承臺大體積混凝土的施工及溫度控制

　　張峰濤

　　【摘　要】簡述馬金任河特大橋承臺大體積混凝土施工時，進行的施工計算、溫度控制、冷卻水管布置、混凝土養護、施工控制。

　　【關鍵詞】承臺 大體積混凝土 施工 溫度 控制

　　1.前言

　　安毛高速公路馬金任河特大橋跨越漢江支流任河，為主跨135m的大跨徑連續鋼構橋。承臺混凝土平面尺寸為15×15m、高5m，承臺混凝土方量約1100m3，砼設計強度等級C30。承臺均采用樁基礎，承臺底部為9根Ф2.5m嵌巖樁。

　　大體積混凝土由于水化熱作用，混凝土澆筑后將經歷升溫期、降溫期和穩定期三個階段，在這個階段中混凝土的體積亦隨之伸縮，若各塊混凝土體積變化受到約束就會產生溫度應力，如果該應力超過混凝土的抗裂能力，混凝土就會開裂。

　　為防止大體積混凝土溫度裂縫的產生，應主要從兩方面著手：一是提高混凝土材料本身的抗裂特性;二是減小外力、溫度、約束等作用在結構內部產生的效應。

　　大體積混凝土施工主要難度在于如何控制水化熱，避免混凝土開裂或造成過大的溫度應力。目前采用的通用辦法就是優化配合比，調節混凝土材料的入模溫度，混凝土內部進行溫度調節，合理劃分澆筑高度及澆筑順序，加強混凝土的養護等措施。

　　2.混凝土配合比優選及原材料選擇

　　為使大體積混凝土具有水化熱低、可泵性好、體積穩定性好、抗侵蝕性和抗裂性能優良等性能，砼進行如下試配：

　　2.1水泥：選用采用華新32.5礦渣硅酸鹽水泥，備選陜西秦嶺32.5礦渣硅酸鹽水泥，根據試驗結果，水泥的細度、標準稠度、凝結時間、安定性、膠砂強度均滿足規范要求。

　　2.2粉煤灰：選用安康電廠I級粉煤灰，其品質檢驗指標符合規范要求。

　　2.3外加劑：選用山西省黃河JM-2緩凝高效降水劑，其品質檢驗指標符合規范要求。

　　2.4砂子：選用紫陽漢江砂，其性能檢驗指標符合規范要求。

　　2.5碎石：選用紫陽光明石場石子，其物理、化學性能檢驗指標符合規范要求。

　　2.6水：飲用水。

　　2.7混凝土的水膠比為0.414，經過多次試配及監理試驗室平行試驗，確定C30泵送砼每立方材料用量：水泥259kg、中砂759kg、碎石1069kg、水153.2kg、粉煤灰111kg、外加劑2.22kg;坍落度為120～185mm。

　　3.溫控標準

　　混凝土溫度控制的原則是：1)盡量降低混凝土溫升、延緩最高溫度出現時間;2)降低降溫速率;3)降低混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間的溫差以及控制混凝土表面和氣溫之間溫差。溫度控制的方法和制度需根據氣溫(季節)、混凝土內部溫度、結構尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件確定。根據本工程的實際情況，控制如下溫控標準：

　　◆混凝土夏季最高澆筑溫度≤30℃;

　　◆混凝土最大水化熱溫升：承臺C30混凝土≤29℃;

　　◆最大內表溫差及相鄰塊溫差：承臺≤25℃;

　　◆冬季混凝土表面溫度與氣溫之差≥20℃，混凝土表面養護水溫度與混凝

　　土表面溫度之差≤15℃;

　　允許混凝土最大降溫速率≤2.0℃/d。

　　4.施工

　　4.1混凝土澆筑溫度的控制

　　降低混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同混凝土，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多。混凝土的入模溫度應視氣溫而調整。在炎熱氣候下不應超過30℃，冬季不應低于5℃。在混凝土澆筑之前，通過測量水泥、粉煤灰、砂、石、水的溫度，可以估算澆筑溫度。若澆筑溫度不在控制要求內，則應采取相措施。

