大體積承臺(tái)混凝土施工溫度計(jì)算及施工質(zhì)量控制

姚連震

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司，河南 洛陽 471013)

1 工程概況

本工程為天津集疏港公路二期中段重點(diǎn)工程海河大橋主塔(21#墩)承臺(tái)。位于新港船閘北側(cè)，承臺(tái)尺寸為 34.5 m×46.5 m×5.0 m，混凝土方量為8 021.25 m3，屬大體積混凝土工程?；炷翞镃35高耐久性防腐混凝土、抗?jié)B等級(jí)W6、抗凍融DF80。承臺(tái)施工場地狹小，地下水位高，南面緊鄰船閘河道，東面緊鄰公路，西面是老橋墩，無法實(shí)施大開挖，基坑開挖采用鋼板樁加兩道內(nèi)支撐的方案。承臺(tái)大體積混凝土施工難度較高，分2次澆筑(每次混凝土澆筑方量為4 010.6 m3)，采用內(nèi)散外蓄方案，即混凝土內(nèi)部采用冷卻管降溫，同時(shí)加強(qiáng)混凝土表面保溫蓄熱，降低內(nèi)外溫差，防止產(chǎn)生裂縫。

2 大體積混凝土施工溫度計(jì)算

2.1 混凝土配合比的選擇

原設(shè)計(jì)混凝土為C35高耐久性防腐混凝土、抗?jié)B等級(jí)W6、抗凍融DF80，為了降低混凝土的水化熱，混凝土配合比選用低水化熱的水泥并摻入一定量的摻合料，配合比為 330(水泥)∶680(砂子)∶1 095(碎石)∶165(水)∶23.5(外加劑)∶138(摻合料)。

2.2 混凝土施工溫度計(jì)算

1)混凝土拌合溫度計(jì)算參數(shù)見表1?；炷涟韬蠝囟萒0=∑TiMC/∑MC=66 906/2 461.2=27.18℃

2)混凝土出機(jī)溫度TI

由于攪拌機(jī)棚為敞開式，故TI=T0=27.18℃。

3)混凝土澆筑溫度Tj

式中，Ta為室外氣溫，取 25 ℃，θ1、θ2、θ3分別為各施工階段溫度損失系數(shù)，混凝土裝卸和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)θ1取0.032;混凝土運(yùn)輸時(shí) θ2=Aty，ty為運(yùn)輸時(shí)間(min)，A可查表得0.004 2;澆筑過程中 θ3=0.003tj，tj為澆筑時(shí)間(min);混凝土裝卸和運(yùn)轉(zhuǎn)考慮3次，混凝土運(yùn)輸時(shí)間ty為 45 min，澆筑時(shí)間 tj為 40 min。θ1+ θ2+ θ3=0.405，混凝土澆筑溫度 Tj=27.18+(25.00-27.18)×0.405=26.3℃。

表1 混凝土拌合溫度計(jì)算

4)水化熱絕熱溫升值T(t)

式中 T(t)——t齡期內(nèi)混凝土的絕熱升溫值，℃;

Tmax——混凝土的最大水化熱溫升值，℃;

mc——每立方米混凝土水泥用量，kg/m3;

Q——水泥水化熱量，J/kg;

C——混凝土的比熱，一般取 0.92～1.00，取0.96 J/kg·K;

ρ——混凝土的質(zhì)量密度，取2 400 kg/m3;

m——與水泥品種、澆搗時(shí)與溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般為0.2～0.4;

t——混凝土澆筑后至計(jì)算時(shí)的天數(shù)，d。

由水泥廠提供試驗(yàn)報(bào)告知，水泥3 d齡期水化熱為274 J/kg，7 d齡期水化熱為305 J/kg(計(jì)算時(shí)在此基礎(chǔ)上增加30 J/kg)，3 d齡期的絕熱溫升Tmax(3)=44.3℃，7 d齡期的絕熱溫升Tmax(7)=48℃。

5)混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度Tmax

式中，ζ為不同澆筑厚度的降溫系數(shù)，每次澆筑2.5 m，查表得齡期3 d降溫系數(shù)取0.65;齡期7 d降溫系數(shù)取0.62;計(jì)算得齡期3 d的混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度T3max=26.3+44.3×0.65=55.1℃，齡期7 d的混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度T7max=26.3+48×0.62=56.1℃。

6)混凝土表面溫度Tb(t)

式中 Ta——大氣平均氣溫，取15℃;

