張熙平

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550001）

1 工程概述

貴州省赤水至望謨高速公路黔西至織金段六沖河特大橋橋?qū)挾葹?4.1 m，其承臺平面尺寸均為35.20 m×23.20 m，高6.00 m；混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級C40，單個承臺混凝土總方量約為4 989 m3，主塔承臺采用一次性方式進(jìn)行澆筑，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，因此在施工中應(yīng)采取相應(yīng)的大體積混凝土溫度監(jiān)控與控制技術(shù)，進(jìn)行大體積混凝土施工，以確保工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

此大體積混凝土工程施工計劃日期2010年9月23日至2010年10月21日，整個施工工期歷時1個月，時值秋季，環(huán)境溫度變化比較穩(wěn)定。本工程為確保施工控溫方案的安全可靠，在施工前采用理論分析結(jié)果計算混凝土內(nèi)部可能產(chǎn)生的最高溫度與最大拉應(yīng)力以驗證結(jié)構(gòu)裂縫控制的安全度。施工現(xiàn)場布設(shè)混凝土溫度變化監(jiān)控點，對混凝土施工中與養(yǎng)護(hù)階段的內(nèi)部溫度變化發(fā)展情況進(jìn)行時時監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控信息隨時調(diào)整混凝土的養(yǎng)護(hù)方案，保證混凝土內(nèi)外溫差與降溫速率在規(guī)范控制范圍之內(nèi)，從而做到信息化施工。

2 混凝土裂縫控制的理論計算方法及施工措施的基本要求

2.1 理論計算與控制過程

對于大體積及超大體積混凝土施工來說，進(jìn)行事前分析、事中控制與測試、事后驗算與控制，是實現(xiàn)高質(zhì)量混凝土工程控制的基本步驟。事先的理論分析與計算仿真模擬十分重要，一般分為澆筑前的混凝土結(jié)構(gòu)溫度場分析、澆筑中溫度監(jiān)測與控制、澆筑后的裂縫控制與結(jié)果驗算。

2.1.1 澆筑前的裂縫控制計算內(nèi)容為：

（1）水泥水化熱值測試(采用熔解熱法測試)；

（2）混凝土溫度場數(shù)值分析結(jié)合經(jīng)驗公式進(jìn)行演算；

（3）各齡期收縮變形值；

（4）收縮當(dāng)量溫差及彈性模量；

（5）估算可能產(chǎn)生的最大溫度收縮應(yīng)力，如不超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，則表示所采取的防裂措施能有效控制、預(yù)防裂縫的出現(xiàn)；如最大溫度收縮應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度、則需采取措施調(diào)整混凝土的入模溫度、降低水化熱的溫升值、降低混凝土的內(nèi)外溫差、改善施工操作工藝和混凝土拌合物的性能、提高抗拉強(qiáng)度或改善約束條件等技術(shù)措施，重新驗算，直至計算的應(yīng)力在允許的范圍內(nèi)為止。

2.1.2 澆筑中的溫度測試與控制

澆筑中對大體積混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測的目的：

（1）掌握混凝土內(nèi)部溫升時間及其內(nèi)部溫度變化情況，以便預(yù)測大體積混凝土內(nèi)部最高溫升值及最大溫升到來的時間，與理論最大溫升值進(jìn)行比較，及時采取預(yù)報和預(yù)防技術(shù)措施、防止溫升過高、溫差過大等不利情況發(fā)生；

（2）掌握大體積混凝土內(nèi)部的降溫情況及其降溫期間(也即混凝土抗拉強(qiáng)度形成期間)的降溫速度。

一般情況下，降溫速度控制值以24 h內(nèi)不超過1.0℃～2.0℃(前14 d)為宜，否則，混凝土將會因降溫速度過快，受到外約束的作用可能造成貫穿性裂縫發(fā)生。本工程中具體的控制值應(yīng)以計算出的控制值為準(zhǔn)。

