祝恒善 顧鑫露

（中交第三航務(wù)工程局有限公司南京分公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

規(guī)范中對大體積混凝土的定義有兩個要求：結(jié)構(gòu)最小幾何尺寸不小于1m，或預(yù)計會因為混凝土中溫度的變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生。大體積混凝土施工前應(yīng)按要求編制專項施工技術(shù)方案。在實際工程中，往往由于混凝土溫度控制不當(dāng)，造成結(jié)構(gòu)開裂從而影響結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。本文結(jié)合云南某山區(qū)公路的大橋承臺施工，介紹其大體積混凝土溫控施工技術(shù)。

1 工程概況

云南某山區(qū)公路大橋單幅橋?qū)?2.5m，設(shè)計車速為80km/h。右幅11跨，橋跨組成為：2*23m+58m+105m+58m+3*28.5m+4*28.5m；左幅 12跨，橋跨組成為3*30m+58m+105m+58m+3*31m+3*31m。主橋部分為三跨連續(xù)剛構(gòu)橋，主墩為雙肢薄壁空心墩，邊墩為等截面矩形空心墩；橋跨結(jié)構(gòu)為單箱單室變截面連續(xù)箱梁，墩頂處梁高6.5m，跨中梁高2.5m，中間以拋物線漸變。

大橋共有承臺12座，其中主墩承臺4座，過渡墩承臺4座，引橋變截面墩承臺4座。

各承臺具體情況見下表：

表1：各承臺參數(shù)表

橋梁所在地為云南低緯度山區(qū)，兩側(cè)山坡較陡，高差較大。項目位置為河谷地段，風(fēng)力較大。根據(jù)施工進度安排，承臺結(jié)構(gòu)施工主要集中在7～10月份，那時日平均氣溫約30℃，最高氣溫約40℃，最低氣溫約20℃。施工方案考慮時溫度按如下計：拌合站水溫30℃、水泥溫度60℃、砂石溫度25℃、澆筑時環(huán)境溫度25℃。混凝土從攪拌站到工地所需時間約0.5h。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 大體積混凝土溫度裂縫的成因

混凝土硬化初期，混凝土中膠泥材料發(fā)生水化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，使混凝土的溫度升高。大體積混凝土由于尺寸較大，使用膠泥材料較多，釋放的熱量也更大，因此，混凝土的溫升也更明顯。由于混凝土結(jié)構(gòu)散熱的特點是：越是表面散熱速度越快，越是內(nèi)部散熱速度越慢，從而在結(jié)構(gòu)內(nèi)外形成溫度梯度，由于結(jié)構(gòu)受到約束的影響不能自由伸縮，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的體積越大，澆筑的方量也越大，則溫度梯度就越大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就更大，當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土的容許抗拉應(yīng)力時就會產(chǎn)生裂縫。

2.2 規(guī)范對大體積混凝土溫控的指標要求及理解

2.2.1 《大體積混凝土施工規(guī)范》中的溫控指標

（1）結(jié)構(gòu)的溫升值不宜大于50℃；

（2）結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于25℃；

（3）結(jié)構(gòu)的降溫速率不宜大于2℃/d；

（4）結(jié)構(gòu)表面與大氣溫差不宜大于20℃。

指標理解：本工程澆筑環(huán)境溫度（暨入模溫度）按25℃計，則最大溫升值不宜大于 75℃；采用蓄水養(yǎng)護，本項目環(huán)境溫度變化值按25℃-40℃，則承臺最大溫升值范圍為45℃-65℃；核心最大溫度按65℃算，降到25℃，約需20d，則通水降溫時間不得少于3周。

2.2.2 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中的溫控指標

（1）大體積混凝土其內(nèi)部溫度不大于75℃，內(nèi)表溫差不大于25℃；

（2）入模溫度不宜高于28℃；

（3）內(nèi)部通水降溫時，進出口的溫差宜小于或等于10℃，且水溫與內(nèi)部混凝土的溫差宜不大于20℃，降溫速率宜不大于2℃/d；

（4）利用冷卻水進行養(yǎng)護時，水溫與混凝土表面溫差不大于5℃。

指標理解：本指標與3.2.1節(jié)的指標基本一致，因此以一組指標控制即可。

3 溫控技術(shù)及措施

大體積混凝土施工的重點工作是裂縫控制，其核心就是溫度控制。

控制措施可以主要歸納為準備階段技術(shù)措施和實施階段技術(shù)措施兩個方面：

3.1 準備階段技術(shù)措施

3.1.1 降低水泥用量

降低混凝土中的水泥用量，減少膠泥材料總量，從根本上減少水化熱從而達到溫度控制的目的。通常，我們可以采用多種措施達到這個目的。

3.1.2 選用低水化熱優(yōu)質(zhì)水泥

在滿足強度要求的前提下，應(yīng)使用水化熱較低的中熱型硅酸鹽水泥，低熱型的礦渣水泥、大壩水泥，不宜使用早強水泥。在允許的情況下，可以選用后期強度作為配合比設(shè)計強度等。

