橋梁工程大體積混凝土溫控技術(shù)研究

俞向軍

摘 要：溫度裂縫是新澆筑大體積混凝土產(chǎn)生破壞的主要形式，合理、有效地控制溫度裂縫的產(chǎn)生，可保證大體積混凝土結(jié)構(gòu)安全。為此，本文依托某橋梁承臺(tái)大體積混凝土工程，結(jié)合承臺(tái)溫控方案設(shè)計(jì)資料，提出了承臺(tái)溫控措施，希望能夠避免混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，提高橋梁工程整體施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;大體積混凝土;溫控措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

改革開(kāi)放40多年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，道路等級(jí)不斷提升。橋梁是公路建設(shè)的重點(diǎn)工程，為滿(mǎn)足橋梁承載力、剛度及穩(wěn)定性等各種功能的需求，大體積混凝土在橋梁工程建設(shè)當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。橋梁大體積混凝土澆筑后，極易產(chǎn)生水化反應(yīng)并產(chǎn)生大量熱量，基于混凝土屬于熱的不良導(dǎo)體，熱量散發(fā)難度很大，若溫控方法不合理，極易出現(xiàn)較大內(nèi)外溫差，從而形成裂縫，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命造成不利影響。為此，做好橋梁大體積混凝土溫控技術(shù)研究意義重大。

1 工程概況

某橋梁工程主橋上部為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁橋，為2×（62.3+4×115+62.3）m。橋梁具體情況如表1所示。由于單個(gè)主墩承臺(tái)混凝土量較大，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在澆筑施工中應(yīng)采取一定措施合理控制混凝土溫度，從而確保承臺(tái)施工質(zhì)量。

2 橋梁主墩承臺(tái)溫控設(shè)計(jì)資料分析

2.1 配合比設(shè)計(jì)

水化熱是大體積混凝土熱量的主要來(lái)源，為滿(mǎn)足大橋承載力和強(qiáng)度要求，必須解決混凝土水化熱問(wèn)題?；诖?，本文決定采用低熱高質(zhì)的水泥材料，即C35混凝土強(qiáng)度等級(jí)的42.5普通硅酸鹽水泥，配合比設(shè)計(jì)為水泥：粉煤灰：砂：5 mm～31.5 mm碎石：水：減水劑=225.7：138.4：750.3：1 173.6：142：3.459。

2.2 冷水管布設(shè)

為了有效減小橋梁主墩承臺(tái)混凝土的內(nèi)部溫度，本工程決定采用冷水管布設(shè)的方式進(jìn)行溫度控制。根據(jù)本工程實(shí)際情況，決定布設(shè)C1～C4，共4層冷水管，φ0.05 m。

2.3 控制參數(shù)

在溫度監(jiān)測(cè)時(shí)，可選取相應(yīng)的控制參數(shù)，本工程采取了3個(gè)重要參數(shù)，即流速、降溫時(shí)間和初始水溫。

第一，流速。澆筑橋梁承臺(tái)大體積混凝土?xí)r，冷卻用水可采用現(xiàn)場(chǎng)用水泵抽水，利用增壓泵將水注入管道，并進(jìn)行增壓泵功率大小的調(diào)節(jié)，以便對(duì)水管內(nèi)的冷卻水流速進(jìn)行有效控制。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果可知，在最小增壓泵功率條件下，0.5 m/s為冷卻水流速。在最大增壓泵功率條件下，1.5 m/s為冷卻水流速。為了研究不同流速是否會(huì)影響混凝土降溫效果，本文采取了3種不同的流速進(jìn)行對(duì)比分析，即0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s，研究結(jié)論在下文可見(jiàn)。

第二，降溫時(shí)間。通過(guò)大量資料及研究表明，采用冷水管布設(shè)法降溫時(shí)，降溫周期通常為14d，但在混凝土體積不同，配合比設(shè)計(jì)不同等因素下，是否適合采用14d為一個(gè)降溫周期還有待商榷。本工程當(dāng)中，針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了探討，以期在保證降溫效果的基礎(chǔ)上，達(dá)到節(jié)約成本，縮短工期的目的。

