路橋工程項目中大體積混凝土溫控防裂技術應用研究

摘 要：路橋工程項目建設技術快速發展背景下，大體積混凝土在承臺施工中的應用更加廣泛，對提升道路橋梁施工質量、提升運維便利性都有顯著促進作用。裂縫發生是大體積混凝土施工面臨最為主要的問題，基于溫控防裂技術對大體積混凝土施工工藝進行優化，是有效規避質量問題發生的關鍵性措施。本文以某工程項目為例，說明溫控防裂技術在大體積混凝土施工中的具體應用形式，明確混凝土溫控監測系統設計和應用形式，分析智能化溫控技術發展趨勢，以此為同類工程項目施工技術應用優化提供參考，為推動我國公路事業高質量發展起到應有促進作用。

關鍵詞：路橋工程 大體積混凝土 溫控防裂技術

大體積混凝土結構在施工過程中，受前期內外約束導致收縮變形，極為容易出現多種形式的開裂現象，成為工程項目施工質量最為關鍵的影響因素。在傳統施工工藝中，通過在大體積混凝土內布置循環水管冷卻，成為控制裂縫發生的主要方式。但是在實際施工中，受意外因素影響，會出現混凝土無法連續澆筑、冷卻水無法及時停水、混凝土降溫幅度過大、降溫速率過快等問題，同樣會導致開裂現象發生。以智能化技術為支持的新型溫控防裂技術，能夠有效規避上述問題發生，在當前各類路橋工程項目大體積混凝土施工中，已經得以廣泛應用，具有良好推廣價值。

1 工程概況

某道路橋梁工程，全橋總長557米，主橋橋跨布置：（60+110+60）m預應力混凝土連續剛構，主橋長230m。引橋橋跨布置：小里程側引橋采用6×20m先簡支后連續預應力混凝土小箱梁，大里程側引橋采用10×20m先簡支后連續預應力混凝土小箱梁，引橋長320m。橋面全寬32m，按兩幅橋設置，單幅橋橋面寬15.75m，雙幅間間距0.5m，單幅橋主橋橫斷面布置為：0.5m（防撞護欄）+11.75m（行車道）+0.5m（防撞護欄）+3m（非機動車道）。下部結構橋臺采用肋板式臺，主墩采用雙肢薄壁墩，過渡墩采用墻式墩，其余橋墩采用柱式墩，基礎均采用樁基礎。其中某主墩承臺結構設計為14.6×14.6×4m，主墩整體設計如圖1所示。

2 溫控防裂技術的具體應用

2.1 總體施工方案

依據現場情況、機械和人力資源配置、溫控防裂技術應用要求等，設計總體施工方案。本工程項目中，某主墩承臺結構尺寸較大（14.6×14.6×4m），具有鋼筋密集、混凝土方量多等特征，參考相關施工規范及同類工藝，需一次連續澆筑完成。為有效規避大體積混凝土施工作業中出現裂縫現象，設置智能化溫控系統做好養護[1]。在樁基檢測合格并做好各項準備后，及時依照設計要求，做好墊層施工及樁頭處理，還是進行承臺施工。考慮現場條件及工藝特征，在鋼筋加工廠集中做好承臺鋼筋處理，使用平板運輸車運輸至現場進行拼裝。承臺施工所需鋼模板組合到位后，使用對拉螺桿做好固定[2]。混凝土使用罐車運輸并直接泵送入模，采用分層澆筑方式作業，單層厚度控制在30cm以內，且用人工振搗密實。混凝土養護采用埋設冷卻管通水方式冷卻，結合智能溫控系統做好調節，表面采取覆蓋方式做好保溫保濕處理。在養護作業達到規范要求，檢測內外溫差均符合要求后進行拆模作業，強度達到設計要求后，及時做好基坑回填作業。溫控措施實施以“內降外保”為原則，所選用的冷卻水管需具備良好的導熱性能，強度符合要求，材質以合適規格的鋼管為主。安裝作業中需檢查管道順暢、絲口接頭可靠，安裝完成后做好通水試驗，避免出現漏水、阻水等問題。

2.2 配合比優化及溫控計算

大體積混凝土施工作業前，必須要依照相關規范要求，并結合現場情況做好配合比設計，以有效規避設計不當導致混凝土裂縫發生。本工程項目施工中，采用C40混凝土，配合比方案如表1所示。