H——混凝土的計(jì)算厚度 H=h+2h′，H=2.5+2×2.01=6.52 m;h′為混凝土的實(shí)際厚度;

h′——混凝土的虛厚度，h′=Gλ/β，h′=0.666 ×2.33/0.77=2.01 m;λ為混凝土的熱導(dǎo)系數(shù)，取2.33 W/m·K;β為熱傳導(dǎo)系數(shù)，混凝土表面用巖棉被保溫，β =1/(δ/λi+1/βa)=1/(0.05/0.04+1/23)=0.77;δ為保溫材料厚度，取0.05 m;λi為材料導(dǎo)熱系數(shù)，巖棉0.030～0.047，取0.040;βa為空氣傳熱系數(shù)，取 23W/m·K，G 為計(jì)算折減系數(shù)，取0.666;

ΔT(t)——齡期為t時(shí)，混凝土內(nèi)部最高溫度與外界氣溫差;

齡期3 d內(nèi)部最高溫度與外界最低氣溫差ΔT(3)=55.1-15.0=40.1℃，齡期7 d內(nèi)部最高溫度與外界最低氣溫差ΔT(7)=56.1-15.0=41.1℃。齡期3 d混凝土表面溫度 Tb(3)=49.3℃，T3max-Tb(3)=5.8℃ ＜25℃;齡期7 d混凝土表面溫度Tb(7)=50.1℃;T7max-Tb(7)=6℃ ＜25℃，齡期3 d和齡期7 d混凝土中心最高氣溫與表面溫度差未超過25℃，齡期3 d和齡期7 d表面溫度與氣溫差超過了25℃，混凝土溫度梯度不能滿足防裂要求，因此混凝土內(nèi)部需要采取有效降溫措施，表面采用蓄水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土內(nèi)部、蓄水層、環(huán)境三者之間的溫度梯度在25℃以內(nèi)。

3 混凝土的澆筑施工

1)混凝土的運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸時(shí)應(yīng)縮短運(yùn)輸時(shí)間，盡量避免混凝土因運(yùn)輸時(shí)間過長造成坍落度損失過大，混凝土坍落度控制在14～16 cm，初凝時(shí)間在10 h以上。采用混凝土運(yùn)輸攪拌車運(yùn)輸，在運(yùn)輸過程中以2～4 r/min進(jìn)行慢速攪拌，卸料前快速攪拌30 s后再卸料，混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)間限制見表2。

表2 混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)間限制

2)混凝土的澆筑

承臺(tái)混凝土澆筑時(shí)配備8臺(tái)混凝土輸送泵，4臺(tái)水平泵(2臺(tái)備用)和4臺(tái)汽車泵(2臺(tái)備用)，主要依靠汽車泵為主，水平泵配合的施工方法。每臺(tái)混凝土輸送泵分區(qū)域進(jìn)行澆筑，確保上下層及交接帶處前后混凝土澆筑間隔不超過初凝時(shí)間，確?；炷猎诔跄敖硬?不超過10 h)，不出現(xiàn)冷凝縫?；炷列毕蚍謱訚仓繉雍穸瓤刂圃?0 cm左右，每層混凝土方量481 m3。為避免出現(xiàn)冷縫，每臺(tái)泵車每小時(shí)澆筑約25 m3，4臺(tái)泵車每小時(shí)共澆筑約100 m3。

混凝土振搗采用直徑70 mm的插入式振搗器，振搗棒操作遵循“快插慢拔”的原則。振搗中控制好振動(dòng)棒的移動(dòng)間距不超過振動(dòng)棒作用半徑的1.5倍，既要防止漏振，也要防止過振，特別注意加強(qiáng)各區(qū)澆筑的匯合區(qū)，防止漏振。每點(diǎn)振搗時(shí)間以20～30 s為宜，混凝土表面呈水平，不再顯著下降、不再出現(xiàn)氣泡及表面泛漿為準(zhǔn)。振動(dòng)器與側(cè)模保持5～10 cm的距離，插入下層混凝土10 cm左右，并保證在下層混凝土初凝前進(jìn)行振搗，使混凝土具有良好的密實(shí)度和整體性，防止出現(xiàn)施工冷縫。嚴(yán)禁振搗棒觸及鋼筋、預(yù)埋件等，在必要位置懸掛警示牌。對(duì)搗固人員要認(rèn)真劃分施工區(qū)域，明確責(zé)任，以防漏搗。

