橋梁工程的大體積混凝土施工技術與溫控措施研究

宋興彪

煙臺市蓬萊區交通運輸服務中心 山東 蓬萊 265600

在橋梁工程建設中，承臺與墩身均屬于典型的大體積混凝土工程。在大體積混凝土工程施工中，最關鍵的問題就是嚴格控制溫度，如果溫度控制不到位，將導致施工完成的構件產生裂縫，影響整個橋梁工程的質量。

1 工程概況

某橋梁工程承臺與墩身為典型的大體積混凝土工程，單次灌注量最多可以達到200m3以上，而且墩臺的實際灌注量可以達到1000m3以上。為保證這些部位的施工質量，需對相關施工技術進行深入的分析，尤其是溫度控制措施。

2 施工特點

對大體積砼構件進行施工時，水泥發生水化將帶來巨大熱量，由于混凝土熱傳導性很差，所以內部溫度升高速度往往快于散熱，導致內外部產生一定溫度梯度，此時受約束作用會在混凝土內部出現溫度應力，當這一溫度應力超出混凝土自身約束能力時，就會在混凝土表面產生裂縫，對混凝土性能及安全性都造成很大的影響[1]。基于此，在施工中降低或徹底消除混凝土的內外部溫差是防止大體積砼產生開裂問題的關鍵所在。

3 施工技術

3.1 配合比確定

相關規范提出的橋梁用高性能混凝土各原材料用量如表1所示。

表1 橋梁用高性能混凝土各原材料用量

在實際工程中，需在滿足以上用量要求的基礎上，通過摻加粉煤灰與減水劑來減少水泥用量，以此在混凝土的生產環節就減少水化熱。

3.2 工藝控制

墩身模板與大塊鋼模為主，按1m×1m的間隔距離設置拉桿，拉桿螺帽鎖定。墩身每節高度為4m，單次灌注量在200-300m3范圍內，灌注需用時10-12h。灌注用混凝土均在拌和站中進行生產制備，生產完成后由攪拌車運輸到現場，運輸需要20-30min的時間。在混凝土到場后，需對其溫度與坍落度等進行檢測，確認合格后由汽車泵開始泵送入模。在灌注混凝土的同時，還需進行振搗，振搗方法包括插入振搗與附著式振動振搗[2]。

3.3 材料控制

（1）如果降溫使用冰塊或者是冰屑進行，則會因為方量過大使成本大幅升高，且可操作性較差，所以很少使用。

（2）開工前需對進場的砂石料進行遮陽，同時作必要的灑水降溫處理。通過大量實踐可知，采用這種方法能使攪拌溫度顯著降低，對施工中的溫度控制極為有利。

（3）水泥進場時的實際溫度在很大程度上決定了拌和料溫度，比如，當水泥的實際溫度比施工時的氣溫高30℃，則拌和料溫度將比采用常溫水泥拌和而成的高至少5℃。該橋梁工程主要采用散裝水泥，在將其運輸到現場后，其溫度可能達到90℃，因此必須采取措施將其進場水泥的溫度。當施工在夏季進行時，需采用水化熱相對較低的水泥類型。另外，在施工現場還應增大溫度檢測頻率，使拌和時使用的水泥，其溫度不超過55℃，力求入模時混凝土的溫度不超過35℃，這是達到理想溫度控制效果的基礎[3]。

（4）通過摻加適宜的外加劑保證混凝土性能與質量。

3.4 溫度控制措施

（1）首先要做好出料溫度測定。以配合比提出的各原材料實際用量及拌和前各類原材料實際熱量為依據，通過計算確定出料時混凝土的溫度。根據相關統計資料，出料時混凝土的平均溫度在37℃左右。