依據相關規范要求，大體積混凝土內部溫度最大值不得超過75℃，溫升值不得超過50℃。本工程項目施工中，利用水化熱有限元分析，依據仿真分析結果，采用3層水管布置方式，能夠將混凝土內部溫度控制在68℃以下，混凝土溫升值為44℃，均符合相關技術規范要求。冷卻水管選用Φ40×2.5mm（壁厚≥2.5mm）鍍鋅鋼管，水平間距上采用1.0m×1.0m網格狀布置，分層間距為1.0m，管路采用蛇形迂回布置，進出水口高差≥0.5m，以保持自然壓差。在管路布置時，要注意做好轉彎及連接部位的防水處理，在澆筑作業前需進行試壓試驗。同時依據技術要求，同步做好溫度監測系統布置。

2.3 冷卻水管通水調節措施

在施工作業中，為避免混凝土澆筑對冷卻水管定位產生影響，需在合適部位增設鋼筋進行支撐，在混凝土澆筑將水管覆蓋后，即可開始通水進行溫控。本工程項目施工中，將骨料預冷至25℃以下，混凝土入模溫度控制在28℃以下，冷卻水管初始通水水溫控制為20℃，通水流量設定為1.2m3/h。在通水時由專人做好觀察，依據溫控系統測溫結果，隨時調整通水時間、溫度和流量等參數，以盡量削減混凝土溫峰為準。在達到溫峰并開始逐漸下降后，及時根據降溫速率調整通水量，以有效規避降溫過快導致的混凝土開裂現象。采用冷卻水管進行混凝土強制降溫，持續時間通常持續14d左右，整體養護周期達到21d為宜。結合現場測溫，以混凝土內部最高溫度與最近3d內日平均溫度相差15℃以內時，即可停止通水。在后期可以利用混凝土自身徐變作用，以自然降溫方式，將大體積混凝土內的拉應力釋放出來。

2.4 表面保溫措施

在承臺大體積混凝土施工作業中，為有效規避裂縫現象發生，在達到初凝狀態后，需將表面完全使用雙層土工布+塑料薄膜覆蓋，并由專人做好24h灑水保濕、在澆筑完成后36h后，可根據現場情況，將出水口熱水直接放入承臺表面，以此達到良好養護效果[3]。如在澆筑施工作業期間，晝夜溫差較大，還需采取模板背覆膜方式做好保溫。在澆筑完成后的前3d，需適當加密水化熱監測，及時發現問題并采取針對性措施進行處理，以確保水化熱能夠有效釋放。

3 混凝土溫控監測系統設計和應用

3.1 溫控監測要求

在大體積混凝土溫控防裂技術應用中，為準確把握施工情況，及時調整相關參數，需做好環境體系溫度和混凝土溫度場的監測。在大氣溫度監測中，需重點做好季節溫差、日氣溫、寒潮等變化規律的測量，做好冷水水管進水口和出水口等部位的溫度測量。在混凝土溫度場監測中，需結合具體分布特征，合理布置一定數量的測溫點，依據實際變化情況，及時調整溫控措施。為實現大體積混凝土內部最高溫度的有效控制，可以適當降低澆筑溫度，縮短混凝土運輸時間和澆筑時的暴露時間。

3.2 設備布置

為實現對大體積混凝土施工過程中內部溫度的精準監測，選用某型號模塊化自動綜合測試系統，并依照技術規范做好布置。該系統功能采集模塊能夠滿足-20～70℃環境條件下，-50～120℃測量范圍需求，具備本地USB和遠端無線通信兩種通信功能，采集間隔為1～199min，能夠滿足本工程施工溫度監測需求。系統配置有電阻式溫度傳感器，具有精度高、穩定性和可靠性強、防潮及絕緣性佳等特征，靈敏度可以達到0.1℃。測溫點布置方式為平面中心和邊緣位置，豎向分底部、中部和頂部三層，深度方向以表面下50mm、1/2厚度、3/4厚度為宜，同時在布置測點時，還應當考慮對混凝土內部冷卻水管、進出水口位置等方面影響，盡量符合溫度場的分布規律。

