朱芳芳

(中鐵大橋局第二工程有限公司 江蘇 南京 210015)

淺析大體積混凝土內(nèi)外溫差控制技術(shù)

朱芳芳

(中鐵大橋局第二工程有限公司 江蘇 南京 210015)

通過(guò)分析大體積高性能混凝土內(nèi)外溫差的產(chǎn)生的原因，從控制初始入模溫度和控制內(nèi)部絕熱溫升、降低內(nèi)部溫度累計(jì)和控制外部表面溫度三方面考慮，采取綜合措施來(lái)控制入模溫度、優(yōu)化施工工藝來(lái)達(dá)到控制溫差的目的。理論和實(shí)踐證明采取綜合措施能夠滿足混凝土裂紋控制的要求。

大體積混凝土；內(nèi)外溫差；控制

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)建橋水平的提高，大型橋梁越來(lái)越多，大體積混凝土結(jié)構(gòu)普遍出現(xiàn)。通常情況下大體積普通混凝土的承臺(tái)、墩（臺(tái)）身在施工養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中很容易開裂。產(chǎn)生裂紋的原因有很多種，裂紋的種類也較多，但主要分為兩種即收縮裂紋和溫差裂紋。收縮裂紋一般采取一定的施工工藝，可以容易的消除。但溫差裂紋屬于內(nèi)部裂紋，當(dāng)溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土本身的抗拉強(qiáng)度后，裂紋就會(huì)出現(xiàn)。因此有必要采取必要的溫控措施，控制混凝土內(nèi)部因水化熱引起的絕熱溫升，同時(shí)控制混凝土表面溫度，防止內(nèi)外溫差過(guò)大產(chǎn)生的有害裂紋。

影響混凝土內(nèi)外溫差的因素很多，需要從多方面著手，采取綜合性的措施，才能起到很好的效果。由于內(nèi)部溫度取決于混凝土的初始入模溫度和絕熱溫升，外部溫度取決于環(huán)境溫度，因此應(yīng)從控制初始入模溫度和控制內(nèi)部絕熱溫升、降低內(nèi)部溫度累計(jì)和控制外部表面溫度三方面考慮，采取控制入模溫度、優(yōu)化施工工藝來(lái)達(dá)到控制溫差的目的。

2 入模溫度控制措施

2.1優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)時(shí)，采取削峰、錯(cuò)峰的原理進(jìn)行。主要是超量摻加粉煤灰，降低水泥用量，充分發(fā)揮粉煤灰水化熱小的原理，降低水化熱峰值；同時(shí)由于加入粉煤灰，而粉煤灰的水化速度比水泥慢，水泥的水化熱峰值過(guò)后，粉煤灰才產(chǎn)生峰值，不產(chǎn)生峰值疊加，實(shí)現(xiàn)了水化熱錯(cuò)峰，降低絕熱溫升值。

2.2降低混凝土入模溫度

由于混凝土的溫度=入模溫度+水化放熱溫升值。而水化熱溫升值理論上是一定的，跟水泥品種、水泥用量、原材料熱工性能、配合比設(shè)計(jì)等有關(guān)。當(dāng)配合比選定后，減小混凝土溫度與外界溫度差的關(guān)鍵措施，就是要盡量降低入模溫度。

降低入模溫度主要從3方面著手：選擇合適的澆筑溫度、降低混凝土的出機(jī)溫度、降低混凝土在運(yùn)輸中的溫升。

2.2.1選擇合適的澆筑溫度

由于環(huán)境溫度是原材料及模板內(nèi)部溫度的基數(shù)，只有選擇較低的澆筑溫度，才能將外界溫度與混凝土本身溫度的疊加效應(yīng)降到最低。根據(jù)熱工原理，當(dāng)鋼筋、模板的溫度低于混凝土溫度時(shí)，會(huì)通過(guò)熱傳導(dǎo)，降低混凝土的入模溫度，從而降低水化溫升峰值。

一般選擇在陰天或者小雨、陣雨天氣澆筑，環(huán)境溫度相對(duì)晴天較低，模板內(nèi)倉(cāng)的鋼筋、模板本身溫度與環(huán)境溫度影響較大，由于模板四周維護(hù)后，不通風(fēng)，承臺(tái)內(nèi)部鋼筋密集，鋼材溫度敏感性高，陽(yáng)光照射產(chǎn)生的溫升很大，會(huì)與混凝土本身溫度產(chǎn)生疊加效應(yīng)。當(dāng)無(wú)法避免在晴天澆筑時(shí)，可以采取澆筑前用水沖洗鋼筋、模板，沖洗后的水及時(shí)用水泵排出基坑；有條件時(shí)，可搭設(shè)遮陽(yáng)棚。

2.2.2 降低混凝土出機(jī)溫度

由于混凝土是多種原材料混合體，出機(jī)溫度時(shí)綜合熱傳導(dǎo)效應(yīng)，可以根據(jù)需要的入模溫度控制目標(biāo)，按照熱工計(jì)算來(lái)確定原材料的初始溫度。