3.1.3 優(yōu)化配合比

在滿足混凝土設(shè)計強度等級以及施工和易性的前提下，選用級配良好的集料，并嚴格控制集料含泥量，盡可能選用粒徑較大、導(dǎo)熱性能好的集料。

3.1.4 摻活性料

當(dāng)前，經(jīng)常使用的活性料有粉煤灰或者礦渣粉。本項目使用的是礦渣粉。

3.1.5 摻外加劑

在大體積混凝土施工過程中，經(jīng)常會摻加各種外加劑，主要有減水劑、緩凝劑、膨脹劑等。

3.1.6 特種混凝土

目前使用較多的有纖維混凝土和膨脹混凝土，兩者均能有效的防止和減少混凝土開裂，纖維混凝土還能起到限制裂縫的發(fā)展、擴大的作用。

3.2 施工階段技術(shù)措施

3.2.1 合理分塊澆筑

在施工過程中，為了能有效降低結(jié)構(gòu)的內(nèi)表溫差，經(jīng)常會采取分塊澆筑的方法進行施工，使得每次澆筑的塊體尺寸相對較小，從而有利于熱量的充分散發(fā)，降低了各塊體混凝土的內(nèi)表溫差，有效的防止了混凝土開裂。每個塊體之間的施工縫按規(guī)范和設(shè)計要求處理。

本項目主墩承臺分為16個區(qū)域布料，每一區(qū)域采用整體分層連續(xù)澆筑的方法進行。澆筑時一般選擇在一天氣溫相對較低時進行，每層澆筑厚度為 30～50cm，澆筑下料時從一端向另一端進行，分層澆筑，及時振搗密實。

3.2.2 降低入模溫度

這個方法在高溫天氣施工時候顯得尤為重要。降低混凝土的入模溫度，不僅有利于降低混凝土的最高溫度，而且還能降低膠泥材料的水化反應(yīng)速率，一定程度上也延緩了混凝土的絕熱溫升。

常用的一些具體措施包括：

（1）降低原材料溫度：做好水泥散熱、集料堆放場選址在陰涼之處或者加蓋遮陽頂棚，對集料澆水冷卻等；

圖1：混凝土澆筑布料點示意圖

（2）混凝土混合料拌合時選用冷水或者冰塊拌合；

（3）在澆筑之前對混凝土進行預(yù)冷。

3.2.3 埋設(shè)冷卻水管

為了降低大體積混凝土結(jié)構(gòu)的中心溫度，目前通常使用的措施就是埋設(shè)冷卻水管的方法，通過通冷卻水，帶出結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水化熱。

應(yīng)用此方法需要注意的一個事項就是冷卻效果，并通過實時的溫度監(jiān)控來對施工措施進行指導(dǎo)。

影響冷卻管降溫效果的因素有：管的材質(zhì)和壁厚、管的直徑、單根管的長度、管的埋設(shè)間距、冷卻水溫度、冷卻水的流速、流向等等：

（1）管材和壁厚：由于金屬材料導(dǎo)熱性能較好，管壁厚度對冷卻效果影響不大。至于其他材料，由導(dǎo)熱性能所決定。

（2）管的直徑：據(jù)有關(guān)資料顯示，當(dāng)管徑增大一倍，水管用量增大一倍，但是冷卻效率只提高了19.7%，效果并不明顯。

（3）單根管長：單根管長增加后，延長了冷卻水在管內(nèi)的流通時間，降低了冷卻效果。單根管長增加一倍，則水的流通時間增長一倍，相當(dāng)于冷卻水用量減少一半，對冷卻效果的影響是顯著的。

（4）管的埋設(shè)間距：當(dāng)埋設(shè)間距減小一半時，水管用量同樣增大一倍，但是冷卻效率提高了123%。

（5）冷卻水溫度：冷卻水溫度越低，與周圍結(jié)構(gòu)的溫差越大，冷卻效果越好，但是過大的溫差會使冷卻管周圍的混凝土形成較大的溫度拉應(yīng)力，容易使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。根據(jù)規(guī)范要求，一般將冷卻水與混凝土內(nèi)部的溫差控制在20℃之內(nèi)。

