特大型橋梁墩承臺加冰混凝土供應全過程溫控總結

陳文彬

（漳州路橋翔通建材有限公司 福建 漳州 363006）

特大型橋梁墩承臺加冰混凝土供應全過程溫控總結

陳文彬

（漳州路橋翔通建材有限公司 福建 漳州 363006）

廈漳同城大道 Ⅲ 標段是一座跨九龍江的特大型橋梁，其西溪大橋 2#主墩承臺大體積混凝土施工溫控要求高，商品混凝土供應運輸距離遠、溫度控制難度大。本文簡要總結了商品混凝土攪拌站生產供應過程中如原材料、冰水、拌合物加冰、拌合物出機及運輸過程等溫控技術及措施，拋磚引玉，互相交流。

大體積混凝土；預拌加冰混凝土溫控；原材料溫控；運輸溫控

1 工程概況

1.1 工程簡介

廈漳同城大道Ⅲ標段是漳州市“十二五”綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃中提升國道網(wǎng)絡通行能力的重要組成部分，位于龍海市九龍江下游，是一座跨九龍江（北溪與西溪）、沙洲島的特大型橋梁，橋梁全長 3.065km，包含北溪大橋、沙洲互通立交和西溪大橋。西溪主橋為獨塔扭背索斜拉橋，跨徑組成為 (88+200)m。邊跨為預應力混凝土箱梁，主跨為鋼箱梁。邊跨側為雙索面空間扭面索，主跨為準單索面。橋塔為2#主墩基礎為整體式高樁承臺基礎，承臺尺寸30.5m×24m×6m，承臺底標高為 -2.841m，頂標高為+3.159m。承臺混凝土強度等級為 C35，方量為 4025.8m3，承臺結構如圖 2 所示。

圖1 西溪主橋橋型布置圖

圖2 主橋 2#墩承臺結構圖

本工程為漳州市政府投資，項目業(yè)主為漳州市交通集團，施工單位為中交二航局，商品混凝土供應單位為漳州路橋翔通建材有限公司。

1.2 大體積加冰溫控混凝土工程技術特點及難點

（1）計劃 2#墩承臺混凝土施工時間為 2015年 5月至6月間，氣溫在 30～34℃ 左右，地面溫度可能達到 40℃ 左右，不利于混凝土拌合物溫度控制，需要進行加冰溫控，但加冰量較難確定。

（2）主塔承臺混凝土為 4025m3，分兩次澆筑，一次性澆筑的混凝土方量大，施工要求高，現(xiàn)場組織與協(xié)調難度大。

（3）混凝土攪拌站距離澆筑地點約 28km 左右，運輸路途遠且復雜，需要經過舊江東橋、沿北溪河道和幾個村道，時間久（約 1～1.5h），混凝土運輸溫升要控制，難度大。

（4）承臺雖為大體積混凝土，但采用 28d 標養(yǎng)強度評定，摻合料比例要求不能太大，水泥用量高，對入模溫度、絕熱溫升控制不利。

（5）施工單位要求混凝土供應單位采用加冰控制混凝土入模溫度，入模溫度不大于 28℃；為延長內部絕熱溫升峰值提前發(fā)生，要求混凝土凝結時間控制在 44～46h。

2 配合比設計

2.1 原材料品種及技術參數(shù)

（1）水泥：春馳 P·O42.5，內控技術指標：28d 強度≥50MPa，標準稠度用水量≤135ml。

（2）外加劑：高性能聚羧酸 LQ-100-Z，內控技術指標：含固量 ≥14.0%，砂漿減水率 ≥19%（摻 1.15%）。

（3）粉煤灰：Ⅱ 級，內控技術指標：細度 ≤20%，燒失量小于 2.5%，且篩余留底灰在 80 倍放大鏡下有可見明顯數(shù)量的玻璃球體。

（4）礦渣粉：S95 級，內控技術指標：比表面積≥400m2/kg。

（5）河砂：中砂，內控技術指標：細度模數(shù) 2.4～2.7，含泥量≤3.0%，泥塊含量≤1.0%。

（6）碎石：5～31.5mm 連續(xù)級配碎石，內控技術指標：含泥量≤1.0%，針片狀≤15%； 壓碎值≤12%。

2.2 混凝土配合比設計

配合比提前一個月設計、驗證，經施工單位技術部門進行確認，其混凝土拌合物性能、力學性能等均能滿足施工要求。所確定的 C35 承臺配合比見表 1。

經多次驗證，混凝土拌合物坍落度為：180～200mm，擴展度為：490～520mm，混凝土拌和物工作性能良好；混凝土28d 強度平均值 44.5MPa，標準差 3.2 MPa。