降低原材料溫度的方法主要有以下幾點(diǎn)：（1）水泥及粉煤灰要提前進(jìn)料，使水泥、粉煤灰充分冷卻。由于大體積混凝土澆筑時(shí)，一般拌合站難以備足全部材料，需要與廠家聯(lián)系，在廠家設(shè)專庫(kù)冷卻，同時(shí)便于取樣控制質(zhì)量。（2）砂石料采用在晴天提前覆蓋的措施，避免日照升溫，同時(shí)，可采用澆水降溫的措施，但需要隨時(shí)測(cè)定砂石料含水量，實(shí)時(shí)調(diào)整拌合水用量，以維持水灰比不變。（3）拌合水中加冰塊，降低拌合水溫度時(shí)常用的方法，足夠的冰塊可以顯著降低拌合水溫度。（4）外加劑要搭設(shè)遮陽(yáng)棚，既防止日曬外加劑失效，有可以避免溫度升高。（5）拌合站主機(jī)要封閉，同時(shí)在首盤拌合時(shí)，用水對(duì)機(jī)械降溫。

2.2.3 降低混凝土運(yùn)輸中的溫升

由于在運(yùn)輸中，日照對(duì)運(yùn)輸罐車產(chǎn)生溫升效應(yīng)。一般采取罐車罐體上安裝一噴水的水管，在運(yùn)輸過(guò)程中，不停的噴水冷卻罐體，降低混凝土溫升。

3 控制內(nèi)部溫度累計(jì)和控制表面溫度

3.1采取合理的澆筑工藝

除采用常規(guī)的澆筑工藝外，還需進(jìn)一步優(yōu)化工藝：澆筑時(shí)混凝土分層厚度控制在30cm以內(nèi)，便于散熱；在砼供應(yīng)速度滿足初凝要求時(shí)，優(yōu)先采用平面內(nèi)全面鋪開澆筑，逐層覆蓋循環(huán)澆筑，使前一層能有散熱時(shí)間。

混凝土澆注完畢后，在初凝前用刮尺趕平，用木抹子第一次抹面。初凝前用鐵抹子碾壓表面數(shù)遍，將混凝土表面不均勻、不規(guī)則的裂縫閉合。最后用木抹子第二次抹面，閉合收水裂縫。

3.2采取內(nèi)散外蓄的養(yǎng)護(hù)工藝

對(duì)于大體積混凝土，要進(jìn)行熱工計(jì)算，根據(jù)大體積砼施工規(guī)范要求，確定是否需要進(jìn)行內(nèi)部降溫措施。內(nèi)部散熱主要采用預(yù)埋冷卻水管循環(huán)水將混凝土溫度帶走起到降溫的目的。實(shí)施時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：（1）控制進(jìn)水孔的進(jìn)水溫度不得過(guò)低，防止在冷卻水管與混凝土接觸面的混凝土因溫差過(guò)大出現(xiàn)裂紋。（2）管道不宜過(guò)長(zhǎng)，一般不超過(guò)100m，過(guò)長(zhǎng)的管道降溫效果不好。（3）澆筑混凝土前，必須進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢查接頭是否密封，否則應(yīng)處理。（4）豎向相鄰層的管道走向應(yīng)垂直，不要同向布置，避免分割結(jié)構(gòu)。（5）為確保傳熱效果，管徑不宜太小，壁厚不宜太厚，一般采用φ25～40mm的鋼管，壁厚應(yīng)選擇薄壁管。

為了掌握砼內(nèi)部溫度變化情況和規(guī)律，必須在內(nèi)部埋設(shè)測(cè)溫元件，以進(jìn)行溫度監(jiān)控。應(yīng)采用自動(dòng)采集溫度數(shù)據(jù)的集中控制測(cè)溫系統(tǒng)，可以方便快捷的讀取同一時(shí)刻各測(cè)點(diǎn)溫度。

澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)混凝土覆蓋住一層冷卻水管后，該層水管即通水循環(huán)降溫；當(dāng)澆筑完畢，應(yīng)連續(xù)通水，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般不少于7天時(shí)間，具體應(yīng)根據(jù)溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)確定：當(dāng)內(nèi)部溫度一直較高時(shí)，應(yīng)連續(xù)通水；當(dāng)內(nèi)部降溫節(jié)段，降溫速率超過(guò)安全速率時(shí)，應(yīng)間斷通水；當(dāng)內(nèi)部溫度下降到與環(huán)境溫度差值滿足規(guī)范要求時(shí)，可以停止通水，但溫度監(jiān)測(cè)仍需進(jìn)行，確保安全。

結(jié)構(gòu)外部蓄熱措施一般采用包裹法或蓄水法，應(yīng)進(jìn)行熱工計(jì)算，確定包裹材料的層數(shù)，保證包裹效果。包裹可采用多層覆蓋，防止過(guò)快散熱。一般在二次收光后，立即覆蓋。

