對5#、6#、7#、8#、9#、10#承臺混凝土內(nèi)外溫度驗算，混凝土的兩個溫差均超過25℃，故將本工程按大體積混凝土標準要求采取溫度控制措施，防止因水化熱產(chǎn)生溫度應力致使混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)貫穿裂縫。結(jié)合現(xiàn)場施工條件及外部環(huán)境，針對性地采用了以下溫度控制措施。

3 溫度控制措施

3.1 設(shè)計措施

設(shè)計單位在進行該結(jié)構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，已在圖紙說明中明確要求采取可靠措施，降低水化熱，防止出現(xiàn)裂縫；在設(shè)計方面，在承臺側(cè)表面、頂面增設(shè)D6冷軋帶肋貼面鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔間距10cm×10cm，凈保護層3cm，有效控制混凝土表面因收縮產(chǎn)生的表面裂縫。

3.2 優(yōu)化混凝土配合比，摻用外加劑

在保證混凝土強度及施工性能的條件下，通過對當前市場可選材料調(diào)查，對常規(guī)配合比設(shè)計進行優(yōu)化，主要是從水泥、砂石骨料強度及級配，摻入外加劑種類及選擇等方面優(yōu)化。

①水泥。選用大品牌的水泥，要達到水化熱低、質(zhì)量穩(wěn)定、安定性好的水泥，如普通硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥等。

②砂石骨料。砂選擇優(yōu)質(zhì)的河砂、江砂，砂的細度模數(shù)達到中砂，級配在II區(qū)，砂品質(zhì)優(yōu)于規(guī)范允許的最小值。碎石選用質(zhì)地堅硬、清潔，級配良好，碎石各項指標優(yōu)于規(guī)范要求。進場做好質(zhì)量檢測，不合格材料不得入場。

③外加劑。主要選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細礦料和減水劑、緩凝劑等，以代替部分會發(fā)生水熱的膠凝材料水泥用量，目的是降低總體熱量的產(chǎn)生。摻入減水劑、緩凝劑主要目的是提高混凝土的工作性能。

本工程大體積混凝土配合比經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，加入磨細礦料、粉煤灰替代部分水泥。膠凝材料用量如下：水泥：240kg，磨細礦料：60kg，粉煤灰：125kg。

按公式計算各階段最大溫度：

式中：ξ—不同澆筑塊厚度、不同齡期時的降溫系數(shù)，可由表查得

T—混凝土的澆筑入模溫度

T—混凝土內(nèi)部最高溫度

T—在t齡期時混凝土的絕熱溫升

式中：m—每立方米混凝土水泥用量

Q—每千克水泥水化熱量

C—混凝土的比熱，一般取0.96J/kg·K

ρ—混凝土的質(zhì)量密度，取2400kg/m

e―常數(shù)，為2.718

m―與水泥品種，澆筑時與溫度有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，取0.3

t―混凝土澆筑后至計算時的天數(shù)

由上式（1）、（2）可計算得：

T= [（240×461+125×73.45）/（0.96×2400）]×(1-e)

=52.0×0.26＝13.52

T=52.0×0.593=30.84

T=52.0×0.835=43.42

T=52.0×0.93=48.36

T=52.0×0.97=50.44

T=52.0×0.99=51.48

T=24+30.84×0.71=45.90

T=24+43.42×0.7=54.39

T=24+48.36×0.68=56.88

T=24+50.44×0.61=54.77

T=24+52.48×0.5=49.74

通過采用雙摻配合比，按上述公式計算得出結(jié)果，仍不能滿足大體積混凝土“雙25℃”的控制要求。擬采取以下施工組織管理、監(jiān)測措施進行溫度控制。

3.3 對各原材料采取降溫措施，降低混凝土澆筑入模溫度

①砂石骨料，在拌和站砂石料倉處搭設(shè)鋼制防護大棚，以防止陽光直射并防雨、做好通風。砂石材料盡可能地堆高，以減少材料受外部氣溫的變化影響，保證溫度的總體穩(wěn)定性。

②拌和用水，采用抽取地下深井水，保證其低溫及穩(wěn)定性，或采用挖深及大容量蓄水池，保證水溫偏差及穩(wěn)定。在夏季高溫時段，選用制冰機，現(xiàn)場生產(chǎn)、加注冰屑到蓄水池中，整體降低拌和用水的溫度。

