文培弟

【摘要】本文通過(guò)對(duì)赤壁長(zhǎng)江大橋主3#塔承臺(tái)采取正確有效的溫控標(biāo)準(zhǔn)及溫控措施，效果理想，有效避免了有害裂縫的產(chǎn)生，在赤壁長(zhǎng)江大橋大體積混凝土承臺(tái)施工中取得了良好的效果，對(duì)類似工程有一點(diǎn)參考借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土;溫控措施

1、引言

水泥在水化過(guò)程中每克可釋放高達(dá)500J左右的熱量。在大體積混凝土施工中，因熱量聚積可使內(nèi)部絕熱溫升高達(dá)70℃或更高。水泥水化熱作用會(huì)引起混凝土澆筑實(shí)體溫度梯度變大，從而導(dǎo)致混凝土澆筑實(shí)體溫度—收縮應(yīng)力劇烈變化，引起構(gòu)件開裂現(xiàn)象不足為奇。

如何防止大體積混凝土施工中出現(xiàn)使結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的整體性、承載力、耐久性及影響正常使用的裂縫發(fā)生是大體積混凝土施工中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。結(jié)合赤壁長(zhǎng)江大橋主3#塔承臺(tái)大體積混凝土的施工，對(duì)其溫控技術(shù)展開深入探討。

2、工程概況

赤壁長(zhǎng)江公路大橋主橋?yàn)閇（90+240m）+720m+（240m+90m）]結(jié)合梁斜拉橋。承臺(tái)為圓端型，長(zhǎng)62m、寬30.4m，厚5.5m，C35混凝土，分兩次澆筑，第一次澆筑高度為3.0m，澆筑方量為5120m?，第二次澆筑高度為2.5m，澆筑方量為4260m?。承臺(tái)大的澆筑方量及現(xiàn)場(chǎng)較大的氣溫波動(dòng)，加劇了現(xiàn)場(chǎng)澆筑溫度的難度，加之較大的江面風(fēng)力，混凝土表面水分極易被帶走，塑性開裂風(fēng)險(xiǎn)大，均給大體積承臺(tái)施工帶來(lái)了不利影響。首先，面臨的問(wèn)題是混凝土配合比設(shè)計(jì);其次是澆筑過(guò)程中的水化熱控制。因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工中，我們應(yīng)高度重視理論計(jì)算和精細(xì)化管理，對(duì)混凝土原材料、攪拌出機(jī)溫度、入模溫度進(jìn)行有效控制，使混凝土內(nèi)外溫差符合規(guī)范要求，確保大體積混凝土承臺(tái)的施工質(zhì)量。此方案科學(xué)有效，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3、裂縫產(chǎn)生原因

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾個(gè)方面：①水泥水化熱;②外界氣溫變化;③混凝土收縮?；炷练N用水量和水泥用量越高，混凝土收縮就越大。低熱水泥和粉煤灰水泥能減少收縮?；炷羶?nèi)部和外部的溫差過(guò)大也會(huì)產(chǎn)生裂縫，混凝土澆筑初期會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂;混凝土拆模后，混凝土表面溫度下降過(guò)快也會(huì)產(chǎn)生裂縫;當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后，熱量逐漸散發(fā)而使溫度降低，形成內(nèi)部溫差產(chǎn)生裂縫;另外，水泥的安定性不合格也會(huì)引起裂縫。

4、總體思路

應(yīng)用有限元分析軟件對(duì)赤壁長(zhǎng)江大橋大體積混凝土承臺(tái)進(jìn)行仿真分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)大體積混凝土溫控、原材料、混凝土配合比、混凝土澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)技術(shù)等提出了相關(guān)要求，并進(jìn)行了詳細(xì)的溫控設(shè)計(jì)計(jì)算，制定出了預(yù)防裂縫產(chǎn)生的合理措施。

（1）高度重視原材料的選擇，精心設(shè)計(jì)混凝土配合比，使混凝土的絕熱溫升和最高溫度峰值得以降低;

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境條件進(jìn)行精細(xì)的溫控理論計(jì)算，選擇操作性強(qiáng)、可靠性高的保溫措施，使混凝土內(nèi)外溫差予以降低，盡量減少溫度梯度，使混凝土內(nèi)溫度場(chǎng)均勻分布;

（3）通過(guò)設(shè)置內(nèi)部冷卻水管循環(huán)系統(tǒng)，控制內(nèi)部降溫速率，使混凝土內(nèi)部溫度峰值予以降低，防止混凝土內(nèi)部溫度過(guò)快收縮;

（4）嚴(yán)格控制上下兩層層間溫度差，盡量縮短層間齡期差，防止層間裂縫產(chǎn)生。

5、溫控標(biāo)準(zhǔn)

（1）澆筑溫度 ≤28℃

（2）內(nèi)部溫度≤75℃

（3）內(nèi)表溫差≤25℃

（4）冷卻水進(jìn)出水溫差≤10℃

（5）降溫速率≤2℃/d

（6）表層與大氣溫差≤20℃

（7）養(yǎng)護(hù)水與表面混凝土溫差≤15℃

6、溫控措施

溫控措施需根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸、原材料、混凝土配合比、氣溫、約束情況及溫控標(biāo)準(zhǔn)等要求綜合考慮。根據(jù)溫度場(chǎng)及溫度應(yīng)力分析結(jié)果及確定的溫控標(biāo)準(zhǔn)，為避免出現(xiàn)有害裂縫，從以下四個(gè)方面對(duì)溫控措施進(jìn)行了研究和實(shí)施：