3.3 溫控監測及控制

依照相關規范要求，測溫頻率控制為升溫期2h/次、降溫期4h/次、穩定期8h/次，為確保監測結果準確性，還需根據實際情況做好調整，適當加密測溫頻率[4]。本工程項目施工中，采取如下方式對溫控監測方式進行優化。在混凝土澆筑入模時，先做好監測范圍內所有測點的校驗，記錄初讀數，并在澆筑過程中做好實時監測，直至澆筑作業完成為止。在接近峰值溫度時，需以1h/次頻率做好內部溫度最高點監測，并繪制溫升曲線。接近峰值閾值時，還需要結合溫升曲率分析，利用指數函數擬合出最高升溫值。如出現最大升溫標準值高于擬合值而導致預警，需及時采取針對性控制措施。依照溫控標準做好里表溫差分析，動態分析具體數據及變化情況，如里表溫差高于20℃且處于持續上升狀態，需在施工中采取有效的包裹措施。同時結合環境溫度監測數據和分析結果，通過與溫控標準對比，合理確定冷卻水停止循環的最佳時機。在澆筑施工作業中，應當做好上層底面和下層頂面溫度監測，對比分析測點溫度差值是否符合層間溫差標準，確認上層混凝土入模溫度及層間溫差是否符合標準。同時在施工中，每4h做好一次冷卻水出入水口溫差、表面與環境溫差校驗，如出現溫差高于技術規范要求，出現預警情況，及時采取提升入水口溫度、加強表面保溫等措施做好處理。依照技術規范要求，降溫速率需控制在2℃/d范圍內，因此應每4h測算一次溫度降低量，并以0.6℃/4h為標準做好控制，避免控制偏差導致裂縫現象發生。

4 智能化溫控技術發展趨勢

當前大體積混凝土施工中，溫控防裂技術已經得以較為廣泛的應用，但就整體上而言，智能化控制水平還相對較低，智能化應用形式只是集中在溫度自動采集監測和智能分析層面，溫度智能控制與施工技術要求之間還有較大差距。當前相關研究中，已經出現智能化技術深度融合為支撐的大體積混凝土溫度智能調控系統，能夠實現更為高效、精準的溫度控制，有效規避混凝土裂縫發生。結合施工實踐和理論分析，大體積混凝土施工作業中，溫度因素導致的裂縫現象，主要集中在結構升溫和結構降溫兩個階段[5]。在升溫階段，冷卻水主要是通過降低混凝土內部最高溫度，通過控制自約束開裂和外約束開裂來規避裂縫發生。在降溫階段，重點在于降溫速度的合理控制，通常情形下，降溫速度越慢，越有利于混凝土徐變作用的充分發揮，以此能夠達到減少或避免混凝土開裂的目的。

以上述理論為基礎，融合冷卻循環水溫度自動調節、流速自動控制、水流方向變換、PLC控制、傳感器等系統功能，設計大體積混凝土溫度智能調控硬件設備，能夠實現更為智能化的控制。在大體積混凝土澆筑作業中，將水溫傳感器和混凝土溫度傳感器等布置在指定位置，將所采集的設備傳輸至PLC控制電腦，通過相關參數分析，能夠發出冷卻水流速控制指令、流量控制指令，實現對進口和出口溫差的精準控制[6]。水流方向則是由PLC控制電腦依照用戶設定的時間間隔進行控制。同時為確保智能調控硬件設備保持良好運行，還需要配置并優化相應的智能調控軟件，軟件系統需具備如下功能：（1）數據讀取及分析功能，依據所讀取的混凝土溫度數據，判斷當前是處于升溫階段還是升溫階段，如處于升溫階段，需依照用戶設定值，發出控制冷卻循環水相關指令；如處于降溫狀態，則先計算降溫速率，并依照用戶設定值發出相關指令。（2）讀取進出水口溫差并發出水泵開關和調速指令。（3）讀取循環水流速并依照邏輯分析發出對應指令。（4）依照用戶設定時間間隔，發出冷卻循環水流方向自動變換控制指令。

5 結語

在未來人工智能進一步融合應用背景下，智能溫控防裂技術在大體積混凝土施工作業中的應用水平將會進一步提升，對技術人員而言，必須要適應技術發展要求，不斷優化智能溫控防裂技術應用方式，結合配合比優化等方式，從根源上做好大體積混凝土裂縫的有效控制，有效提升路橋工程項目施工質量，更好的推動我國公路事業高質量發展。

參考文獻：

[1]王新剛，丁凱璇，王璽智. 大體積混凝土溫度智能調控機的研發與應用 [J]. 工程機械，2025，56（03）：46-51+8-9.

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[3]蔡秀娟. 跨海大橋預制墩臺大體積海工混凝土質量控制關鍵技術——以廈門翔安大橋為例 [J]. 鐵道勘察，2024，50（06）：108-115.

[4]畢進安.高速公路橋梁承臺大體積混凝土配合比設計與溫控防裂研究 [J]. 交通科技與管理，2024，5（03）：45-47.

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[6]吳盛燦.大體積混凝土溫控防裂技術的研究與應用 [J]. 產品可靠性報告，2023（09）：88-90.