楊勇， 彭昆

(廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司， 廣東 廣州 510620)

大體積砼的水化熱較大、結(jié)構(gòu)散熱困難，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度裂縫，影響工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及耐久性。因此，溫度控制是保證大體積砼施工質(zhì)量的重要措施。研究和工程實(shí)踐表明，控制砼的入模溫度是十分有效的措施。珠海市洪鶴大橋3#主墩承臺(tái)大體積砼需在30 ℃左右的高溫季節(jié)進(jìn)行施工，為確保其施工質(zhì)量，避免產(chǎn)生溫度裂縫，對(duì)承臺(tái)大體積砼溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

1 工程概況

珠海市洪鶴大橋主航道橋?yàn)殡p塔雙索面疊合梁斜拉橋，跨徑布置為(73+162+500+162+73) m，全長(zhǎng)970 m。3#主墩承臺(tái)平面尺寸為(43×17) m，高6 m(見(jiàn)圖1)，承臺(tái)砼澆筑量為4 386 m3，砼標(biāo)號(hào)為C40。承臺(tái)砼沿高度方向分2層澆筑，每層澆筑厚度為3 m，單次澆筑量為2 193 m3。

圖1 珠海市洪鶴大橋3#主墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖(單位：cm)

砼原材料如下：水泥為廣東英德海螺P.Ⅱ42.5水泥；粉煤灰為臺(tái)山電廠的Ⅰ級(jí)粉煤灰；礦渣粉為唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司的S95；外加劑為江蘇蘇博特緩凝減縮型聚羧酸減水劑；粗骨料為5～10、10～25 mm級(jí)配碎石；細(xì)骨料為Ⅱ區(qū)中砂；拌和水采用飲用水。砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，按海工大體積砼的相關(guān)要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)(見(jiàn)表1)。

表1 珠海市洪鶴大橋3#主墩承臺(tái)大體積砼配合比

2 大體積砼溫度監(jiān)測(cè)方案

該橋3#主墩承臺(tái)大體積砼施工時(shí)間為8—9月，氣溫較高，對(duì)大體積砼施工不利。為了解砼溫度變化及高溫入模對(duì)砼溫度的影響，采用智能化數(shù)字多回路溫度巡檢儀對(duì)砼溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度傳感器采用熱敏電阻傳感器，其主要性能指標(biāo)如下：測(cè)溫范圍為-50～+150 ℃；工作誤差為±1 ℃；分辨率為0.1 ℃；巡檢點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)；顯示方式為L(zhǎng)CD(240×128)；功耗為15 W；外形尺寸為(230×130×220) mm；重量≤1.5 kg。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和溫度變化的一般規(guī)律，在主塔中心線對(duì)稱的一側(cè)布設(shè)測(cè)點(diǎn)，溫度傳感器布置在每層砼中心線上，該區(qū)域基本能代表整個(gè)砼斷面的最高溫度分布。選取1/4結(jié)構(gòu)布置測(cè)點(diǎn)，在平面內(nèi)，靠近表面區(qū)域溫度梯度較大，測(cè)點(diǎn)布置較密，而中心區(qū)域砼溫度梯度較小，測(cè)點(diǎn)布置減少。承臺(tái)分次澆筑砼底面以上100 cm高度布置測(cè)溫點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)部溫度及表面溫度，砼底面以上200及230 cm布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行校核(見(jiàn)圖2)。

圖2 主墩承臺(tái)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置(單位：cm)

砼澆筑前，將屏蔽信號(hào)線連接到測(cè)溫儀器箱，傳感器測(cè)頭采用角鋼保護(hù)。測(cè)試在砼澆筑后立即進(jìn)行，連續(xù)不斷。澆筑過(guò)程中，每2 h測(cè)量一次溫度；砼澆筑完畢后至水化熱升溫階段，每2 h測(cè)量一次；水化熱降溫階段第一周，每4 h測(cè)量一次；之后每天選取氣溫典型變化時(shí)段測(cè)量，每天測(cè)量2～4次。