2.2 控制溫度與收縮裂縫的技術(shù)措施

為了有效地控制有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，必須從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度、改善約束條件和設(shè)計構(gòu)造等方面全面考慮，結(jié)合實際工程采取措施。

2.2.1 降低水泥水化熱

（1）選用低水化熱或中水化熱水泥配制混凝土。考慮混凝土耐久性，C40混凝土選用P·O42.5水泥。

（2）充分利用混凝土后期強(qiáng)度或60 d強(qiáng)度，減少每立方米混凝土中的水泥用量，建議考慮進(jìn)一步降低水泥用量至300 kg/m3。

（3）使用粗骨料，盡量選用粒徑較大、級配良好的粗骨料；摻加粉煤灰摻合料摻加相應(yīng)的減水劑、緩凝劑，改善混凝土和易性以達(dá)到減少水泥用量、降低水化熱的目的。

（4）預(yù)埋冷卻水管強(qiáng)制降溫。

2.2.2 降低混凝土的入模溫度

（1）選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱時間澆筑大體積混凝土，骨料應(yīng)采取防曬與降溫措施。

（2）摻加相應(yīng)的緩凝劑。

（3）混凝土入模時，采取通風(fēng)散熱措施，加快熱量的散失。

2.2.3 加強(qiáng)施工中的溫度控制

（1）在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，緩緩降溫，充分發(fā)揮徐變特性，降低溫度應(yīng)力；夏季應(yīng)避免暴曬，注意保濕，冬季應(yīng)采取措施保溫覆蓋，以免產(chǎn)生急劇的溫度梯度。

（2）采取長時間的養(yǎng)護(hù)，延緩降溫時間和速度，充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。

（3）加強(qiáng)測溫和溫度監(jiān)測與管理，實行信息化控制，隨時控制混凝土內(nèi)的溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)；及時調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，并應(yīng)在施工前作好保溫材料的準(zhǔn)備，在施工中隨時按照預(yù)定的方案監(jiān)測溫度，作好控溫措施準(zhǔn)備工作，使混凝土的溫度梯度及濕度梯度不至于過大。

（4）合理安排施工程序，控制混凝土在澆筑過程中溫度均勻上升，避免混凝土拌和物堆積過大，出現(xiàn)太大高差。

2.2.4 改善約束條件，減少溫度應(yīng)力

采取分層或分塊澆筑大體積混凝土、合理設(shè)置水平或垂直施工縫，或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工后澆帶，以改善約束程度，減少每次澆筑長度的蓄熱量，以防止水化熱的積聚，減少溫度應(yīng)力。

2.2.5 提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度

（1）選擇良好級配的粗骨料，嚴(yán)格控制其含泥量，加強(qiáng)混凝土的振搗，提高混凝土的密實性和抗拉強(qiáng)度，減少收縮變形，保證混凝土質(zhì)量。

（2）采用二次或多次投料法拌制混凝土，并盡可能采用引氣劑，再采用切實可行的振搗方法，既不過振，也不漏振，上下層混凝土的振搗搭接長度控制在振搗器的振幅作用半徑距離內(nèi)，消除大體積混凝土的泌水現(xiàn)象，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

（3）在大體積混凝土的基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋，在截面突變和轉(zhuǎn)折處、底面與墻轉(zhuǎn)角處、孔洞轉(zhuǎn)角及周邊增加斜向構(gòu)造配筋，以改善集中應(yīng)力，防止裂縫的出現(xiàn)。

3 混凝土表面覆蓋措施控溫技術(shù)