6.1 降低初始溫度和內(nèi)部溫峰

（1）配合比的選擇

按照施工方案及各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇合理的配合比設(shè)計(jì)尤為重要，也是溫控措施中最為重要的環(huán)節(jié)。采用低熱水泥，選擇級(jí)配良好的粗細(xì)骨料及優(yōu)良的混凝土外加劑，合理添加的粉煤灰和礦粉，有效降低水化熱絕熱溫升的最佳途徑是降低水泥用量。經(jīng)反復(fù)試配比選，確定的配合如下：

（2）原材料的預(yù)冷卻

利用澆筑前抽井水、在攪拌水中摻冰屑予以降低攪拌水水溫、對(duì)混凝土原材料進(jìn)行預(yù)冷卻降溫并搭設(shè)遮陽(yáng)棚等措施來(lái)降低混凝土出機(jī)溫度、入模溫度，使混凝土內(nèi)部最高溫度不大于75℃，內(nèi)表溫差不大于25℃，以防止裂縫的產(chǎn)生。

因本工程施工期間氣溫相對(duì)較高，均對(duì)骨料等提前采取了降溫措施，拌合用水及粗、細(xì)集料溫度均在10℃左右，未使用剛出廠的新鮮水泥。

（3）降低核心部分混凝土溫升

根據(jù)分布的混凝土內(nèi)部溫度特征，在混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻水管，通過(guò)冷水管中的循環(huán)水流動(dòng)不斷地帶走混凝土中的熱量，從而降低混凝土內(nèi)部最高溫度。

根據(jù)主3#塔承臺(tái)溫度場(chǎng)及溫度應(yīng)力的分析結(jié)果，重點(diǎn)加強(qiáng)了對(duì)冷卻管作用的發(fā)揮。冷卻水管采用Φ50×2.5mm的電焊鋼管制作。水平間距為1.0m。承臺(tái)厚度 5.5m，分兩次澆筑。承臺(tái)第一層澆筑厚度為 3m，冷卻水管和混凝土頂面的高度間距為 0.4m+1.0m×2+0.6m。承臺(tái)第二層澆筑厚度為 2.5m，冷卻水管和混凝土頂面的高度間距為 0.3m+0.9m×2+0.4m，單層設(shè)10套水管。冷卻水管用水流量、進(jìn)水口溫度等嚴(yán)格按溫控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

6.2 提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度

避免混凝土開裂的重要措施之一是提高混凝土抗拉強(qiáng)度。因此應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的骨料質(zhì)量，確保骨料強(qiáng)度、粒徑、級(jí)配、含泥量等指標(biāo)滿足規(guī)范要求，澆筑過(guò)程中應(yīng)重視分層布料、加強(qiáng)振搗、重視混凝土早期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，對(duì)減少混凝土表層收縮變形、增加內(nèi)部密實(shí)性、提高極限抗拉強(qiáng)度十分重要。

本工程在混凝土澆筑中采用了分層連續(xù)施工法，以便于振搗、保證混凝土的澆筑質(zhì)量，增加抗拉性能。分層施工可同時(shí)達(dá)到利用混凝土層面進(jìn)行散熱，降低混凝土內(nèi)部溫峰的目的。

6.3 改善約束條件，削減溫度應(yīng)力

赤壁長(zhǎng)江大橋大體積混凝土承臺(tái)采用分兩次澆筑，合理設(shè)置施工縫，避免了水化熱的積聚，溫度應(yīng)力有所降低。

根據(jù)本工程實(shí)際情況，設(shè)施工縫一條，將承臺(tái)分為兩次澆筑，規(guī)避了一次性澆筑超大方量大體積混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

6.4 保溫養(yǎng)護(hù)，減小混凝土內(nèi)外溫差

保溫養(yǎng)護(hù)的目的主要是降低大體積混凝土澆筑塊體的里外溫差值以降低混凝土塊體的 自約束力，其次是降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分利用混凝土的抗拉強(qiáng)度，以提高混凝土塊體承受外約束力時(shí)的抗裂能力，達(dá)到防止或控制溫度裂縫的目的。

根據(jù)對(duì)溫度應(yīng)力的仿真分析結(jié)果，計(jì)算內(nèi)表溫差達(dá)36.9℃。為避免發(fā)生急劇的溫度梯度，主3#塔承臺(tái)側(cè)面利用鋼模板帶模養(yǎng)護(hù)，頂面采用覆蓋灑水的保溫保濕養(yǎng)生措施。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)對(duì)混凝土內(nèi)表溫差與表外溫差的監(jiān)測(cè)情況，及時(shí)調(diào)整覆蓋措施，確定拆模時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)：

由于水化熱引起的大體積混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，僅依靠冷卻管通水削減內(nèi)部溫峰的作用有限，需要采取多種措施綜合考慮，而保溫養(yǎng)護(hù)措施成本低廉，效果顯著。本工程通過(guò)對(duì)主3#塔承臺(tái)溫度場(chǎng)及溫度應(yīng)力進(jìn)行仿真分析，得出了較為準(zhǔn)確的水化熱峰值及溫度應(yīng)力分布近似值。為避免因混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大因產(chǎn)生的有害裂縫，根據(jù)分析結(jié)果制定出正確有效的溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控措施，并通過(guò)科學(xué)的監(jiān)測(cè)手段對(duì)溫控效果實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)對(duì)溫控措施做出及時(shí)調(diào)整，取得了很好的溫控效果，杜絕了混凝土開裂事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]《橋梁施工工程師手冊(cè)》（人民交通出版社）

[2]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）

[3]《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》（GBT50496-2018）

[4]《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》（中國(guó)建筑工業(yè)出版社）