（6）冷卻水的速率：流速應(yīng)足夠大，要滿足能及時的帶走混凝土水化熱的要求。但是速率也不宜過大，要使總體降溫速率滿足規(guī)范要求。

（7）通水流向：由于混凝土澆筑之后，越靠近結(jié)構(gòu)中心位置，熱量集聚的越多，溫度也越高，而冷卻水從通入到流出，不斷吸收熱量溫度也不斷升高，因此冷卻水入口的溫度要比出口的溫度低。為了盡量減少冷卻水管與周圍結(jié)構(gòu)的溫度梯度，應(yīng)將入水口設(shè)在結(jié)構(gòu)中心位置，出水口設(shè)在結(jié)構(gòu)周邊，從結(jié)構(gòu)中心往周邊帶出熱量。

圖2：主承臺冷卻水管布置圖

（8）冷卻管使用

冷卻管必須保證安裝牢固，接頭部位要保證連接牢靠、密封。在水管安裝之后，要按照要求進行水壓試驗，確保管道密封可靠。混凝土開始澆筑之后即開始通水，通水時間長短應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)確定。

冷卻水應(yīng)保持連續(xù)通水，直至監(jiān)控數(shù)據(jù)達到停止通水的要求。通水結(jié)束之后，冷卻水管采用C40水泥凈漿進行壓漿封閉。

3.2.4 做好養(yǎng)護措施

做好養(yǎng)護措施，有利于混凝土內(nèi)部的水化反應(yīng)，增加混凝土強度，增強抵抗拉應(yīng)力能力，減少混凝土裂縫生成。

本項目采用蓄水養(yǎng)護的方法進行表面養(yǎng)護，蓄水深度不小于30cm。

4 溫度監(jiān)控

在整個通水過程中，要對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各點溫度進行實時監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)不能滿足規(guī)范的指標要求時，應(yīng)分析原因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，確保結(jié)構(gòu)溫度控制滿足要求。

4.1 測點布置

在承臺結(jié)構(gòu)內(nèi)監(jiān)測點的布置，應(yīng)能夠真實、準確地反應(yīng)出澆筑體內(nèi)實時的最高溫升、內(nèi)表溫差、降溫速率等各項要求。

4.2 測溫元件

測溫元件的選擇應(yīng)滿足項目實際的需要，元件的靈敏度及量程應(yīng)滿足需要，元件的物理性能應(yīng)能滿足施工環(huán)境的要求，元件的安裝應(yīng)牢固可靠；測溫元件的連接線應(yīng)統(tǒng)一引出，集中布置，并采取妥善的保護措施，有明顯的顏色差別或標志，防止在施工中被破壞。結(jié)構(gòu)在澆筑過程中，混凝土不得直接沖擊測溫元件及其連接線，以免損壞元件；振搗過程中，現(xiàn)場技術(shù)員一定要嚴格控制，不得使工人在振搗時，振搗棒直接碰觸測溫元件及引出線。

4.3 溫度計算

在大體積混凝土承臺施工之前，根據(jù)各項參數(shù)，計算出有關(guān)理論數(shù)據(jù)，給溫控過程提供數(shù)據(jù)參照。

本項目的混凝土配合比表如下：

表2：配合比參數(shù)表

根據(jù)規(guī)范附錄中的有關(guān)計算公式，計算出各參數(shù)的理論曲線。

絕熱溫升變化曲線如下：

圖3：絕熱溫升變化曲線圖

5.3 溫度監(jiān)控

大體積混凝土溫度監(jiān)控和入模溫度的測量頻率，規(guī)范中都有明確的規(guī)定。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，溫控系統(tǒng)也進入了信息化、自動化時代。本次項目使用的是自動測溫系統(tǒng)，整個系統(tǒng)包含：數(shù)字溫度傳感器，溫度采集器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，測溫軟件。測溫數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要，隨時監(jiān)控，隨時讀取，頻率不受限制。

在監(jiān)控中若發(fā)現(xiàn)數(shù)值異常應(yīng)及時找出原因并應(yīng)采取諸如增、減冷卻水流速，改變冷卻水初始溫度等相對應(yīng)的措施。

5 結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是經(jīng)常會遇到的問題， 特別是在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，如果裂縫嚴重，甚至可能影響到結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命，因此大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫控防裂在施工中是一項重要內(nèi)容。本項目通過實踐取得了良好的溫控效果，為類似項目溫控施工提供了一個借鑒和參考。