3 冷卻水管布設(shè)

主墩承臺(tái)按3 m+3 m分2次澆筑，每個(gè)澆筑層布設(shè)3層水管，水管水平管間距為100 cm，垂直管間距為100 cm，距離砼表面或側(cè)面的距離不小于50 cm，承臺(tái)單層4～5套水管，每套水管長(zhǎng)度不超過(guò)200 m。水管采用φ48×3.0 mm無(wú)縫鋼管，接頭采用“大管套小管”的方式焊接連接。安裝完成后試通水進(jìn)行水密性檢查，確保冷卻水管的水密性。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

4.1 溫度控制指標(biāo)

JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)大體積砼的溫度評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有：1) 大體積砼熱期施工時(shí)，入模溫度不宜高于28 ℃；2) 大體積砼內(nèi)部最高溫度不大于75 ℃，砼在入模溫度的基礎(chǔ)上實(shí)際溫升值不大于50 ℃；3) 砼內(nèi)部最高溫度與同一時(shí)刻距表面50 mm處的砼最低溫度之差(內(nèi)表溫差)控制在25 ℃以內(nèi)；4) 砼內(nèi)部降溫速率不宜大于2 ℃/d。

4.2 承臺(tái)第一層砼溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

承臺(tái)第一層砼澆筑時(shí)間為8月5日19：00—6日15：00，歷時(shí)20 h，澆筑時(shí)氣溫為28～34 ℃，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)砼入模溫度為30～33 ℃。砼溫度監(jiān)測(cè)于8月5日19:00開(kāi)始，8月23日14:00結(jié)束，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 承臺(tái)第一層砼溫度特征值歷時(shí)曲線

由圖3可知：砼澆筑完成后8～9 h開(kāi)始快速升溫，42 h左右達(dá)到溫度峰值；溫度峰值后砼溫度緩慢下降至基本穩(wěn)定。砼內(nèi)部最高溫度為77.9 ℃，最大內(nèi)表溫差為33 ℃，溫度峰值后24 d內(nèi)降溫速率為2.3～3.0 ℃/d，各項(xiàng)溫控指標(biāo)均超過(guò)規(guī)范建議值。砼澆筑后第7～8 d，砼表面最低溫度出現(xiàn)33.3 ℃的極值點(diǎn)，同時(shí)內(nèi)表溫差達(dá)到最大值33 ℃。

4.3 原因分析

為了解承臺(tái)大體積砼的溫控變化規(guī)律，利用MIDAS/FEA軟件進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，結(jié)果顯示：氣溫為25 ℃、砼入模溫度為28 ℃時(shí)，承臺(tái)第一層砼澆筑后，內(nèi)部最高溫度為60.5 ℃，最大內(nèi)表溫差為19 ℃，達(dá)到內(nèi)部最高溫度的時(shí)間為澆筑后66 h。砼自身絕熱溫升為32.5 ℃，在規(guī)范建議值范圍內(nèi)。實(shí)際施工監(jiān)測(cè)的砼入模溫度為30～33 ℃，內(nèi)部最高溫度為77.9 ℃，最大內(nèi)表溫差為33 ℃，42 h左右達(dá)到溫度峰值。入模溫度升高約5 ℃，內(nèi)部最高溫度升高17.4 ℃，內(nèi)表溫差升高14 ℃，溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間提前24 h。

