大体积混凝土温度控制技术研究

李润成

(山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

大体积混凝土在桥梁墩台工程中应用广泛。其施工的特点在于:施工周期长，可能经历一年中最高温和最低温季节;结构尺寸长，浇筑方量大;泵送混凝土施工，胶材用量高，水化热温升大，易产生温度裂缝［1，2］。对大体积混凝土而言，造成混凝土开裂最主要的原因是由干缩和温度应力引起的［3］。由于水泥和水之间发生复杂的化学物理变化，新的生成物导致了混凝土的凝结和硬化。在大体积的混凝土浇筑施工后，水泥在水的激发下水化放热，将逐渐经历诱导期、升温期、降温期以及稳定期这四个阶段，在此过程中混凝土的体积也随着构筑物温度的升降而产生一定的膨胀或收缩变形，当周围条件的约束限制各块混凝土体积的自由胀缩变化时，就在结构内部会产生一定程度的温度应力［3，4］。为此，本文根据混凝土的物理和热学性能常规试验，计算了大体积混凝土结构内部的温度分布状态，并根据分析结果提出了相应的温控标准和温控措施，以防出现有害温度裂缝。

1 工程概况

本文以结构尺寸为15 m×30 m×17.5 m的大体积混凝土为例，该结构分9层浇筑。施工中采用C40混凝土分层进行浇筑，每层一次浇筑，两层之间浇筑间隔时间为7 d。

1.1 分层及冷却水管布置

本文主要以锚碇中单个锚块单个锚体锚块结构尺寸为15 m×30 m×17.5 m，采用C40混凝土，分9层浇筑，每层一次浇筑。

将冷却水管分为1层或2层布设在每层混凝土内部。其中冷却水管直径为40 mm的薄壁钢管，同一层冷却水管的水平间距为1 m，这些冷却水管与混凝土结构的侧面距离应该大于1.0 m。为保证降温效果，每根冷却水管的长度最好不要超过200 m。同时，冷却水管的进、出水口位置应该集中布置、统一管理，并标识清楚。水管由离心泵供水。冷却水管的平面、立面布置图见图1。

图1 水管平面及立面布置图（单位：m）

混凝土浇筑预计历时2个月，从4月份～6月份，浇筑温度应该按25℃计算。

在计算过程中，按顶面蓄水0.15 m深的情况考虑，经热工计算可以得到结构侧面的保温系数为840 kJ/(m2·d·℃)，顶面的保温系数为1 200 kJ/(m2·d·℃)。

在进行热工计算时，考虑冷却水管的降温效果。单个锚块混凝土中共布设17层φ40 mm的黑铁管，冷却水管水平间距为1.0 m，锚块连接处共布设17层黑铁管。这些冷却水管的水平间距为1.0 m。经估算，对于锚块强度等级为C40的混凝土而言，绝热温升37.9℃。

在施工过程中，应严格控制混凝土的浇筑温度、间歇期以及结构的内表温差，采取有效的温度控制措施，以避免锚块混凝土产生温度裂缝。

1.2 冷却水管埋设及测点布置

1)当混凝土浇筑到各层冷却水管的标高之后，开始通水，通水持续时间为10 d～15 d，具体需要多久时间应根据实测的温度数据来确定。而通水流量应不小于25 L/min;2)当混凝土采用分层浇筑时，在上层混凝土浇筑施工结束后，结构物底层混凝土的顶面处的冷却水管应立即进行通水，以降低混凝土的温度回升幅度;3)对进出水温度应进行严格控制。在保证冷却水管的进水温度和混凝土结构内部的最高温度之差不高于25℃的条件下，冷却水应当尽量采用适宜的温水或者循环水;4)冷却水管停止使用后，应采用C35水泥砂浆进行封闭灌浆。

冷却水管埋设及测点布置图如图2所示。

图2 测点平面及立面布置图（单位：m）

2 混凝土的温度控制标准及措施

2.1 混凝土的温度控制标准

1)结构物的最大内外温差不得大于25℃;2)在养护时，表面的养护水流和混凝土结构物的表面温度差值应该控制在15℃以内;3)在温度峰值过后，应采取保温措施使结构物混凝土的最大降温速率控制在2.0℃/d以内。