3.3延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間和拆模時(shí)間

大體積混凝土由于采用了錯(cuò)峰、削峰的配合比設(shè)計(jì)，參加了粉煤灰，水化速度慢，形成強(qiáng)度需要的時(shí)間長(zhǎng)，按照規(guī)范要求，需要保水養(yǎng)護(hù)部不少于14天。

為了有效的保溫，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間，同時(shí)按照溫控計(jì)算及溫控檢測(cè)的內(nèi)部溫度與外部溫度情況確定合理的拆除時(shí)間。按照規(guī)范要求，拆除模板時(shí)，混凝土表面溫度（表面往內(nèi)5cm）與環(huán)境溫度差不超過(guò)25℃[1]。另外在拆模時(shí)，應(yīng)選擇在上午升溫階段進(jìn)行，便于縮小環(huán)境溫度與混凝土實(shí)體溫度的差值，降低表面產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。

4、工程實(shí)例

江六高速京杭運(yùn)河特大橋主塔墩承臺(tái)平面為啞鈴型，兩端為16.8m×16.8m× 4.5m的矩形，中間段為23.3m×4m×4.5m 的系梁，系梁與兩邊承臺(tái)之間連接處設(shè)1m×1m倒角。設(shè)計(jì)采用c40混凝土，單個(gè)承臺(tái)混凝土2968m3。為控制不均勻沉降對(duì)破壞系梁，系梁后澆，兩側(cè)承臺(tái)單獨(dú)澆筑，全高一次澆筑，方量1300m3。在承臺(tái)施工時(shí)，采取了綜合溫控措施，取得了良好的效果。

本橋配合比設(shè)計(jì)時(shí)，采取超量取代法，粉煤灰摻量取22.8%，其中15%替代水泥，參與水化反應(yīng)，剩余部分作為改善工作度的潤(rùn)滑成分。水泥采用了P.O42.5水泥，水灰比為：0.42，外加劑采用聚羧酸型。詳細(xì)配合比見表1。

表1 承臺(tái)C40混凝土配合比

降低混凝土入模溫度措施，主要采用前述綜合措施，入模溫度控制在28℃以內(nèi)，取得了良好的效果。

在施工工藝方面，主要采取前述措施，并根據(jù)溫控計(jì)算，采用了外蓄內(nèi)散的措施：采用有限元分析程序midas，進(jìn)行模擬結(jié)構(gòu)水化熱分析，確定本橋需要采用內(nèi)部降溫措施，以保證不出現(xiàn)溫差過(guò)大出現(xiàn)裂紋。承臺(tái)內(nèi)部豎向布置4層冷卻水管，層距0.9m，平面內(nèi)按照1m間距布置循環(huán)通道。由于管道在承臺(tái)內(nèi)彎曲后長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，為保證降溫效果，按照1/4承臺(tái)布設(shè)一路水管，即每層布設(shè)4路，共布置4層，共16進(jìn)水口、16出水口。管道應(yīng)在澆筑混凝土前進(jìn)行通水試驗(yàn)，確保接頭不漏水。

養(yǎng)護(hù)方面按照前述要求采取蓄熱措施：在混凝土的表面覆蓋塑料薄膜，使混凝土內(nèi)蒸發(fā)的游離水積在混凝土表面進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，薄膜上再蓋一層草墊，承臺(tái)周圍用彩條布全包裹蓄熱。

通過(guò)測(cè)溫顯示，混凝土內(nèi)部最高溫度52～57℃，表面溫度32～34℃，環(huán)境溫度26～32℃，最高溫度出現(xiàn)在3d時(shí)刻，溫度差小于25℃。連續(xù)通水時(shí)間6d，間斷通水4d，直到內(nèi)部溫度降至40℃。經(jīng)28d、90d、200d對(duì)外觀檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有害的表面溫度裂紋。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)，采取一定的綜合性溫控措施，來(lái)避免出現(xiàn)裂紋時(shí)十分必要的。通過(guò)工程實(shí)踐證明，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中，采取綜合性溫控措施，提前預(yù)控水化熱絕熱溫升，同時(shí)優(yōu)化施工工藝和養(yǎng)護(hù)工藝，可以起到控制溫差效應(yīng)了溫度裂紋的產(chǎn)生，有效提高了結(jié)構(gòu)內(nèi)在質(zhì)量，對(duì)類似工程有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

[1]大體積混凝土施工規(guī)范(GB50496-2009)【S】2009

[2]王鐵夢(mèng).建筑物的裂紋控制【M】.上海.上海科技出版社，1987

[3]周水興等·路橋施工計(jì)算手冊(cè)【M】·北京·人民交通出版社·2001.5

[4]鐘建波,宋慶霞.大體積砼承臺(tái)施工方案的設(shè)計(jì)及施工介紹【J】·中南公路工程,2002

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1007-6344（2017）05-0287-02

林賢武（1989年—）福建漳浦人，職稱：助工，研究方向：建筑材料。