李　闖，　馬　昕，　任　俊

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰　611830)

橋梁承臺(tái)大體積混凝土施工溫度的控制及監(jiān)測(cè)

李闖，馬昕，任俊

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰611830)

摘要：渝廣高速公路項(xiàng)目黑水灘河特大橋承臺(tái)大體積混凝土施工采取了不同的溫控措施并進(jìn)行了即時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。對(duì)采取了一定措施下的混凝土溫度的變化規(guī)律進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究，有效地指導(dǎo)了混凝土澆筑施工，可為其他類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：承臺(tái)；大體積混凝土；溫控；監(jiān)測(cè)；裂縫

1概述

裂縫是混凝土工程施工中常見的一個(gè)質(zhì)量問題。導(dǎo)致裂縫的原因有很多，溫度應(yīng)力是其中的主要原因之一。在大體積混凝土工程中，混凝土澆筑后產(chǎn)生了大量的水化熱，由于其體表比很小，同時(shí)，水化熱釋放比較集中，使得混凝土內(nèi)部升溫迅速，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部與表面產(chǎn)生較大的溫差，從而引起混凝土體積變化并產(chǎn)生了一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)混凝土開裂，在其表面產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重危害混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、耐久性、整體性等，對(duì)其結(jié)構(gòu)的后期使用亦將產(chǎn)生安全隱患。對(duì)于黑水灘河特大橋這種重要結(jié)構(gòu)物，溫控防裂尤為重要。在黑水灘河特大橋承臺(tái)大體積混凝土施工過程中，項(xiàng)目部采取了即時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)溫控措施進(jìn)行了指導(dǎo)和驗(yàn)證。

2工程概況與原材料

2.1工程概況

黑水灘河特大橋左幅起止樁號(hào)為K14+977.5～K16+469.5，全橋長1 492m，上部結(jié)構(gòu)采用裝配式T梁，下部橋墩采用雙柱式墩及矩形空心墩、樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用U型橋臺(tái)。下部結(jié)構(gòu)中矩形空心薄壁墩共17處，墩柱高度為36.72～61.69m。空心墩基礎(chǔ)的單個(gè)承臺(tái)尺寸為8.6m(寬)×9.1m(長)×3m(高)和7.9m(寬)×8.8m(長)×3m(高)兩種規(guī)格，承臺(tái)混凝土共計(jì)為3 710.39m3，混凝土一次性連續(xù)分層現(xiàn)澆，為大體積混凝土施工。

2.2原材料及配合比

黑水灘河特大橋承臺(tái)混凝土采用C30混凝土，水泥采用富皇水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，細(xì)集料、粗集料采用施家梁碎石廠生產(chǎn)的中砂和碎石，外加劑為聚羧酸高性能減水劑，外摻料為I級(jí)粉煤灰，配合比見表1。

3采取的溫度控制措施

大體積混凝土的溫度控制措施貫穿于混凝土澆筑前、澆筑中、澆筑后的各個(gè)階段，每個(gè)階段有不同的側(cè)重點(diǎn)。為了控制承臺(tái)施工的混凝土溫度，從四個(gè)方面采取了溫控措施。

3.1配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于減少水泥的總發(fā)熱量，降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，以避免混凝土在內(nèi)外溫差作用下出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫。在本橋混凝土配合比設(shè)計(jì)中，主要考慮了以下四個(gè)方面：

(1)合理選擇混凝土原材料，使用水化熱低的普通硅酸鹽水泥，優(yōu)先選擇具有緩凝和減水雙重效用的外加劑。

(2)采用“雙摻”技術(shù)，以粉煤灰取代部分水泥，減少大體積混凝土的單位水泥用量;

(3)在保證承臺(tái)混凝土強(qiáng)度及和易性要求的前提下，盡可能采用低水灰比，降低單位用水量并適當(dāng)提高礦物摻合料的摻量和骨料含量,從而降低單位體積混凝土的水泥量，減少混凝土干縮并降低水泥水化的總發(fā)熱量；

(4)鑒于承臺(tái)混凝土澆筑方量大、作業(yè)面積大、持續(xù)時(shí)間長，故新拌混凝土應(yīng)具有較長的緩凝時(shí)間，坍落度經(jīng)時(shí)損失值應(yīng)小。

3.2降低混凝土的入倉溫度

(1)砂、石骨料的降溫。

對(duì)供應(yīng)承臺(tái)混凝土的拌和站場地采取硬化措施并做好排水，骨料倉用彩鋼棚遮蓋，避免陽光直曬到骨料上。

(2)運(yùn)輸過程中的降溫措施。

混凝土在運(yùn)輸過程中，罐車全部包裹篷布并在罐車上安裝噴水設(shè)施，以保證篷布隨時(shí)保濕，避免陽光直曬混凝土罐車而造成混凝土內(nèi)部溫度増加，降低混凝土的入倉溫度。