根據(jù)混凝土澆筑用時及延遲最高絕熱溫升的要求，對混凝土凝結時間進行了調整，標準養(yǎng)護的初凝時間為 46～48h，室外（測試溫度：30～34℃）初凝時間為 32～38h。

3 原材料溫度控制

在可預見當時澆筑環(huán)境溫度高（30～34℃）的情況下，要使混凝土入模溫度控制到 28℃ 以下，原材料溫度控制很關鍵，關鍵控制點有兩個，一是水泥、礦粉等入罐溫度較高的粉料的溫度要盡量降低；二是砂石骨料避免暴曬，所以需要進行上述原材料專項溫度控制管理。提前儲備各種原材料，保證安全庫存量，如表 1 所示。

表1 C35 承臺配合比 kg/m3

3.2 采取各種措施，盡量降低各種原材料溫度

3.2.1 水泥

要求水泥廠專用庫儲量約 800～1000噸，控制水泥出廠溫度，到站水泥入罐前溫度 ≤65℃。站內啟用 2～3 個專用罐提前存放水泥 7～15d，溫度降至 55℃ 以內才能使用。

3.2.2 礦粉

要求礦渣微粉廠專用庫容量約 300～400 噸，控制礦粉溫度，到站礦粉入罐前溫度≤65℃。站內啟用 1 個專用罐提前存放水泥 7～15d，溫度降至 55℃ 以內才能使用。

3.2.3 砂石骨料

采用封閉搭蓋料倉儲存砂石骨料，避免砂石骨料直接暴曬于太陽底下。備用 2 個砂倉、3 個碎石倉，提前 2 天將材料入倉自然冷卻，氣溫高時在料倉內通過噴淋、噴霧冷卻，使其溫度降至 30℃ 以下。

3.2.4 外加劑

站內清出 2 個專用罐儲存高性能減水劑，避免外加劑直接暴曬于太陽底下，控制水劑溫度與自然環(huán)境溫度一致。

4 混凝土拌合物加冰溫控措施的試驗及控制

4.1 拌合水加冰溫控

（1）要有效降低拌合物溫度，除原材料盡量把溫度降到最低外，水溫的下降尤其重要。模擬試驗發(fā)現(xiàn)，在水池中加入碎冰后能夠快速降溫至 5℃，但要在 5℃ 以下恒溫就比較難，溫度波動較大，所以 5℃ 拌合水溫是合理的選擇。

（2）拌合水加冰熱工平衡

采用冰塊加入拌合水中進行降溫，加多少冰塊量？通過驗證的冰水熱工平衡計算公式如下：

冰水混合熱平衡方程：

式中：A——混合前水溫，℃；

B——冰塊量，kg；

X——混合后水溫，℃；

λ——冰的溶化熱 335kJ/kg；

W——配合比中的用水量，℃。

（3）混凝土供應是連續(xù)不斷的，控制拌合冰水溫度也是一個重點。試驗結果發(fā)現(xiàn)，正常生產時采用邊補水邊加冰措施，160 噸拌合水每 3 個小時加入 10 噸冰塊可以維持 5℃ 水溫。

4.2 混凝土拌合物加冰溫控

環(huán)境氣溫在 30℃ 以上時，混凝土拌合物出機溫度要降低至 28℃ 下，還需要在攪拌過程中加入碎冰?；炷涟韬衔餃囟葻峁び嬎愠Ｒ娪诟鞣N文獻和施工方案中，公式有多種，算法不一，特別是對于加冰溫控這一塊闡述。筆者通過各種天氣溫度工況（30℃、32℃、34℃）進行模擬試驗，取得了相關數(shù)據(jù)，對拌合物溫度熱工計算公式進行修正：

