橋梁承臺大體積混凝土施工溫度的控制及監(jiān)測

李　闖，　馬　昕，　任　俊

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰　611830)

橋梁承臺大體積混凝土施工溫度的控制及監(jiān)測

李闖，馬昕，任俊

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰611830)

摘要：渝廣高速公路項目黑水灘河特大橋承臺大體積混凝土施工采取了不同的溫控措施并進行了即時溫度監(jiān)測。對采取了一定措施下的混凝土溫度的變化規(guī)律進行了監(jiān)測研究，有效地指導(dǎo)了混凝土澆筑施工，可為其他類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：承臺；大體積混凝土；溫控；監(jiān)測；裂縫

1概述

裂縫是混凝土工程施工中常見的一個質(zhì)量問題。導(dǎo)致裂縫的原因有很多，溫度應(yīng)力是其中的主要原因之一。在大體積混凝土工程中，混凝土澆筑后產(chǎn)生了大量的水化熱，由于其體表比很小，同時，水化熱釋放比較集中，使得混凝土內(nèi)部升溫迅速，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部與表面產(chǎn)生較大的溫差，從而引起混凝土體積變化并產(chǎn)生了一定的拉應(yīng)力。當拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度極限時混凝土開裂，在其表面產(chǎn)生裂縫，嚴重危害混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、耐久性、整體性等，對其結(jié)構(gòu)的后期使用亦將產(chǎn)生安全隱患。對于黑水灘河特大橋這種重要結(jié)構(gòu)物，溫控防裂尤為重要。在黑水灘河特大橋承臺大體積混凝土施工過程中，項目部采取了即時監(jiān)測，對溫控措施進行了指導(dǎo)和驗證。

2工程概況與原材料

2.1工程概況

黑水灘河特大橋左幅起止樁號為K14+977.5～K16+469.5，全橋長1 492m，上部結(jié)構(gòu)采用裝配式T梁，下部橋墩采用雙柱式墩及矩形空心墩、樁基礎(chǔ)，橋臺采用U型橋臺。下部結(jié)構(gòu)中矩形空心薄壁墩共17處，墩柱高度為36.72～61.69m?？招亩栈A(chǔ)的單個承臺尺寸為8.6m(寬)×9.1m(長)×3m(高)和7.9m(寬)×8.8m(長)×3m(高)兩種規(guī)格，承臺混凝土共計為3 710.39m3，混凝土一次性連續(xù)分層現(xiàn)澆，為大體積混凝土施工。

2.2原材料及配合比

黑水灘河特大橋承臺混凝土采用C30混凝土，水泥采用富皇水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，細集料、粗集料采用施家梁碎石廠生產(chǎn)的中砂和碎石，外加劑為聚羧酸高性能減水劑，外摻料為I級粉煤灰，配合比見表1。

3采取的溫度控制措施

大體積混凝土的溫度控制措施貫穿于混凝土澆筑前、澆筑中、澆筑后的各個階段，每個階段有不同的側(cè)重點。為了控制承臺施工的混凝土溫度，從四個方面采取了溫控措施。

3.1配合比優(yōu)化設(shè)計

大體積混凝土配合比設(shè)計的關(guān)鍵在于減少水泥的總發(fā)熱量，降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，以避免混凝土在內(nèi)外溫差作用下出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫。在本橋混凝土配合比設(shè)計中，主要考慮了以下四個方面：

(1)合理選擇混凝土原材料，使用水化熱低的普通硅酸鹽水泥，優(yōu)先選擇具有緩凝和減水雙重效用的外加劑。

(2)采用“雙摻”技術(shù)，以粉煤灰取代部分水泥，減少大體積混凝土的單位水泥用量;

(3)在保證承臺混凝土強度及和易性要求的前提下，盡可能采用低水灰比，降低單位用水量并適當提高礦物摻合料的摻量和骨料含量,從而降低單位體積混凝土的水泥量，減少混凝土干縮并降低水泥水化的總發(fā)熱量；

(4)鑒于承臺混凝土澆筑方量大、作業(yè)面積大、持續(xù)時間長，故新拌混凝土應(yīng)具有較長的緩凝時間，坍落度經(jīng)時損失值應(yīng)小。

3.2降低混凝土的入倉溫度

(1)砂、石骨料的降溫。

對供應(yīng)承臺混凝土的拌和站場地采取硬化措施并做好排水，骨料倉用彩鋼棚遮蓋，避免陽光直曬到骨料上。

(2)運輸過程中的降溫措施。

混凝土在運輸過程中，罐車全部包裹篷布并在罐車上安裝噴水設(shè)施，以保證篷布隨時保濕，避免陽光直曬混凝土罐車而造成混凝土內(nèi)部溫度増加，降低混凝土的入倉溫度。