（2）然后對混凝土中心處的最高溫度進行估算，可采用以下經驗公式進行：

式（1）中，T0表示混凝土中心處的最高溫度，單位：℃；T表示入模時混凝土實際溫度，單位：℃；mc表面單位體積混凝土的水泥實際用量，單位：kg/m3，對于C30混凝土，可取276kg/m3；Q表示單位質量水泥在發生水化反應時放出的熱量，單位：J/kg，對于普硅水泥，可取377J/kg；c表示混凝土比熱容，單位：J/（kg·K），取0.96J/（kg·K）；ρ表示混凝土密度，單位：kg/m3，取2400kg/m3；m表示經驗系數，取0.3；t表示從澆筑到計算開始經歷的天數[4]。

采用上述公式進行計算可得，當入模時混凝土的實際溫度取37℃時，其中心處的最高溫度在64℃左右，但混凝土表面的溫度通常不超過20℃-30℃，由于混凝土內外部的溫度差超過警戒值（25℃），所以有可能引發裂縫，因此應采取有效溫度控制措施。

（3）采用冷凝管進行降溫。該方法冷凝管的布置主要有兩種形式，即按矩形布置與按梅花形布置，以按梅花形布置的方法的降溫效果相對較好。冷凝管采用內徑不小于25mm的鋼管，相鄰管段采用直管與彎管接頭相連。在連接時必須達到牢固，同時還應纏繞冷膠帶以避免漏水。冷凝管和鋼筋之間可靠固定，避免混凝土灌注與振搗過程中發生位移或損壞。另外，在冷凝管的兩端還應分別設置閥門，由此對進水的流量與方向進行控制。通過試驗可知，當有壓通水時，冷凝管有效作用范圍不超過0.5-0.75m，基于此，冷凝管需按照1-1.5m的間隔距離進行布置。冷凝管的通水需要由專人負責進行，對于通水時間，需在混凝土初凝時立即進行，不能確保進入的水為常溫水。通水數量以冷凝管內徑與出水口水溫為依據確定。通水降溫時應做好相關記錄，直到內外部溫度處在15℃以內。在橋墩施工過程中還可以在其中部布置散熱管，同樣向管內通入循環水，用于降低內部溫度，由于散熱管可使用PVC管，所以在下一段施工中將其用混凝土填滿并振搗密實即可[5]。

（4）采用蓄熱保濕法進行養護。采用蓄熱法對溫度進行控制時，需對保溫材料實際覆蓋時間引起足夠的重視，在混凝土開始初凝后立即保溫養護。承臺和墩身兩部分的蓄熱法存在一定差別，在承臺模板脫除以后，立即填筑基坑，即采用土模法進行養護，同時在承臺表面進行蓄水，避免表面的水分快速散失，起到防裂的作用。當在氣溫較高的季節進行墩身施工時，需在澆筑完成后6h使用草袋對墩頂進行覆蓋，澆筑完成后10h進行灑水養護，以免產生干縮裂縫[6]。為保證蓄熱效果，在施工過程中還要在模板的外部噴涂保溫材料。經實踐可知，采用該方法以后，與未采用該方法相比，能使混凝土表面實際溫度降低10℃左右，能達到更好的溫度控制效果。對于已經拆模的墩身，應立即覆蓋塑料薄膜與土工布實施封閉養護，并持續不少于14d的時間。覆蓋應嚴密，以免表面水分蒸發散失，導致干縮[7]。

3.5 溫度控制效果

通過以上各項溫度控制措施的使用，現場測溫結果如表2所示。

表2 現場測溫結果

從以上結果可知：（1）混凝土澆筑完成2-3d后，溫度達到峰值，數值為58℃，比之前估算的最高溫度低6℃；（2）在溫度達到最高值后開始下降；（3）連續通入10d冷凝水后，使混凝土表面和中心之間的溫度差在25℃以內；（4）通水結束后，繼續測溫60d，混凝土內溫為30℃上下，達到了預期的溫度控制目的[8]。

4 結語

綜上所述，該橋梁大體積混凝土施工中通過對摻加粉煤灰、減水劑；材料控制；工藝控制；冷凝管降溫；蓄水法養護等一系列溫度控制措施的應用，達到了預期的溫度控制目標，從根本上防止了溫度裂縫的產生，值得類似橋梁工程參考借鑒。