第三，初始水溫。在冷卻水管直徑和流速相同的條件下，改變初始溫度，使不同初始溫度的水由管道流出，針對(duì)不同初始溫度條件下對(duì)比分析混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)的變化情況，從而得出冷卻水初始溫度對(duì)混凝土內(nèi)溫度場(chǎng)變化的影響程度?；谑┕r(shí)的季節(jié)情況，10℃～15℃為正常水溫范圍，為此，本文采用兩種不同初始溫度進(jìn)行分析，即10℃和15℃。

3 承臺(tái)大體積混凝土溫控措施

為了增加現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和說(shuō)服力，本文利用合理假設(shè)邊界條件，通過(guò)有限元軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，最終獲取準(zhǔn)確的溫控效果。

3.1 流速的確定

圖1、圖2為不同流速對(duì)承臺(tái)溫度場(chǎng)的影響理論和實(shí)測(cè)結(jié)果。

由此可見(jiàn)，對(duì)于承臺(tái)大體積混凝土溫度場(chǎng)的影響，冷卻水的流速不同，在不同階段其特征也有所差異。由上圖可知，以溫度峰值為基線(xiàn)進(jìn)行混凝土承臺(tái)溫度場(chǎng)變化階段劃分，可分為3個(gè)階段，溫度峰值產(chǎn)生前期為第一階段，即升溫階段。峰值到平緩前階段為第二階段，即降溫階段，第三階段為平穩(wěn)階段。

（1）第一階段時(shí)，理論結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的變化規(guī)律基本一致，在短時(shí)間內(nèi)溫度便可迅速上升，伴隨時(shí)間的不斷增加，溫度增長(zhǎng)速度逐漸緩慢，最終達(dá)到溫度峰值，在此階段一般會(huì)保持一段時(shí)間。隨后，降低冷卻水的流速，但對(duì)混凝土內(nèi)部降溫來(lái)講，并不會(huì)產(chǎn)生影響。為此，在本階段達(dá)到峰值后，減小流速可起到降低成本的目的。

（2）第二階段時(shí)，無(wú)論是理論結(jié)果還是實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)于混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)而言，不同流速均有很多影響，且存在顯著差異。當(dāng)冷卻水的流速提升時(shí)，混凝土內(nèi)部溫度的峰值呈下降態(tài)勢(shì)，差值最大可達(dá)到2.7℃，由此表明流速的增長(zhǎng)，對(duì)大體積混凝土內(nèi)部溫度最大值的控制極為關(guān)鍵。與此同時(shí)，在相同時(shí)間段內(nèi)，冷卻水的流速越大，混凝土內(nèi)部溫度則會(huì)隨之下降，表明伴隨流速的增大，混凝土溫度下降速率越快。當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度相同時(shí)，增加流速，有利于縮短降溫時(shí)間。簡(jiǎn)而言之，增加冷卻管流速，有助于降低大體積混凝土內(nèi)部溫度。

（3）第三階段時(shí)，當(dāng)時(shí)間進(jìn)入第8天以后，降溫速率放緩，且逐步進(jìn)入穩(wěn)定期。在此階段，同樣要增加流速，但流速大小基本不影響混凝土內(nèi)部降溫情況。

按照上述分析和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，應(yīng)在65℃以?xún)?nèi)控制混凝土內(nèi)部最高溫度。在采用冷卻水降溫方案時(shí)，在混凝土澆筑后的前期（1～2d），冷卻水流速可采用0.5 m/s，隨后由0.5 m/s增至1.5 m/s，在澆筑后中期（3～10d）采用1.5 m/s，

進(jìn)入平穩(wěn)階段后，可降低流速，采用0.5 m/s。

3.2 初始水溫的確定

在冷卻水管直徑和冷卻水流速相同條件下，本文采用兩種不同初始溫度進(jìn)行分析，即10℃和15℃。在時(shí)間15d內(nèi)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，所得結(jié)果如下表2所示。

由此可見(jiàn)，伴隨初始溫度的下降，混凝土內(nèi)部溫度冷卻速率下降很快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，冷卻效果越不同。采用降低初始溫度的方案，可以減少冷卻時(shí)間。

3.3 降溫時(shí)間的確定

當(dāng)前，以14d為冷卻水降溫周期。通過(guò)分析可知，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到峰值之后，不管是冷卻水流速變化，還是進(jìn)水口水溫變化等情況下，均會(huì)逐漸步入穩(wěn)定期，一般在混凝土澆筑8～10d后便可進(jìn)入平穩(wěn)階段。因此，在具體溫控施工當(dāng)中，需保證冷卻水降溫時(shí)間在10d以上，從而有效控制溫度應(yīng)力，減少混凝土開(kāi)裂問(wèn)題。

4 橋梁工程大體積混凝土施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前，應(yīng)做好施工階段交通管制工作，避免影響澆筑質(zhì)量。還要做好各項(xiàng)施工準(zhǔn)備，特別是模板、鋼筋等材料，待檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行工程施工。

4.2 混凝土澆筑

澆筑前，先將施工接縫面上的水泥砂漿薄膜及松動(dòng)的石子鑿除，隨后通過(guò)壓力水進(jìn)行清理，保證無(wú)積水，保持濕潤(rùn)。同時(shí)，檢查支架、模板、鋼筋、預(yù)埋件等施工情況，確保尺寸滿(mǎn)足規(guī)定要求。澆筑時(shí)，可將一層水泥砂漿先鋪筑到基面，厚度為15 mm，隨后進(jìn)行混凝土澆注。完成混凝土施工后，初凝前，需及時(shí)進(jìn)行混凝土表面抹壓收光，防止混凝土表面產(chǎn)生早期裂縫。

4.3 冷卻水循環(huán)降溫

按照上述溫控措施，通過(guò)冷卻水循環(huán)降溫，并做好溫度監(jiān)測(cè)，確保在合理范圍之內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大體積混凝土應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，可用于高層建筑基礎(chǔ)、超大超長(zhǎng)橋梁承臺(tái)、水工結(jié)構(gòu)物等。橋梁工程是跨越自然的“彩虹”，是連接兩路的重要紐帶。在橋梁工程建設(shè)不斷發(fā)展與壯大的同時(shí)，大體積混凝土運(yùn)用越來(lái)越多。然而，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，大體積混凝土因水化熱極易產(chǎn)生溫度裂縫，進(jìn)而危害橋梁結(jié)構(gòu)安全。為了避免混凝土溫度裂縫產(chǎn)生，必須做好溫控施工控制工作?；炷翜乜厥侵笣仓篌w積混凝土結(jié)構(gòu)物時(shí)，由于溫升或溫降速度過(guò)快，極易引發(fā)結(jié)構(gòu)物開(kāi)裂，導(dǎo)致交通安全事故發(fā)生。為了有效控制結(jié)構(gòu)物混凝土內(nèi)部溫度，所采取的一定溫控措施，比如通水冷卻溫控系統(tǒng)。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可以達(dá)到良好的溫控效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉傳志.平潭海峽公鐵兩用大橋墩承臺(tái)大體積混凝土溫控研究[J].中國(guó)高新科技，2019（08）：125-128.

[2]劉冬.橋梁工程中大體積混凝土施工技術(shù)及溫控措施的應(yīng)用分析[J].交通世界，2019（Z2）：134-135.

[3]伍達(dá)明，張運(yùn)福，唐紅香，等.高速公路橋梁大體積承臺(tái)施工工藝及溫控關(guān)鍵技術(shù)措施[J].施工技術(shù)，2017，46（S2）：820-825.