根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果，導(dǎo)致溫控指標(biāo)超過(guò)規(guī)范建議值的原因如下：1) 施工氣溫較高導(dǎo)致砼入模溫度過(guò)高，過(guò)高的入模溫度加速砼的水化反應(yīng)，砼提前24 h達(dá)到溫度峰值。水化熱在砼澆筑完成后的短時(shí)間內(nèi)集中釋放，砼散熱時(shí)間縮短，導(dǎo)致溫峰值超過(guò)規(guī)范建議值。2) 承臺(tái)采用鋼模板施工，保溫性能較差，雖然施工氣溫較高，但與砼內(nèi)部溫度相比，溫差較大，砼表面散熱較多，導(dǎo)致砼內(nèi)表溫差超過(guò)規(guī)范建議值。3) 由于前期砼內(nèi)部溫升較快，為增加溫控效果，采用較低溫度的冷卻水進(jìn)行降溫，當(dāng)砼內(nèi)部達(dá)到溫度峰值后，砼水化反應(yīng)基本完成，內(nèi)部熱量得不到補(bǔ)充，而冷卻水溫度沒(méi)有及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致溫度峰值后短期內(nèi)降溫速率過(guò)快。調(diào)整冷卻水溫度后，砼內(nèi)部降溫速率保持在1.5～1.8 ℃/d。4) 砼外側(cè)模板拆除，使砼表面水分迅速蒸發(fā)，砼表面溫度加速降低，而砼內(nèi)部降溫?zé)o法同步，導(dǎo)致砼澆筑后第7～8 d表面最低溫度出現(xiàn)極值點(diǎn)，同時(shí)內(nèi)表溫差達(dá)到最大值。模板拆除完成后，采用黏土回填承臺(tái)側(cè)面基坑，回填土對(duì)承臺(tái)砼起到一定保溫作用，使砼表面溫度有一定回升，內(nèi)表溫差值同步減小。

4.4 溫控措施調(diào)整

根據(jù)承臺(tái)第一層砼的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)溫控措施進(jìn)行調(diào)整：砼澆筑前，采取措施控制砼入模溫度；砼澆筑后，重點(diǎn)控制砼的內(nèi)表溫差，避免溫差過(guò)大產(chǎn)生溫度拉應(yīng)力。事實(shí)上，當(dāng)砼內(nèi)部最高溫度難以控制時(shí)，需采取保溫措施控制砼表面溫度和降溫速率。具體措施如下：

(1) 控制原材料使用溫度，盡量降低砼入模溫度。選擇夜間氣溫相對(duì)較低的時(shí)段施工；提前幾天將水泥等膠凝材料存入儲(chǔ)料罐，并在罐體外灑水降溫；施工當(dāng)天，提前在砂石料表面灑水，并利用大型鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)降溫；在拌和水池中加入冰塊，降低拌和水溫度。

(2) 延遲模板拆除時(shí)間。砼澆筑完成后，即回填鋼板樁圍堰與模板之間的空隙，提高砼周邊的保溫效果，待砼內(nèi)部溫度穩(wěn)定后再開(kāi)挖拆模。

(3) 承臺(tái)頂面覆蓋土工布，利用冷卻水出口端的熱水在承臺(tái)表面蓄水養(yǎng)生，蓄水深度10 cm。

(4) 及時(shí)通冷卻水并調(diào)整冷卻水進(jìn)口端的水溫。砼完全覆蓋本層冷卻水管后即通水，進(jìn)水溫度按常水溫度25 ℃控制，以盡量散去水化熱；砼澆筑完成36 h后開(kāi)始調(diào)整冷卻水進(jìn)水溫度，控制水溫比砼內(nèi)部監(jiān)測(cè)溫度低15 ℃，以免溫度峰值后的短期內(nèi)砼內(nèi)部降溫速率過(guò)快。

(5) 在確保砼配合比不變和砼施工性能的前提下，適當(dāng)增加砼緩凝劑用量，延長(zhǎng)砼水化時(shí)間。

4.5 承臺(tái)第二層砼溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)承臺(tái)第一層砼施工經(jīng)驗(yàn)及溫控調(diào)整措施進(jìn)行第二層砼澆筑，施工時(shí)間為9月6日18：00—7日17：00，澆筑時(shí)氣溫25～30 ℃，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)砼入模溫度為25～28 ℃。砼溫度監(jiān)測(cè)于9月6日18:00開(kāi)始， 9月15日16:00結(jié)束，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 承臺(tái)第二層砼溫度特征值歷時(shí)曲線