針對本工程，可采用一層塑料布+一層棉氈覆蓋，主要是防止混凝土表面失水干縮產(chǎn)生裂縫，同時覆蓋棉氈也可達(dá)到保溫的目的。如遇突然降溫天氣，應(yīng)該搭設(shè)混凝土保溫養(yǎng)護(hù)層，根據(jù)施工情況選擇保溫材料，溫度緩沖層的設(shè)置應(yīng)在混凝土澆注完畢后的3 d內(nèi)設(shè)置完畢，一般高度為1.5～2.0 m左右，見圖1。此措施主要是為了防止混凝土降溫過快及出現(xiàn)內(nèi)外溫差過大。設(shè)置與否視溫控情況確定，這里提出作為溫控預(yù)案準(zhǔn)備。

圖1 混凝土澆注完畢后緩沖層的設(shè)置（單位：m）

4 溫控

在大體積混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)對混凝土澆筑塊體的里外溫差和降溫速度進(jìn)行監(jiān)測，現(xiàn)場實測在大體積混凝土施工中是重要環(huán)節(jié)，根據(jù)實測結(jié)果可隨時掌握與溫控施工控制數(shù)據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)(內(nèi)外溫差、最高溫升及降溫速度等)，可根據(jù)這些實測結(jié)果調(diào)整保溫養(yǎng)護(hù)措施以滿足溫控指標(biāo)的要求。

混凝土澆筑前，要先運行循環(huán)水系統(tǒng)，以檢查冷卻水系統(tǒng)嚴(yán)密不漏水性，如發(fā)現(xiàn)漏水，應(yīng)標(biāo)識、停運、補(bǔ)焊，以確保各處嚴(yán)密不漏水。冷卻水系統(tǒng)中雙向設(shè)置4個水泵(分大小功率兩種根據(jù)溫度降低速率調(diào)整的需要視情況采用不同功率的水泵)，混凝土澆筑開始后，依次開啟系統(tǒng)的各個循環(huán)，使循環(huán)水與混凝土同步升溫，啟動初期1 d內(nèi)可趁混凝土正處于塑性狀態(tài)采用最大通水量，以最大限度地帶走混凝土的熱量。 啟動1 d后，因部分混凝土開始凝固，且測溫已經(jīng)開始，可根據(jù)測溫情況決定水流量。如混凝土內(nèi)部溫度與入水溫度之差小于20℃，可加大入水量，如入水溫度與混凝土內(nèi)部溫差在20℃～25℃，則需減小入水量。最終使混凝土內(nèi)部最高溫度與循環(huán)水進(jìn)水溫差控制在20℃左右。如發(fā)現(xiàn)溫差小于15℃，則采取在水箱中加入冷水并將部分水箱內(nèi)熱水抽走的方法以加大溫差，以增強(qiáng)冷卻效果，降低混凝土內(nèi)部溫度峰值。

（1）入水溫度與內(nèi)部混凝土溫度之差必須小于25℃；

（2）保證混凝土降溫速率不超過規(guī)定的1.5℃，如有超出應(yīng)及時調(diào)整入水溫度和水的流速；

（3）在澆筑后24 h，進(jìn)水口與出水口溫度差不應(yīng)超過15℃；

（4）循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)以4 h為一個周期，進(jìn)行進(jìn)出水方向的調(diào)整。方法為冷卻管系統(tǒng)供水系統(tǒng)為雙向系統(tǒng)，即可進(jìn)水也可排水；

（5）各層之間混凝土的的冷卻循環(huán)水上下之間對應(yīng)的冷卻水進(jìn)出方向應(yīng)保持反向。

采用調(diào)整水箱溫度與循環(huán)水流速保證上述溫差準(zhǔn)確，并保證冷卻效率。

另外，必須確保利用冷卻水使混凝土溫降速率保持在1.5℃，有效地防止混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)。可通過控制冷卻水的流速與控制循環(huán)冷卻水的進(jìn)出口溫度差來達(dá)到控制混凝土降溫速率的效果。

六沖河特大橋承臺大體積混凝土的施工由于采用事前預(yù)控、事中適控、事后補(bǔ)控的方法，很好的保證的溫控措施的有效性，使得承臺未出現(xiàn)明顯的溫度裂縫。