3.3埋設(shè)冷卻管通水降溫

冷卻水管共布置了3層,采用外徑為48mm、壁厚3.5mm的鋼管，上下層間距80cm和100cm，相鄰兩層橫縱交錯布置，鋼管接頭采用絲扣連接并纏密封圈。

承臺大體積混凝土澆筑時，冷卻水管立即通水冷卻。施工時控制入模溫度，在混凝上澆筑時控制冷卻水管的進水量及水流速度，確保冷卻水進出口水的溫差不大于6 ℃?；炷翝仓Y(jié)束要加強養(yǎng)生，確?；炷临|(zhì)量(圖1)。施工時應(yīng)注意:

(1)冷卻水管在埋設(shè)和混凝土澆筑過程中應(yīng)防止其堵塞和漏水，使用完畢后灌漿封孔,出露部分應(yīng)割除。

(2)澆筑時在承臺內(nèi)埋設(shè)溫控元件，當內(nèi)部水化熱溫度大于35 ℃時開始通水并連續(xù)通7d,水壓根據(jù)天氣和水化熱情況適當調(diào)整，以保證將混凝土內(nèi)外溫差控制在25 ℃以內(nèi)。

(3)承臺混凝土澆筑時，注意對預(yù)埋水管的保護。

混凝土澆筑結(jié)束后，對混凝土內(nèi)的溫度進行檢測，毎2h檢測一次并進行詳細記錄，檢查時間為每天的0時、2時、4時、6時、8時、10時、12時、14時、16時、18時、20時、22時。混凝土溫度檢測持續(xù)時間為15d。

3.4蓄水養(yǎng)生

混凝土澆筑完畢，立即在其上面作蓄水養(yǎng)護，蓄水深度為50cm，以推遲混凝土表面溫度的迅速流失，控制混凝土表面溫度與內(nèi)部中心溫度或外界氣溫的差異,防止混凝土表面開裂，蓄水時間一般不超過3d。

4溫度監(jiān)測方案

4.1監(jiān)測原理

采用鉑式溫度傳感器并配查測溫儀對承臺進行溫度監(jiān)測，其原理是利用熱電效應(yīng)的關(guān)系量測測體溫度，其具有測量精度高、測點布設(shè)方便等特點，能夠滿足大體積混凝土溫度測設(shè)要求。它是通過預(yù)埋固定在混凝土內(nèi)的測溫導(dǎo)線，該導(dǎo)線的一頭伸出混凝土結(jié)構(gòu)外側(cè)，再通過配套的顯示儀表讀測數(shù)據(jù)；同時采用紅外溫度槍直接測試環(huán)境溫度、混凝土入模溫度、混凝土表面溫度等。

4.2測點布置

為了全面了解承臺混凝土溫度場的變化情況，應(yīng)根據(jù)承臺構(gòu)造的具體情況埋設(shè)測溫點， 測溫點的位置必須具有代表性。

由于本橋承臺雙軸對稱，故將現(xiàn)場溫度傳感器布置在1/4承臺范圍內(nèi)。根據(jù)觀測需要，澆筑承臺混凝土前，在承臺中心至表面分三層埋設(shè)溫度傳感器，每層沿承臺平面的縱向、橫向?qū)ΨQ軸由中心至邊緣布置了多個測點(L形布置，見圖2和圖3)，共布置了約15支溫度傳感器?，F(xiàn)場布置傳感器時，為避免澆筑承臺混凝土時振搗器震搗破壞傳感器,將傳感器布置在橫向鋼筋的下側(cè)，傳感器的施測導(dǎo)線沿橫向、豎向鋼筋引出體外。

4.3監(jiān)測的實施

承臺混凝土的測溫時間及測溫頻度由混凝土水化熱根據(jù)反應(yīng)特性確定?；炷脸跗谏郎剌^快，混凝土內(nèi)部的溫升主要集中在澆筑后的3 ～5d。—般在3d之內(nèi)溫升可達到或接近最高峰值。