3.3埋設(shè)冷卻管通水降溫

冷卻水管共布置了3層,采用外徑為48mm、壁厚3.5mm的鋼管，上下層間距80cm和100cm，相鄰兩層橫縱交錯(cuò)布置，鋼管接頭采用絲扣連接并纏密封圈。

承臺(tái)大體積混凝土澆筑時(shí)，冷卻水管立即通水冷卻。施工時(shí)控制入模溫度，在混凝上澆筑時(shí)控制冷卻水管的進(jìn)水量及水流速度，確保冷卻水進(jìn)出口水的溫差不大于6 ℃。混凝土澆筑結(jié)束要加強(qiáng)養(yǎng)生，確?；炷临|(zhì)量(圖1)。施工時(shí)應(yīng)注意:

(1)冷卻水管在埋設(shè)和混凝土澆筑過程中應(yīng)防止其堵塞和漏水，使用完畢后灌漿封孔,出露部分應(yīng)割除。

(2)澆筑時(shí)在承臺(tái)內(nèi)埋設(shè)溫控元件，當(dāng)內(nèi)部水化熱溫度大于35 ℃時(shí)開始通水并連續(xù)通7d,水壓根據(jù)天氣和水化熱情況適當(dāng)調(diào)整，以保證將混凝土內(nèi)外溫差控制在25 ℃以內(nèi)。

(3)承臺(tái)混凝土澆筑時(shí)，注意對(duì)預(yù)埋水管的保護(hù)。

混凝土澆筑結(jié)束后，對(duì)混凝土內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，毎2h檢測(cè)一次并進(jìn)行詳細(xì)記錄，檢查時(shí)間為每天的0時(shí)、2時(shí)、4時(shí)、6時(shí)、8時(shí)、10時(shí)、12時(shí)、14時(shí)、16時(shí)、18時(shí)、20時(shí)、22時(shí)。混凝土溫度檢測(cè)持續(xù)時(shí)間為15d。

3.4蓄水養(yǎng)生

混凝土澆筑完畢，立即在其上面作蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度為50cm，以推遲混凝土表面溫度的迅速流失，控制混凝土表面溫度與內(nèi)部中心溫度或外界氣溫的差異,防止混凝土表面開裂，蓄水時(shí)間一般不超過3d。

4溫度監(jiān)測(cè)方案

4.1監(jiān)測(cè)原理

采用鉑式溫度傳感器并配查測(cè)溫儀對(duì)承臺(tái)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，其原理是利用熱電效應(yīng)的關(guān)系量測(cè)測(cè)體溫度，其具有測(cè)量精度高、測(cè)點(diǎn)布設(shè)方便等特點(diǎn)，能夠滿足大體積混凝土溫度測(cè)設(shè)要求。它是通過預(yù)埋固定在混凝土內(nèi)的測(cè)溫導(dǎo)線，該導(dǎo)線的一頭伸出混凝土結(jié)構(gòu)外側(cè)，再通過配套的顯示儀表讀測(cè)數(shù)據(jù)；同時(shí)采用紅外溫度槍直接測(cè)試環(huán)境溫度、混凝土入模溫度、混凝土表面溫度等。

4.2測(cè)點(diǎn)布置

為了全面了解承臺(tái)混凝土溫度場的變化情況，應(yīng)根據(jù)承臺(tái)構(gòu)造的具體情況埋設(shè)測(cè)溫點(diǎn)， 測(cè)溫點(diǎn)的位置必須具有代表性。

由于本橋承臺(tái)雙軸對(duì)稱，故將現(xiàn)場溫度傳感器布置在1/4承臺(tái)范圍內(nèi)。根據(jù)觀測(cè)需要，澆筑承臺(tái)混凝土前，在承臺(tái)中心至表面分三層埋設(shè)溫度傳感器，每層沿承臺(tái)平面的縱向、橫向?qū)ΨQ軸由中心至邊緣布置了多個(gè)測(cè)點(diǎn)(L形布置，見圖2和圖3)，共布置了約15支溫度傳感器。現(xiàn)場布置傳感器時(shí)，為避免澆筑承臺(tái)混凝土?xí)r振搗器震搗破壞傳感器,將傳感器布置在橫向鋼筋的下側(cè)，傳感器的施測(cè)導(dǎo)線沿橫向、豎向鋼筋引出體外。

4.3監(jiān)測(cè)的實(shí)施

承臺(tái)混凝土的測(cè)溫時(shí)間及測(cè)溫頻度由混凝土水化熱根據(jù)反應(yīng)特性確定?；炷脸跗谏郎剌^快，混凝土內(nèi)部的溫升主要集中在澆筑后的3 ～5d?！阍?d之內(nèi)溫升可達(dá)到或接近最高峰值。

根據(jù)本橋承臺(tái)的實(shí)際情況和構(gòu)造特點(diǎn)確定的測(cè)溫項(xiàng)目和測(cè)溫頻度為：

(1)對(duì)攪拌車中倒出時(shí)的混凝土溫度每3h測(cè)記一次；

(2)對(duì)施工現(xiàn)場大氣環(huán)境溫度每2h測(cè)記一次；

(3)混凝土澆筑完成后，立即測(cè)記混凝土澆筑成型的初溫度；

(4)混凝土澆筑完成后的第1～3d每2h測(cè)記一次；

(5)混凝土澆筑完成后的第4～7d每4h測(cè)記一次；

(6)混凝土澆筑完成后的第8～15d，每8h測(cè)記一次；

(7)大體積混凝土施工溫度的測(cè)記由監(jiān)控組專人負(fù)責(zé)并做出測(cè)溫成果(即做出溫度變化曲線圖)，及時(shí)做好信息的收集和反饋工作，遇有特殊情況(氣溫驟降或混凝土內(nèi)外溫差接近25 ℃時(shí))及時(shí)采取緊急內(nèi)降溫與外保溫等措施。

5溫控資料分析

5.1絕熱溫升

混凝土絕熱溫升是指在與外界絕熱的條件下，混凝土由于水泥水化反應(yīng)所產(chǎn)生的總熱M使得混凝土升高的溫度。混凝土的絕熱溫升方程如下：

式中T(h)為混凝土的絕熱溫升(℃)；mc為每m3混凝土的水泥用量，取310kg/m3；Q為每kg水泥28 d水化熱，取370 kj/kg；C為混凝土比熱，取0.97[kJ/(kg·K)]；ρ為混凝土密度，取2 400(kg/m3)；е為常數(shù)，取2.718；t為混凝土的齡期(d)；m為系數(shù)，隨澆筑溫度改變，取 0.406。

各齡期的絕熱溫升見表3

考慮到混凝土的入模溫度為25 ℃，則各齡期承臺(tái)的絕對(duì)溫度為T(3 d)=59.7 ℃，T(7 d)=71.4 ℃，T(12 d)=73.9 ℃，T(28 d)=74.3 ℃。

5.2測(cè)量數(shù)據(jù)

取黑水灘河特大橋右幅38號(hào)承臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了溫度監(jiān)測(cè)從混凝土澆筑完成開始，按監(jiān)測(cè)方案實(shí)施，連續(xù)監(jiān)測(cè)24 d，獲得有效溫度測(cè)量76次。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，中間Ⅱ?qū)訙y(cè)點(diǎn)的溫度最高。遂將Ⅱ?qū)訙y(cè)點(diǎn)溫度的測(cè)量數(shù)據(jù)繪制成時(shí)間——溫度曲線(圖4)，供分析使用。

由測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出：

(1)溫度變化分為急劇的升溫和緩慢的降溫兩個(gè)階段，升溫速率明顯高于降溫速率。

(2)升溫階段，在混凝土澆筑2 d后達(dá)到峰值，中心區(qū)域最高溫度為53 ℃ ,相比絕熱狀態(tài)下的各齡期絕對(duì)溫度，降溫效果明顯

(3)由于水化熱的急劇釋放，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了中心與表面溫度差略高于25 ℃的情況，持續(xù)時(shí)間約10 h，經(jīng)及時(shí)加大冷卻水流量,控制了溫差的繼續(xù)上升?；炷帘砻媾c外部大氣環(huán)境接觸，溫度波動(dòng)較大；但中心區(qū)域基本不受外界氣溫影響。

(4)由于x-l和x-5測(cè)點(diǎn)均靠近混凝土表面，因此，在升溫峰值過后能快速地與環(huán)境溫度保持一致，相比中心測(cè)點(diǎn)，降溫速率較快。

(5)冷卻水管在連續(xù)通水的7 d內(nèi)能有效地降低中心溫度，7 d后溫度穩(wěn)定，中心溫度與表面溫差約為10 ℃，滿足設(shè)計(jì)要求。

(6)14 d齡期后，由于環(huán)境溫度升高，混凝土的表面及中心溫度均有少許上升。

6結(jié)語

溫度控制和溫度監(jiān)測(cè)是大體積混凝土施工過程中必須重視的技術(shù)問題，亦為保證混凝土工程質(zhì)量的重要手段。筆者以大體積混凝土承臺(tái)施工為依托，從四個(gè)方面論述了所采取的溫度控制措施：以冷卻水降低混凝土中心溫度，控制中心與表溫差為主要手段，再輔以溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)反饋混凝土的實(shí)際溫度用以指導(dǎo)溫控工作。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，溫控措施取得了非常有效的作用，滿足設(shè)計(jì)要求?；炷翝仓瓿珊螅瑴y(cè)量其28 d齡期強(qiáng)度，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求且外觀質(zhì)量很好，外表面平整光滑,沒有出現(xiàn)裂縫，所采取的溫控措施可供其他工程參考借鑒。

李闖(1983-)，男，陜西渭南人，工程師，從事道路橋梁施工技術(shù)與管理工作；

馬昕(1987-)，女，四川都江堰人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

任俊(1985-)，男，安徽六安人，助理工程師，從事道路橋梁工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號(hào):1001-2184(2015)02-0064-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV52;TV544;TV522

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