　　4.1.1夏季降低混凝土入倉溫度的措施有：

　　1)水泥使用前應充分冷卻，確保施工時水泥溫度≤50℃。

　　2)搭設遮陽棚，堆高骨料、底層取料、用水噴淋骨料。

　　3)避免模板和新澆筑混凝土受陽光直射，入模前的模板與鋼筋溫度以及附近的局部氣溫不超過40℃。為此，應合理安排工期，盡量采用夜間澆筑。

　　4)當澆筑溫度超過30℃，應采用拌和水加冰措施。

　　5)當氣溫高于入倉溫度時，應加快運輸和入倉速度，減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升。混凝土輸送管外用草袋遮陽，并經常灑水。

　　6)混凝土升溫階段，為降低最高溫升，應對模板及混凝土表面進行冷卻，如灑水降溫、避免暴曬等。

　　4.1.2冬季施工

　　如日平均氣溫低于5℃時，為防止混凝土受凍，可采取拌和水加熱及運輸過程的保溫等措施。

　　4.2控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度各層混凝土澆筑間歇期應控制在5-7天左右，最長不得超過10天。為降低老混凝土的約束，需做到薄層、短間歇、連續施工。如因故間歇期較長，應根據實際情況在充分驗算的基礎上對上層混凝土層厚進行調整。

　　結合施工要求，承臺砼擬分三層澆筑，澆筑厚度分別為2m、1.5m、1.5m。為減小基礎約束并考慮結構的特點，分層厚度由厚到薄，分層厚度示意圖見圖5-1。

　　4.3冷卻水管的埋設及控制

　　4.3.1水管位置

　　根據混凝土內部溫度分布特征，承臺混凝土2m以下布設一層冷卻水管，2m以上布設兩層冷卻水管，共布設四層冷卻水管。冷卻水管均為φ40×2mm的電焊鋼管，其水平間距為0.9m，每根冷卻水管最大長度為150-200m，冷卻水管進出水口集中布置，以利于統一管理。

　　4.3.2、冷卻水管使用及其控制

　　1)冷卻水采用自來水，不得采用海水;

　　2)冷卻水管使用前進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水;

　　3)為確保大體積混凝土內部通水冷卻效果，冷卻水通水流量應達到32-40L/min，且應控制冷卻水流向，使冷卻水從砼高溫區域流向低溫區域;

　　4)為確保大體積混凝土內部冷卻均勻，冷卻水管進出水溫差小于5℃。

　　5)混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始通水，各層混凝土峰值過后，降溫速率超過2℃/d時停止通水。為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升，采取二次通水冷卻，通水時間根據測溫結果確定。

　　6)控制進出水溫度，夏季進水溫度不宜超過25℃，可選取地下水或水庫深層水;冬季不應低于10℃，可與冷卻水出水混合提高溫度。

　　為保證冷卻水的初期降溫效果，項目部應與溫控單位協調配合，根據現場實際情況，優化冷卻水管的管路布置，合理選擇水泵，并配備檢修人員，以保證冷卻系統正常工作。

　　4.4內表溫差控制

　　對于大體積混凝土，由于水化放熱會使溫度持續升高，如果氣溫不是過低，在升溫的一段時間內應加強散熱，如模板灑水降溫等。當混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以降低降溫速率。

　　混凝土在降溫階段如氣溫較低或突遇寒潮，內表溫差大于25℃或氣溫低于混凝土表面溫度超過20℃，必須對大體積混凝土進行保溫養護。做法如下：混凝土側面采用吊掛麻袋(土工布)外包一層彩條布保溫。必要時塔設保溫棚，用碘鎢燈照射混凝土表面并灑熱水養護。混凝土的拆模時間不僅要考慮混凝土強度，還要考慮混凝土的溫度和內外溫差，以免突然接觸空氣時降溫過快而開裂。冬季應延長拆模時間不少于一周，且拆模時間應選擇一天中溫度較高時段。拆模后應及時覆蓋保溫。