③施工組織，混凝土開倉時間避開中午高溫時間段，根據(jù)澆筑體量，合理選擇在下午或夜間澆筑；加強現(xiàn)場混凝土入倉分層控制，分層厚度不大于50cm，降低混凝土澆筑速度，延長上層混凝土對下層混凝土覆蓋時間，但要在下層混凝土初凝前完成覆蓋。

3.4 布設(shè)冷卻水管及測溫點，控制結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高

①布設(shè)冷卻水管，本工程冷卻循環(huán)水管選用φ32mm黑鐵管，單層呈S形，多層布設(shè)。本結(jié)構(gòu)厚度3.5m，共布設(shè)四層，每層間距0.9m，距底面0.3m，頂面0.5m；單層的水平管間距為1m，水管外側(cè)距混凝土外邊緣按不大于0.5m控制，據(jù)實做作適當調(diào)小處理，管道上層及底層分別設(shè)出入口，多層管間連通，且出水口有調(diào)節(jié)流量的水閥和測流量設(shè)備。

②測溫儀器及測點布置

測溫計選用的是南京萬祥儀器有限公司生產(chǎn)的混凝土測溫儀及讀數(shù)儀。沿混凝土結(jié)構(gòu)高度，分別布置在底部、中部和表面三個深度；平面上分別布置有邊緣和中間。測點的布置距邊角為50cm，距表面為20cm，每塊承臺共設(shè)6個點，即底板中心和近邊分別豎向布設(shè)3個測溫點。測溫儀根據(jù)埋設(shè)位置做好編號、標識，并編制測溫記錄表，專人定時測定、記錄并分析。

③冷卻水管安裝，要以鋼筋骨架或支撐桁架固定牢靠，管道接頭以螺絲口為主，盡可能不采用焊接，做好接頭處的密封，以防混凝土灌注時水管變形及脫落、斷裂。安裝完成后做通水試驗。

④冷卻水管保護及使用，混凝土澆筑前，就保持在持續(xù)通水狀態(tài)；在混凝土振搗時，格外注意，振動棒不得觸碰水管，以防破壞。

通過流量計、控制閥控制循環(huán)冷卻水的流量在10～20L/min，溫度計測定進出水溫度，使進、出水的溫差小于10℃，并每天均交替改變通水方向，動態(tài)調(diào)整控制最大降溫速率要小于2.0℃/d。從混凝土開始澆注時，保持連續(xù)通水不少于14天，具體停止通水由每天溫度測量、計算分析確定。

⑤冷卻水管封堵，冷卻水管使用完畢后，從底層管的入口處壓注水泥漿，從上層的出口處冒出濃漿后關(guān)閉出口，并持續(xù)壓漿3～5min，關(guān)閉進口，以保證管內(nèi)漿液飽滿。

3.5 溫度觀測、記錄

①混凝土澆筑開始就定時對測溫計讀數(shù)，同時記錄混凝土的澆筑入模溫度，澆筑進度同步記錄。

②混凝土澆筑過程，分時段記錄混凝土入模溫度及環(huán)境氣溫。

③混凝土初凝后，每2h觀測一次溫度，直到溫度達到最高后，每4h觀測一次，觀測14天。同時測環(huán)境氣溫度。

④根據(jù)測點編號，做好各點溫度統(tǒng)計，當天對數(shù)據(jù)變化及時對比，及時分析，及時采取應對措施。采取的應對措施主要有：調(diào)整冷卻水流量、調(diào)整水溫、加大讀數(shù)頻次、加強混凝土表面保溫或延緩拆除保溫材料等。

3.6 保溫、保濕養(yǎng)護

保溫養(yǎng)護是保證混凝土表面溫度與環(huán)境溫度的差值不超過25℃采取的措施，主要由表層溫度測點的數(shù)值與環(huán)境溫度的溫差決定的，可采用雨布、草袋、土工布等材料覆蓋。保濕措施主要是鋪設(shè)雨布密封，防止混凝土自身水分的蒸發(fā)、散失；或鋪設(shè)草袋、土工布灑水濕潤養(yǎng)護等，保持混凝土表面濕潤。

4 結(jié)語

通過對本工程大體積混凝土的識別，從配合比設(shè)計、原材料控制、施工組織安排、冷卻措施應用、溫度監(jiān)測手段及保溫保濕等多項措施的聯(lián)合應用，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)貫穿性裂縫及表面裂縫，保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，保證的結(jié)構(gòu)的安全和使用功能，取得了良好的效果。