孫 濤, 向桂鋒, 張 濤, 王 超

(1．中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 610036；2.河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南省交院工程檢測科技有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引 言

混凝土澆注后一般會有溫升，它主要由澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕熱溫升和混凝土澆筑后的散熱溫度三方?jīng)Q定。由于混凝土厚度不同，材料不均勻及表面散熱，溫度場將不再均勻，從而引起溫度應(yīng)力場。溫度應(yīng)力的大小與溫差成正比，溫差越大，溫度應(yīng)力越大。當這種溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外約束力時，就會產(chǎn)生裂縫。為防止溫度應(yīng)力引起穿透性裂縫的發(fā)生，規(guī)范要求將混凝土的內(nèi)外溫差控制在25°C以內(nèi)。在混凝土材料使用的過程中，需要給予技術(shù)選擇足夠的重視，選擇合理的混凝土施工技術(shù)，并在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進行更加深入的研究，避免因為技術(shù)上的漏洞導(dǎo)致大體積混凝土施工過程中存在安全隱患和質(zhì)量問題[1]。而監(jiān)測構(gòu)件內(nèi)外溫度、控制溫差和降溫速度，是減少或避免大體積混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫甚至開裂的有效方法。

1 工程概況

某連續(xù)剛構(gòu)橋位于四川省寧南縣，采用(76+135+76)m連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計，如圖1所示。箱梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，矩形薄壁空心墩。2#墩承臺長、寬、高分別為13.2 m、13.2 m、5 m。

圖1 主橋平面布置圖

2 控制指標

水泥水化反應(yīng)的影響，極易釋放很多的熱量，加之混凝土材料具有高熱組特性，所以澆筑作業(yè)完成前的3天內(nèi)僅能散發(fā)50%，剩下的50%熱量存在混凝土內(nèi)部，使得混凝土的溫度快速上升，表面的溫度很低。此狀態(tài)下混凝土中心因為高溫膨脹以及自身約束為受壓狀態(tài)；混凝土表面因為溫度低的影響處于受拉狀態(tài)，當混凝土表面的拉應(yīng)力超過抗拉強度后，混凝土結(jié)構(gòu)的表面會產(chǎn)生裂縫[2]。

依據(jù)《混凝土質(zhì)量控制標準》(GB 50164-2011)、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204-2015)，確定溫度控制指標如下：

(1)入?；A(chǔ)上的溫升值：≤50℃；

(2)里表溫差：≤25℃；

(3)其內(nèi)部最高溫度：≤60℃；

(4)混凝土降溫速率：≤2.0℃/d或≤1.0℃/4h；

(5)進出水口溫差：≤6℃。

3 承臺溫控計算

計算條件：混凝土澆筑溫度27℃，混凝土中水泥用量為305 kg/m3，磷碴粉用量54 kg/m3，水泥28 d水化熱334 kJ/kg，冷卻管直徑為40 mm，冷卻水流入溫度為15℃，流量為1.2m3/h，冷卻水作用時間至800 h。

根據(jù)以上計算條件建立計算模型，計算不采用溫控措施時混凝土內(nèi)部溫度時間歷程，列出300 h時的混凝土內(nèi)部溫度計算結(jié)果，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)混凝土降溫速度緩慢，內(nèi)部溫度長期居高不下，因此應(yīng)采取有效降溫措施，確保混凝土不發(fā)生溫度及收縮裂縫。

圖2 300 h混凝土內(nèi)外溫度(20-69)

4 溫度監(jiān)控測點布置

針對大體積混凝土進行溫度監(jiān)控工作中，溫測布置工作是其中的重要工作環(huán)節(jié)，需要依照混凝土由底部、中部到混凝土表面的順序進行監(jiān)控。在測溫工作中需要保證測量點距離保持在5 m范圍內(nèi)，同時監(jiān)測混凝土內(nèi)部的溫度條件，需要預(yù)留孔洞，然后在每一個測溫孔中設(shè)定相應(yīng)的監(jiān)測點位。在選擇測量工具的過程中，需要運用半導(dǎo)體液晶顯示溫度計[3]。

根據(jù)設(shè)計文件，承臺尺寸為13.2 m×13.2 m×5 m，承臺一次澆筑成型。由于承臺平面是軸對稱形式，考慮避開冷卻水管，具體布置方式如圖3所示。

圖3 承臺測位平面布置圖(單位/m)

5 現(xiàn)場測試

為獲取大體積混凝土的實時溫度、濕度數(shù)據(jù)，通過埋設(shè)傳感器進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)整理、分析，根據(jù)分析結(jié)果合理調(diào)整溫度控制方案[4]。

2#承臺測溫工作從2020年6月6日開始至2020年6月10日結(jié)束，歷時4 d。期間有專人值班觀察，在溫差超過25°C時，立即告知專人采取加蓋草袋或增大冷凝管水流流速。測溫從混凝土澆筑收尾時開始測設(shè)，每隔30 min自動采集一次。6月10日17時后，混凝土內(nèi)部溫度趨于穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

對大體積混凝土進行施工時，需要對工程質(zhì)量進行嚴格的監(jiān)督和控制，并對工程進行及時的養(yǎng)護，否則會產(chǎn)生裂縫，部分構(gòu)件會因裂縫出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，對于整體結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一定的影響[5]。

通過溫度監(jiān)測，根據(jù)測溫數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)混凝土內(nèi)部溫度表現(xiàn)可分為三個階段：

①升溫階段；由于水泥水化熱產(chǎn)生熱量，混凝土在澆筑開始及其后8 h內(nèi)就開始產(chǎn)生水化熱，溫度速度上升，24～48 h后可以達到各自的峰值。

②恒溫階段：混凝土溫度在最高值持續(xù)2～3 d，溫度基本恒定不變，在曲線圖上表現(xiàn)為明顯的溫度平臺。

③降溫階段；此后各測溫點的溫度開始下降，降溫速率在3°C/d左右，呈緩慢平穩(wěn)降溫趨勢。

(2)若澆筑溫度過高，則可以通過對粗骨料灑水、通風降溫等措施降低骨料溫度，通過拌和冰水等方式降低澆筑溫度。

(3)若發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度過高，可通過加大冷卻水管通水量、降低冷卻水溫度來降低混凝土內(nèi)部溫度。

(4)若發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差過大，可通過加強內(nèi)部降溫，同時增加外部保溫等措施來控制溫差。

總體來說，混凝土溫度變化符合常觀的拋物線要求，至測溫工作結(jié)束，整個承臺基礎(chǔ)混凝土表面未出現(xiàn)裂縫。