為保證兩次混凝土接觸面的連接，下層混凝土表面設(shè)置預(yù)埋 φ28鋼筋，間隔1 m，與支撐角鋼交錯(cuò)布置，錨入深度為0.5 m，外露0.5 m。當(dāng)?shù)谝淮螡仓炷翉?qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時(shí)，混凝土接觸面開始進(jìn)行人工鑿毛處理，隨著混凝土齡期增長，混凝土強(qiáng)度達(dá)到10 MPa時(shí)，開始進(jìn)行人工配合風(fēng)鎬進(jìn)行接觸面混凝土的鑿毛工作。經(jīng)鑿毛處理的混凝土面用高壓水進(jìn)行沖洗，保證新舊混凝土的連接質(zhì)量。

3)混凝土防溫度裂縫的措施

根據(jù)規(guī)范要求，混凝土內(nèi)外溫差不得超過25℃。為滿足此要求，必須在承臺(tái)內(nèi)布設(shè)散熱管，以通冷水循環(huán)帶走混凝土內(nèi)部的多余熱量，達(dá)到降低混凝土內(nèi)外溫差的目的。

由于混凝土分兩次澆筑，在首次澆筑段位置設(shè)置φ8@200 mm鋼筋網(wǎng)片防裂，距混凝土表面2.5 cm，為防止鋼筋網(wǎng)片在混凝土澆筑過程中踩壓變形，設(shè)置φ16鋼筋與∠63°角鋼支撐體組合系。

嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度(不得高于27℃，根據(jù)計(jì)算得出)，如入模溫度高于27℃，拌合站必須采取降溫措施。

本承臺(tái)澆筑分兩次澆筑，第一次澆筑2.5 m，第二次澆筑2.5 m。在每次澆筑混凝土中沿豎向水平布置2層散熱管。散熱管采用直徑42 mm，壁厚1.2 mm的鋼管，采用回形布置。下一層散熱管距混凝土底面0.8 m，上一層散熱管距混凝土頂面0.9 m。為加強(qiáng)散熱效果，每層散熱管設(shè)置5個(gè)進(jìn)水口。各層間進(jìn)出水管均各自獨(dú)立，以便根據(jù)測溫?cái)?shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整水循環(huán)的速度，利用混凝土的自身熱量，即中部溫度高、四周溫度低的特點(diǎn)，在循環(huán)過程中，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫差，產(chǎn)生良好的溫控效果，降低內(nèi)外溫差。

在通水冷卻過程中，要加強(qiáng)混凝土溫度及冷卻水溫度的監(jiān)測和管理，及時(shí)調(diào)整混凝土養(yǎng)護(hù)措施，尤其是加強(qiáng)保溫措施，延緩混凝土升降溫速率，減小混凝土的溫差梯度，保證混凝土不開裂。

在養(yǎng)護(hù)中通過測溫記錄來指導(dǎo)降溫和保溫工作的進(jìn)行，通過調(diào)整散熱管內(nèi)的水溫及冷卻水的駐留時(shí)間，控制混凝土內(nèi)表溫差，從而將混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃左右。

4)混凝土的內(nèi)外溫度控制技術(shù)

為加強(qiáng)混凝土內(nèi)外部溫度控制，采用硅電阻測溫儀進(jìn)行測溫，測溫點(diǎn)僅布置在結(jié)構(gòu)物的四分之一區(qū)域內(nèi)，外側(cè)測點(diǎn)距混凝土外基面5 cm;另輔助預(yù)埋測溫管人工測溫，測溫管布置在承臺(tái)對(duì)角線上，連續(xù)布置3根測溫管，管間距9.60 m，管深1.25 m，管口高出混凝土面10 cm，管底用鋼板密封。每個(gè)測溫管內(nèi)灌入200號(hào)機(jī)油，通過放入溫度計(jì)測量油溫的方法來間接測量混凝土的溫度。

為了能夠更好地掌握混凝土的內(nèi)部溫度，堅(jiān)持24 h連續(xù)測溫。待混凝土終凝后，每2 h測溫一次，并認(rèn)真記錄數(shù)據(jù)，同時(shí)繪制溫度變化和內(nèi)表溫差曲線。比較人工測溫和硅電阻自動(dòng)測溫差異，保證測溫的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

計(jì)算混凝土施工的溫度，并采取相應(yīng)措施控制混凝土的入模溫度，通過混凝土內(nèi)布置散熱管通水降溫、頂面蓄水養(yǎng)護(hù)及連續(xù)測溫等技術(shù)措施控制各個(gè)界面的溫度梯度，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施來防止溫度裂縫的出現(xiàn)，保證大體積混凝土構(gòu)件的質(zhì)量。

［1］周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計(jì)算手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［3］交通部第一公路工程總公司.橋涵［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］中華人民共和國交通部.JTJ041—2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.