　　4.5混凝土養護

　　混凝土養護包括濕度和溫度兩個方面。結構表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養護過程中的溫度和濕度養護。因為水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土強度和耐久性的微結構。目前工程界普遍存在的問題是濕養護不足，對混凝土質量影響很大。濕養護時間應視混凝土材料的不同組成和具體環境條件而定。對于低水膠比又摻用摻和料的混凝土，潮濕養護尤其重要。不同混凝土養護的最低期限見表5-1。

　　本工程可采用冷卻水管出水養護，既能達到保溫、保濕養護的效果，又可以減少水資源的浪費。夏季或氣溫較高時，混凝土表面應加強潮濕養護，在條件允許的情況下盡可能采用表面蓄水，防止混凝土出現干縮裂縫。當氣溫急劇下降或氣溫低于5℃時，應灑熱水養護或采用塑料薄膜養護。濕養護的同時，還要控制混凝土的溫度變化。根據季節不同采取保溫和散熱的綜合措施，保證混凝土內表溫差及氣溫與混凝土表面的溫差在控制范圍內。

　　4.6施工控制

　　為確保大體積混凝土施工質量，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，必須加強對每一環節的施工控制，混凝土施工嚴格按照《公路橋涵施工技術規范》(JTJ041-2000)執行，并特別注意以下方面：

　　1、混凝土拌至配料前，各種衡器清計量部門進行計量標定，稱料誤差符合規范要求，嚴格按確定的配合比拌制。

　　表5-1不同混凝土溫養護的最低期限

　　混凝土

　　類型 水膠比 大氣濕度(50%

　　無風，無陽光直射 大氣濕度干燥(RH<50%)

　　有風，或陽光直射

　　日平均氣溫 濕養護期限 氣溫日平均 濕養護期限

　　膠凝材料中摻有粉煤灰(15%)或礦渣(>30%) ≥0.45 5℃ 14天 5℃ 21天

　　10℃ 10天 10℃ 14天

　　≥20℃ 7天 ≥20℃ 7天

　　≤0.45 5℃ 10天 5℃ 14天

　　10℃ 7天 10℃ 10天

　　≥20℃ 5天 ≥20℃ 7天

　　膠凝材料主要為硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥 ≥0.45 5℃ 10天 5℃ 14天

　　10℃ 7天 10℃ 10天

　　≥20℃ 5天 ≥20℃ 7天

　　≤0.45 5℃℃ 7天 5℃ 10天

　　10℃ 5天 10℃ 7天

　　≥20℃ 3天 ≥20℃ 5天

　　注：當有實測混凝土表面溫度數據時，表中氣溫用實測表面溫度代替。

　　2、混凝土按規定厚度、順序和方向分層澆筑，在下層混凝土初凝前澆筑完

　　上層混凝土，混凝土分層布料厚度不超過30cm。

　　3、 嚴格按規范要求進行各層間和各塊間水平和垂直施工縫處理，沿側面混凝土表面布設防裂金屬網，防止表面裂縫的產生。

　　4.7現場監控

　　通過大量的工作對大體積混凝土的施工過程溫度控制將取到實質的成果，但是現場監控仍然是不可缺少的重要環節。為檢驗施工質量和溫控效果，掌握溫控信息，以便及時調整和改進溫控措施，做到信息化施工，需對混凝土進行溫度及應變進行監測。因為大體積混凝土的溫度、應力發展及防裂是一個十分復雜的問題，外界溫度、濕度、施工條件、原材料變化等都會引起溫度、應力的變化，只有通過溫控及應力監測，才能更準確地了解結構的質量與抗裂安全狀況。現場監控主要包括溫度和應力監控。

　　5.結束語

　　大體積混凝土，通過采用冷卻技術，把溫度控制在設計要求內能有效的防止了溫度裂縫的出現。通過施工前的試驗、計算和精心組織，不但為承臺大體積混凝土施工創造了良好的條件，而且為大體積混凝土結構的質量提供了有利保證，更為其他大體積混凝土施工提供了寶貴的資料。