式中：

To——混凝土拌合物溫度，℃；

mc——水泥用量，kg；

mf——粉煤灰用量，kg；

mk——礦渣粉用量，kg；

ma——外加劑用量，kg；

mw——水用量，kg；

ms——砂用量，kg；

mg——石用量，kg；

mb——碎冰用量，kg；

Tw——水的溫度，℃；

Tc——水泥溫度，℃；

Tf——粉煤灰溫度，℃；

Tk——礦渣粉溫度，℃；

Ta——外加劑溫度，℃；

Ts——砂溫度，℃；

Tg——石溫度，℃；

βg——石含水率 ，%；

βs——砂含水率 ，%。

Cc——水泥的比熱容，kJ/kg·k；

Cf——粉煤灰的比熱容，kJ/kg·k；

Ck——礦渣粉的比熱容，kJ/kg·k；

Cs——砂的比熱容，kJ/kg·k；

Cg——石的比熱容，kJ/kg·k；

Ca——外加劑的比熱容，kJ/kg·k；

Cw——水的比熱容，kJ/kg·k；

λ——碎冰的溶化熱，kJ/kg.k；

ε——碎冰的冷量利用率，取 0.85；

mb×5×Cw——碎冰溶化成 5℃ 拌合水時的熱當量。

5 運輸供應過程的溫控

5.1 出機溫度控制

在加冰控制拌合物溫度的狀況下，模擬不同氣溫環(huán)境下攪拌機內與下料至攪拌車后拌合物出機溫度的變化，試驗發(fā)現(xiàn)環(huán)境氣溫升高 1℃，混凝土出機溫度升高約為 0.1～0.3℃，且氣溫超過 32℃ 時出機溫度升高值越大。所以當氣溫超過32℃ 時，就需要采用噴淋冰水降溫的方式對攪拌樓內部、出機口的溫度進行控制。

5.2 攪拌運輸溫控

運輸時間對混凝土拌合物溫度影響也很大。從攪拌站到施工現(xiàn)場運輸時間正常情況下平均需要 1h，在上下班高峰期，則平均需要 1.5h。選取環(huán)境氣溫最高、地面輻射溫度最大的時間段（14：00～16：00）做試驗，獲取混凝土拌合物溫度與運輸時間的關系數(shù)據(jù)，便于采取措施對混凝土運輸過程進行溫控。試驗設定拌合物初始溫度為 26℃，模擬試驗的結果如表 2。

表2 模擬試驗結果

試驗結果說明：① 運輸時間不變，環(huán)境溫度越高，拌合物溫度越高，且升高趨勢越大；② 環(huán)境溫度不變，運輸時間越長，拌合物溫度越高，且隨環(huán)境溫度越高，變化值越大；③ 環(huán)境氣溫達到 32℃ 以上時，需要對攪拌車采取隔熱措施（覆蓋或罐外噴灑冰水）或者降低拌合物出機溫度（26℃ 以下），否則，到現(xiàn)場混凝土入模溫度將超過 28℃；④ 實際施工時，須注意選擇氣溫較低的日子（30℃ 以下），并且多配備攪拌車和泵車數(shù)量，在最短時間內，利用傍晚到第二天中午這段時間集中力量供應溫控混凝土。

6 主橋2#墩承臺混凝土拌合物加冰溫控成效

（1）2015年 5月 14日 18：00 開始供應西溪主橋 2#墩承臺第一層加冰混凝土，澆筑時間總共 19h，供應方量1633.49m3，平均供應量 86m3/h，現(xiàn)場澆筑順利完成。期間氣溫 28～34℃，分割幾個時間段按不同氣溫工況進行加冰溫控，平均總用冰量 92kg/m3。

拌合物出機口加冰溫控實際成果見表 3。

表3 實際溫控數(shù)值

（2）2015年 5月 22日 19：50 開始供應西溪主橋 2#墩承臺第二層加冰混凝土。澆筑時間總共 25h，供應方量 2299.05m3，平均供應量 92m3/h, 現(xiàn)場澆筑順利。期間氣溫 28～34℃，預冷水提前 3 個小時，160t 自來水中加入碎冰 27t，冰水混合溫度為5℃，按 9 個時間段進行加冰溫控，保持冰水恒溫加入冰塊 90t，通過碎冰加入混凝土中降低拌合物溫度，混凝土出機溫度 23.5～25.5℃，平均總用冰量102kg/m3，總車數(shù) 287 車，到現(xiàn)場車車實測入模溫度均未超過 28℃，坍落度 160～210mm，擴展度 480～550mm，混凝土拌和物工作性能良好。

（3）2#墩承臺兩次凝結時間經現(xiàn)場實測為 40h 左右，內部最高溫度為 72℃，最高溫度峰值出現(xiàn)在 72 小時左右。

（4）2#墩承臺混凝土凝結后未出現(xiàn)溫度裂縫，達到了溫度控制目標要求。

[通訊地址] 福建省漳州市登科村漳州路橋翔通建材有限公司（363000）

陳文彬（1975—），男，助理工程師，漳州路橋翔通建材有限公司，現(xiàn)主要從事混凝土生產技術管理工作。