錨碇錨體大體積混凝土施工溫控措施研究

黃華生，楊茗欽，韋苡松

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

大體積混凝土是建筑工程施工的重要組成部分，隨著交通運輸業的迅猛發展以及施工技術的不斷進步，大體積混凝土在橋梁工程中的應用越來越廣泛。合理的配合比設計、施工過程中的溫度控制等措施，能夠減少大體積混凝土的內表溫差和表面拉應力大小，從而避免混凝土澆筑后早期表面裂縫的產生。一旦大體積混凝土出現裂縫，不僅直接關系到結構物的穩定性，也會對施工的安全質量造成一定的隱患。為了改善大體積混凝土澆筑后表面裂縫通病的產生，在施工過程中要狠抓施工技術要點，不斷強化質量安全意識，從而提高建筑工程總體質量，確保結構物達到建設標準，力爭打造品質工程。

1 工程概況

1.1 錨體結構形式

廣西濱海公路龍門大橋是目前廣西規劃建設的最大跨徑橋梁。龍門大橋東錨碇錨體從功能、受力、施工等方面可分為錨塊、散索鞍支墩、前錨室、后錨室等部分(見圖1)。錨體順橋向長51.6 m，橫橋向寬60.6 m，高39.7 m。由于錨體平面投影尺寸較大，且項目所在地氣溫較高、日曬充足，為避免混凝土在澆筑過程中表面出現收縮與溫度裂縫，特對錨體錨塊進行分層分塊澆筑，每層高3 m，左右幅各為一塊，中間設置后澆段，后澆段采用微膨脹混凝土進行澆筑。

1.2 施工氣象條件

龍門大橋所在地多年平均氣溫為21.9 ℃，最高月平均氣溫為28.3 ℃，最低月平均氣溫為13.5 ℃，極端最高氣溫37.5 ℃，極端最低氣溫1.1 ℃，年平均日氣溫>35 ℃的天數為12 d。

圖1 龍門大橋東錨碇BIM模型圖

2 錨體施工溫控要點

大體積混凝土通常是指混凝土結構實體幾何尺寸≥1 m的大體量混凝土，易因膠凝材料水化反應引起溫度變化收縮而導致開裂。大體積混凝土具有結構厚實、混凝土方量大、工程條件復雜、施工技術要求高、水泥水化熱較大(預計超過25 ℃)等特點[1]。

2.1 錨體大體積混凝土施工重難點

(1)錨體混凝土方量較大(單次澆筑最大方量達到2 600 m3)，混凝土設計強度等級高(C40)。當混凝土水化熱溫度控制不當時，易使超大體積混凝土產生溫度應力、收縮和徐變，也極易因內表溫差較大而產生溫度應力導致混凝土開裂[2]。

(2)錨體混凝土澆筑面較大，與一般混凝土施工相比，受環境及氣溫影響較大，單層攤鋪所需時間較長。且項目所在地氣溫較高、日曬充足，當混凝土澆筑時，每層攤鋪間隔時間較長，極易因層間混凝土表面水分蒸發過快導致混凝土表面產生收縮開裂，且不利于層間混凝土結合。

(3)錨塊的后錨室部位存在較多變截面，該部位易發生應力集中而產生開裂。

2.2 錨體分層分塊施工

東錨碇錨體為大體積混凝土結構，混凝土澆筑時，為避免混凝土澆筑施工后由于水化熱影響出現收縮與溫度裂縫，澆筑方案整體采取豎向分層、平面分塊的方式進行。錨塊整體呈梯形，沿橋軸線對稱布置，錨塊沿順橋向中部及橫橋向支墩與錨塊分界處設置2 m寬后澆段，后澆段采用C40微膨脹混凝土澆筑，在錨塊施工完成后澆筑。錨塊豎向分14層澆筑，層厚自下往上依次為3 m×12+2.0 m+1.7 m，單個錨塊順橋向長51.6 m，橫橋向寬30.3 m，高39.7 m。每層混凝土澆筑時應從低處開始，布料均勻；當混凝土供應量充足時，亦可多點同時進行澆筑。如圖2所示。

圖2 錨塊澆筑分層示意圖(cm)

3 大體積混凝土施工溫控措施

3.1 混凝土配合比設計

按施工圖紙設計要求，錨體采用C40混凝土進行澆筑。為減少水化熱產生的熱量，推遲放熱高峰出現的時間，通過減少水泥用量，在混凝土中摻入適量粉煤灰及外加劑，從而降低水灰比，也有效降低混凝土的絕熱溫升，保證混凝土的整體質量。經過前期試驗論證，該設計配合比完全符合混凝土的設計要求?；炷僚浜媳热绫?所示。

表1 混凝土配合比設計表(kg/m3)

3.2 混凝土生產運輸、澆筑過程質量控制

混凝土生產時應保證原材料及配合比、制備工藝以及質量檢驗標準等各方面相同，且必須保證使用的水泥品種、生產批次、生產用量的一致性，各種原材料的儲存應專倉專用，防水、防污染、防竄料。拌和時間和投料順序達到規范要求，拌和得到的混凝土勻質性合格?；炷涟韬瓦^程中，自有拌和站需設試驗員進行后場蹲點，應隨時觀察粗、細骨料含水率的變化，并依據含水率及時調整配合比的用水量。

混凝土拌和站采用自有的2線180拌和站(揚帆南大道拌和站)及1線120拌和站(擦人墩島上拌和站)同時生產混凝土的方式供應混凝土。揚帆南大道拌和站出料通過施工便道及棧橋運輸至錨碇位置，運輸時間大約為20 min；擦人墩島上拌和站出料直接運輸至錨碇施工位置，運輸時間約為5 min。通過混凝土調度中心調配混凝土，其運輸速率應保證施工的連續性。在運輸混凝土過程中，必須保持混凝土罐車罐體持續低速轉動，當罐車到達混凝土澆筑現場后，卸料前應使罐車高速旋轉30 s左右方可卸料。

因為對錨塊混凝土質量要求高及要求外觀平整，所以在現場澆筑過程中，應嚴格按照混凝土施工振搗的要求進行振搗?；炷翝仓r按照每層30～50 cm的規格進行控制，并且應均勻布料，現場嚴禁使用振動棒驅趕混凝土?；炷琳駬v時嚴格控制混凝土振搗時間，防止過振造成混凝土離析或者泌水現象?；炷翝仓r做到布料均勻，粗、細骨料分布合理均勻，保證混凝土結構的均質性[3]。

3.3 混凝土澆筑溫度控制

把握混凝土澆筑時間，盡量避開在高溫天氣期間澆筑。根據規范，為保證混凝土入模溫度，可對原材料溫度進行控制。對原材料采用搭遮陽篷、通風等普通措施冷卻，必要時可對料倉進行噴霧或對原材料進行灑水(注意原材料含水率，從而優化配合比)，以降低儲存環境溫度。拌和水可采用自來水或者地下水，水溫需控制應比氣溫低，如水溫過高，可向水中投放冰塊以降低水溫。后場要加快混凝土生產量，使現場加快混凝土的澆筑速度，減少每層混凝土的布料時間，從而縮短混凝土表面暴露的時間，防止由于混凝土表面水分蒸發過快而導致混凝土表面產生收縮開裂?；炷翉募铀_始攪拌至入模最長時間應≤1.5 h。

3.4 冷卻水管的布設及控制

錨塊每一澆筑層縱橫交錯布設3層冷卻水管。冷卻水管采用直徑為42.3 mm、壁厚為3.25 mm，且具有一定強度和導熱性能的黑鐵管制成；水管彎頭應采用冷彎工藝處理，水管接頭通過螺紋絲扣連接。水管水平間距為1.0 m，垂直管間距為1.0 m，距該層混凝土頂面/底面50 cm；每套管長≤150 m。錨體大體積混凝土冷卻采用循環冷卻法，冷卻水應設置獨立大水箱，用分流器將每層每套水管集中分流，分流器各接頭設置獨立開關來控制每層每套水管內冷卻水的循環速率。在混凝土升溫初期采用外循環，即冷卻水直排并不間斷補充淡水以最大程度冷卻混凝土；混凝土內部溫度與進水溫度之差達到20℃后改為內循環，即冷卻水回到循環水箱?；炷翝仓埃鋮s水管應進行≥0.5 h的加壓通水試驗。待水管停止循環水冷卻并完成養生后應及時對冷卻水管用混凝土同強度的微膨脹水泥漿進行壓漿封堵。如表2所示。

表2 錨體大體積混凝土通水要求表

3.5 溫度監測元件的布設

為更好地監測混凝土溫度，在混凝土內部布置測溫元件測點。根據構件對稱性的特點，選取構件的1/4塊進行布置測點，對高度方向的測點距離冷卻水管需≥25 cm。根據澆筑層厚及冷卻水管布置情況，分別于混凝土底面以上1.5 m處布設第一層(監測層)、2.5 m處布設第二層(校核層)，監測混凝土內部溫度及表面溫度。以錨體左幅第四層M2-4為例，測溫元件布設情況如圖3所示。

圖3 監測層測溫元件平面布置示意圖(cm)

3.6 養護及拆模時間控制

由于混凝土中水泥水化熱反應引起混凝土內部溫度迅速上升，使內表溫差過大，使混凝土表面早期塑性收縮和混凝土硬化過程中的收縮增大，從而導致混凝土表面發生裂縫[4]。大體積混凝土養護時的溫度控制一般采用內部降溫、外部保溫相結合的方法，從而減少內表溫差帶來的不利影響。當環境溫度較高時，在混凝土外表面鋪設土工布并進行濕水方式養護；環境溫度較低時，在模板外包裹土工布防風、保溫，拆模后混凝土表面涂養護劑并用土工布包裹。澆筑完成后，應安排人員定時對混凝土表面土工布進行灑水養護，保證混凝土表面土工布處于濕潤狀態。通過加強混凝土表面保濕養護，可以減少由于混凝土表面收縮引起的表面應力。

混凝土拆模時間應按照混凝土澆筑齡期及實測溫度進行分析，且混凝土拆模時應滿足混凝土強度>2.5 MPa。為使混凝土內外溫差較小，尤其注意混凝土拆模時間不得小于混凝土溫峰出現時間。根據以往施工經驗，混凝土溫峰出現時間為澆筑完成后2～3 d。同時，模板在混凝土初期養護階段可起到保溫保濕效果。為降低混凝土裂縫出現的可能，混凝土拆帶模養護時間≥3 d。

表3 錨體大體積混凝土養護措施及要求表

3.7 混凝土澆筑完成溫控成效

通過對錨體左幅第四層M2-4混凝土澆筑過程溫度監測，得出混凝土溫度特征值發展歷時曲線如圖4～5所示。

圖4 第一層測點監測區域混凝土溫度特征值歷時曲線圖

圖5 第二層測點監測區域混凝土溫度特征值歷時曲線圖

由圖4～5可以看出，測點監測區域混凝土于測點覆蓋后6 h左右開始快速升溫，于30～50 h達到溫峰；溫峰過后混凝土內部溫度前期降溫較快，中后期平緩；降溫初期混凝土表面降溫較快，內表溫差增大，中后期基本與內部溫度同步，漸趨平穩?；炷羶炔孔罡邷囟葹?9.5 ℃，符合≤75 ℃的控制標準；混凝土最大內表溫差為18.9 ℃，符合≤25 ℃的控制標準。

4 結語

大體積混凝土最大的特點就是水化硬化過程中內部會釋放出大量熱量，但是由于體積比較大，熱量無法快速傳遞到混凝土表層。在這種情況下，大體積混凝土內部和外部就會形成溫差，從而產生溫度應力，而當應力達到一定值時，混凝土表面裂縫問題就會出現，對結構強度造成不利影響[5]。本文結合龍門大橋東錨體大體積混凝土施工實際，通過現場實際監測數據表明，大體積混凝土施工的溫度是可控的，從分層分塊、原材料溫度及入模溫度控制、養護措施等方面控制好大體積混凝土施工的各個環節，不斷提升施工水平，提高施工技術，加強施工過程質量管控，防止混凝土開裂，從而能夠有效降低施工成本，提高總體施工質量。