根據(jù)本橋承臺的實際情況和構(gòu)造特點確定的測溫項目和測溫頻度為：

(1)對攪拌車中倒出時的混凝土溫度每3h測記一次；

(2)對施工現(xiàn)場大氣環(huán)境溫度每2h測記一次；

(3)混凝土澆筑完成后，立即測記混凝土澆筑成型的初溫度；

(4)混凝土澆筑完成后的第1～3d每2h測記一次；

(5)混凝土澆筑完成后的第4～7d每4h測記一次；

(6)混凝土澆筑完成后的第8～15d，每8h測記一次；

(7)大體積混凝土施工溫度的測記由監(jiān)控組專人負責并做出測溫成果(即做出溫度變化曲線圖)，及時做好信息的收集和反饋工作，遇有特殊情況(氣溫驟降或混凝土內(nèi)外溫差接近25 ℃時)及時采取緊急內(nèi)降溫與外保溫等措施。

5溫控資料分析

5.1絕熱溫升

混凝土絕熱溫升是指在與外界絕熱的條件下，混凝土由于水泥水化反應(yīng)所產(chǎn)生的總熱M使得混凝土升高的溫度?；炷恋慕^熱溫升方程如下：

式中T(h)為混凝土的絕熱溫升(℃)；mc為每m3混凝土的水泥用量，取310kg/m3；Q為每kg水泥28 d水化熱，取370 kj/kg；C為混凝土比熱，取0.97[kJ/(kg·K)]；ρ為混凝土密度，取2 400(kg/m3)；е為常數(shù)，取2.718；t為混凝土的齡期(d)；m為系數(shù)，隨澆筑溫度改變，取 0.406。

各齡期的絕熱溫升見表3

考慮到混凝土的入模溫度為25 ℃，則各齡期承臺的絕對溫度為T(3 d)=59.7 ℃，T(7 d)=71.4 ℃，T(12 d)=73.9 ℃，T(28 d)=74.3 ℃。

5.2測量數(shù)據(jù)

取黑水灘河特大橋右幅38號承臺監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了溫度監(jiān)測從混凝土澆筑完成開始，按監(jiān)測方案實施，連續(xù)監(jiān)測24 d，獲得有效溫度測量76次。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，中間Ⅱ?qū)訙y點的溫度最高。遂將Ⅱ?qū)訙y點溫度的測量數(shù)據(jù)繪制成時間——溫度曲線(圖4)，供分析使用。

由測量數(shù)據(jù)可以看出：

(1)溫度變化分為急劇的升溫和緩慢的降溫兩個階段，升溫速率明顯高于降溫速率。

(2)升溫階段，在混凝土澆筑2 d后達到峰值，中心區(qū)域最高溫度為53 ℃ ,相比絕熱狀態(tài)下的各齡期絕對溫度，降溫效果明顯

(3)由于水化熱的急劇釋放，導(dǎo)致短時間內(nèi)出現(xiàn)了中心與表面溫度差略高于25 ℃的情況，持續(xù)時間約10 h，經(jīng)及時加大冷卻水流量,控制了溫差的繼續(xù)上升。混凝土表面與外部大氣環(huán)境接觸，溫度波動較大；但中心區(qū)域基本不受外界氣溫影響。

(4)由于x-l和x-5測點均靠近混凝土表面，因此，在升溫峰值過后能快速地與環(huán)境溫度保持一致，相比中心測點，降溫速率較快。

(5)冷卻水管在連續(xù)通水的7 d內(nèi)能有效地降低中心溫度，7 d后溫度穩(wěn)定，中心溫度與表面溫差約為10 ℃，滿足設(shè)計要求。

(6)14 d齡期后，由于環(huán)境溫度升高，混凝土的表面及中心溫度均有少許上升。

6結(jié)語

溫度控制和溫度監(jiān)測是大體積混凝土施工過程中必須重視的技術(shù)問題，亦為保證混凝土工程質(zhì)量的重要手段。筆者以大體積混凝土承臺施工為依托，從四個方面論述了所采取的溫度控制措施：以冷卻水降低混凝土中心溫度，控制中心與表溫差為主要手段，再輔以溫度實時監(jiān)測，隨時反饋混凝土的實際溫度用以指導(dǎo)溫控工作。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，溫控措施取得了非常有效的作用，滿足設(shè)計要求?；炷翝仓瓿珊?，測量其28 d齡期強度，達到了設(shè)計要求且外觀質(zhì)量很好，外表面平整光滑,沒有出現(xiàn)裂縫，所采取的溫控措施可供其他工程參考借鑒。

李闖(1983-)，男，陜西渭南人，工程師，從事道路橋梁施工技術(shù)與管理工作；

馬昕(1987-)，女，四川都江堰人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

任俊(1985-)，男，安徽六安人，助理工程師，從事道路橋梁工程施工技術(shù)與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0064-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV52;TV544;TV522

作者簡介: