大体积混凝土温控技术

【摘 要】文章以在建的惠水至罗甸第11合同段红水河特大桥工程实例，对大体积混凝土温度裂缝的产生机理进行分析，介绍大体积混凝土温度控制、计算和监控方法，并结合工程现场提出了有效的大体积混凝土温控技术，为以后大体积混凝土施工提供借鉴。

【关键词】大体积混凝土；裂缝；温控技术

1.工程概况

红水河特大桥桥长为956.0m的双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥，桥梁布置为2×20m预应力混凝土现浇箱梁+（213m+508m+185m），主塔塔高均为195.1m，5#、6#墩为主墩，采用24×38m矩形承台，厚度为6m，每个承台混凝土数量为5470m?，属大体积混凝土，对混凝土配比设计及温控技术要求高。根据现场混凝土实际供运能力和避免连续浇筑时间过长，拟分2层浇注，采取低水化热配比设计、冷却管、降低入模温度等温控措施，确保混凝土浇注质量。

2.大体积混凝土温度计算

2.1大体积混凝土温度控制的理论计算

在大体积混凝土工程施工中，由于水泥水化热引起混凝土内部温度和温度应力剧烈变化，从而导致混凝土发生裂缝。因此，控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土块体的内外温差及降温速度，是防止混凝土出现有害温度裂缝的关键。为防止大体积混凝土施工阶段所产生温度裂缝，在大体积混凝土施工前，应先计算混凝土水泥水化热绝热升温值、各龄期收缩变形、收缩当量温差和弹性模量，然后通过计算，估计可能产生的最大温度收缩应力，如不超过混凝土的抗拉强度，则表示所采取的防裂措施有效控制裂缝的出现，否则，需要重新调整控制措施，直至计算应力在允许范围内。但该方法施工中无法直观量测，为此，在施工中通过控制承台内外混凝土温差来防止温度裂缝的产生。在施工中承台内部最高温度不大于75℃，内表温差不大于25℃， 冷却管进出水温差控制在10℃以内。為确保温度控制在预定范围内，目前最有效的办法是通过预埋冷却管通水冷却以带走水泥水化反应产生的热量，从而达到降温的目的。

2.2混凝土水化热温升值计算

实际上大体积混凝土并非完全处于绝热状态，而是处于绝热状态，而是处于散热条件下，上下表面一维散热，温升值比按绝热状态计算要小；而不同的浇筑块厚度，与混凝土的绝热升温亦有密切关系，混凝土块厚度愈小，散热愈快，水化热温升值低，反之混凝土块厚度愈大，散热亦愈慢，当混凝土块厚度在5m以上，混凝土实际温升已接近于绝热温升。混凝土内部实际最高温升值可以按以下公式计算。

计算混凝土内最大温升

混凝土的绝对升温：Tmax=（MC×Q）/（C×ρ）

不同龄期的混凝土绝对升温计算公式：T（t）=Tmax（1-e-mt）

式中：Tmax—混凝土最终升温值（℃）；

T（t）—在t龄期时砼的绝对升温（℃）；

MC—每立方米水泥用量，查配合比取400Kg；

Q—每Kg水泥水化热量（KJ/Kg），查表得：377KJ/kg；

C—混凝土的比热，按0.96[（KJ/Kg×K）]计算；

ρ—混凝土的密度，取2400Kg/m3；

e—常数，为2.718；

t—龄期（天）；

m—混凝土水化时的温升系数，按浇注温度25oC取；

砼内部温度计算，当t=3时，其内部温度最大：

Tmax=Tj+T（3）? =60.4℃

3.现场温控措施

3.1 控制混凝土入模温度

通过理论计算分析得知，混凝土浇筑入模温度与混凝土的内部实际温升值有着密切的关系。混凝土的入模温度又与混凝土原材料温度有关，施工时间为11月份，环境温度不高，故对砂、石、拌和水不需要降低其温度，只需要控制水泥温度即可。水泥采用散装水泥，提前与厂家协商，要求厂家储备400t，现场采用两个拌和场每个储备200t，要求水泥温度控制在30℃以下。

3.2 改善混凝土配合比

混凝土的导热性能较差，水泥水化热的积聚使混凝土出现早期温升和后期降温现象。合理选择混凝土原材料、优化混凝土配合比能够控制水泥水化热引起的温升，使混凝土具有较大的抗裂能力。

（1）水泥品种的选择：混凝土升温的主要热源是水泥在水化反应中产生的水化热。因此选择中热和低热水泥品种是控制混凝土温升的最根本方法；也可选用普通硅酸盐水泥。

（2）骨料的选择：首先应选择自然连续级配的粗骨料配。

（3）掺加外加料：一是掺用混合材料（混合材料包括矿渣、粉煤灰、烧粘土等）——一般采用粉煤灰较多—— 可保持混凝土拌和物的流动性不变。减少单位用水量。提高混凝土的密实度。降低混凝土的水化热。二是掺用外加剂——大体积混凝土中主要掺加的是减水剂。它有减水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，减少用水量。降低混凝土的绝热温升。

（4）控制水泥用量：试验资料表明：每增减水泥用量10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升降l℃左右 。一方面在满足混凝土强度和流动性的条件下尽量减少水泥用量；另一方面充分利用混凝土的后期强度。根据混凝土结构实际承载情况对结构的强度和刚度进行复核。采用或替代的设计强度。这样可使水泥用量减少40kg-70kg。混凝土温升相应减低4℃-14℃ 。因此，提出混凝土配合比设计参数达到：

粉煤灰用量大于20%，允许情况下，可提高到30%；

水泥用量尽可能降低到300kg/m?左右。

4.温控数据及分析结论

当承台浇筑混凝土数量后开始进行温度监控，在混凝土水化热升温较快的前面几天每间隔2小时采集一次数据，在混凝土核心温度达到峰值后每间隔4个小时采集一次，混凝土温度开始均匀下降后每间隔12小时采集一次。

下面列出各主要测点的温度变化以及大气温度变化趋势图：

外侧测点温度曲线 核心位置测点温度曲线

从各监测点的温度变化趋势图中可看出：在某些测点的曲线上，混凝土内部温度的变化在一定时间段内变化不规则，这是由于时刻在关注混凝土温度的同时，调节水流量和回流控制水温。

5.结论

由温度记录分析结果可以看出，本桥承台大体积混凝土期间，混凝土的温度就开始上升，在浇筑完成2-3天达到峰值，而后开始下降，这个与理论分析相符合。由于采取了冷却水管冷却措施，混凝土内部最高温度并没有达到理论峰值。说明冷却水管在其中发挥重要作用。由于有冷却水管的存在，使得混凝土在温度升至65.6℃后就开始下降，并且混凝土的内外温差始终不超过25℃。这说明现场组织严密，计算合理，措施得当，承台没有出现任何有害温度裂缝，温控效果显著。以上有效的控制措施，确保了大体积混凝土的工程质量。

参考文献：

[1] 砼结构工程施工及验收规范[S].GB50204-2002

[2] 周水兴，何兆益，邹毅松等，路桥施工计算手册[M].人民交通出版社，2006

[3] 朱白芳，大体积混凝土温度应力与温度控制[M].中国电力出版社.1999.

作者简介 玉达变 （1982-）广西南宁人，本科， 从事桥梁施工工作。