由圖4可知：砼澆筑后9～10 h開(kāi)始快速升溫，48 h左右達(dá)到溫度峰值；溫度峰值后砼溫度緩慢下降至基本穩(wěn)定。砼內(nèi)部最高溫度為74.2 ℃，最大內(nèi)表溫差為23.8 ℃，溫度峰值后砼內(nèi)部降溫速率為1.3～1.7 ℃/d，滿足規(guī)范要求。

4.6 結(jié)果分析

承臺(tái)第二層砼施工時(shí)氣溫比第一層砼施工時(shí)低3 ℃，但砼入模溫度降低7 ℃，主要是因?yàn)榈诙雾艥仓r(shí)降低了原材料使用溫度，說(shuō)明控制原材料使用溫度能有效降低砼入模溫度。

砼內(nèi)部最高溫度比第一次降低3.7 ℃，這與砼入模溫度降低有關(guān)，但并未隨入模溫度降低7 ℃。這是因?yàn)樵诔信_(tái)第二層砼澆筑時(shí)，第一層砼內(nèi)部溫度仍有50 ℃，第二層砼入模時(shí)吸收了部分來(lái)自第一層砼的熱量；第二層砼水化反應(yīng)溫度升高后，第一層砼又限制了其底面熱量的散出，從而導(dǎo)致第二層砼內(nèi)部最高溫度降低量未與入模溫度降低量一致。

在砼結(jié)構(gòu)外側(cè)采取保溫措施，利用冷卻水蓄水養(yǎng)生，使砼表面溫度基本穩(wěn)定，減小砼內(nèi)表溫差；澆筑完成后第10 d砼結(jié)構(gòu)表面溫度突然降低，是由拆模導(dǎo)致保溫措施失效所致；降溫速率減小則與冷卻水溫度調(diào)整有關(guān)。

砼快速升溫時(shí)間延遲約1 h，砼內(nèi)部溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間延遲6 h，這與增用砼緩凝劑有關(guān)；28 d齡期時(shí)，對(duì)砼試塊進(jìn)行強(qiáng)度抗壓試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行回彈試驗(yàn)，砼強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度；通過(guò)目測(cè)，承臺(tái)表面裂紋極少，僅在承臺(tái)長(zhǎng)邊靠中間位置的兩側(cè)面各發(fā)現(xiàn)2條裂縫，裂縫寬度均在0.15 mm以下。經(jīng)過(guò)持續(xù)1個(gè)多月的跟蹤觀察，裂縫長(zhǎng)度及寬度基本穩(wěn)定，隨后進(jìn)行了封閉處理。

5 結(jié)論

珠海市洪鶴大橋3#主墩承臺(tái)在30 ℃左右的高溫季節(jié)施工，施工中對(duì)承臺(tái)大體積砼的溫度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)承臺(tái)第一層砼施工溫控指標(biāo)超過(guò)規(guī)范建議值。為此，對(duì)其原因進(jìn)行分析，調(diào)整溫控措施，并在承臺(tái)第二層砼施工中采用調(diào)整后的溫控措施，達(dá)到了較好的溫控效果。主要結(jié)論如下：

(1) 高溫環(huán)境下進(jìn)行大體積砼結(jié)構(gòu)施工，宜在夜間氣溫相對(duì)較低的時(shí)段進(jìn)行，并采取有效措施控制原材料溫度，降低砼入模溫度。

(2) 遵循“降內(nèi)溫、保外溫”的原則，減小大體積砼內(nèi)表溫差，避免內(nèi)表溫差過(guò)大導(dǎo)致砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度拉應(yīng)力。

(3) 根據(jù)砼內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整冷卻水通水情況，控制砼內(nèi)部降溫速率。

(4) 適當(dāng)增加砼緩凝劑用量，延長(zhǎng)砼水化反應(yīng)時(shí)間，避免水化熱集中釋放。

(5) 配合比設(shè)計(jì)時(shí)采取有效措施，降低砼自身絕熱溫升。