2.2 现场的温控措施

本文结合现场工程经验，提出了如下措施。

2.2.1 混凝土原材料选择及配合比设计

1)配合比设计及试配宜采用60 d强度;2)避免使用早强型水泥与高C3A含量水泥，而应选用水化热及碱性量比较低的水泥品种;3)尽量降低单方混凝土中的胶结料及硅酸盐水泥用量，但其前提是应满足混凝土强度要求;4)减水剂的选用应是性能优良、高效的，同时尽量减少拌和的用水量。

2.2.2 混凝土浇筑温度的控制

降低混凝土的浇筑温度是控制混凝土开裂破坏的重要途径。混凝土的入模温度最好能控制在25℃之内，不应当高于28℃，应视气温不同而进行调整。通常可采取的温控措施有如下几种: 1)水泥在使用前应当采取散放等措施充分冷却降温，务必保证其在施工期间的实测温度不得高于50℃。2)为保证混凝土在入模前模板温度、钢筋温度和附近局部的空气温度不得高于40℃，应合理进行施工组织设计，特别是在炎热天气时，大体积混凝土应在夜间浇筑比较合适。3)为降低浇筑温度，可采用冷却系统对拌和所用的自来水进行冷却，或者通过加入冰块降低温度。4)在高温天气下需要加快运输效率，提高入仓速度，尽量减少混凝土的冷量损失。5)将砂石料的堆存高度增加到6 m～8 m以上，并采取适当的覆盖遮阳措施，使用时应尽量从靠近地表或者地表以下(料堆底层)取料。6)用草袋为混凝土泵管遮阳，并及时洒水降温。7)采用遮阳隔热方法给运输车降温。

2.3 大体积混凝土温度以及内表温差控制措施

对于大体积混凝土来说，在降温阶段气温较低时，或者突然遭遇大风降温、混凝土的内表温差高于20℃，这样的情况就必须对大体积混凝土结构加强保温养护措施。

夏天应控制混凝土浇筑温度不超过25℃。同时，由于水泥水化热引起的温升效应，需要采取有效的降温措施来尽可能地降低混凝土结构内部温度，使混凝土的内外温差控制到不大于25℃。

层与层之间的混凝土浇筑间隔时间控制按前次浇筑混凝土核心温度与其表面温度差应小于20℃，同时已浇筑混凝土的强度应大于其设计强度的50%。

冬季控制浇筑温度不低于10℃，可通过加热拌合水达到要求。

对于暴露于大气中的新浇混凝土结构的表面，应当及时进行水膜养护。混凝土上表面尽可能采用蓄水养护，立面混凝土拆模宜使用自动喷水系统不间断喷水，人工洒水易造成混凝土表面干湿循环，产生干缩裂缝。

2.4 养护措施

混凝土养护工作一般包括湿度和温度两个方面。施工养护过程中的温度和湿度养护质量，在很大程度上能影响到混凝土结构表层的抗裂性和耐久性能。通常可采用如下措施:1)在混凝土结构浇筑完毕的12 h～18 h左右，应及时开展养护工作;对于炎热干燥的天气情况，还应当提前进行养护。一般而言，掺粉煤灰的混凝土养护时间不得少于21 d，而普通混凝土的养护时间不得少于14 d;2)可以采用覆盖湿麻袋或湿土工布养护，并配合经常洒水，使混凝土的表面处于湿润状态;3)夏季气温高时采用表面流水方法冷却混凝土，在混凝土终凝并凿毛后即开始流水，在混凝土表面形成流动的水层，水层厚2 mm～8 mm，水流速度不大于0.8 m/s。

在施工过程中，应严格遵照JTJ 04189公路桥涵施工技术规范要求的结构厚度、工艺顺序和方向操作。大体积混凝土结构物的温度、应力状态受外界温度、湿度、现场施工条件、原材料品质等因素的影响，其发展过程是一个相当复杂的问题。下面通过实测数据了解混凝土的温度变化情况。

3 实际测量结果分析

每层浇筑间隔时间为7 d，大体积混凝土浇筑时，选择有代表性的第1层、第3层、第5层、第7层、第9层温度实测值，列入图3～图7。

从以上实测温度曲线可知，温度在第2 d，3 d达到高温之后缓慢下降。随着层数的增加，下面已浇筑的混凝土达到一个稳定值时变化十分缓慢，几乎不变，而上部新浇筑的混凝土最高温度均比下面已浇筑的混凝土的最高温度要高，所以，在施工开始直至施工结束时，要确保每一层的水管都能顺利通水且有足够的接入水管，根据实测温度做出相应措施，保证温差控制在25℃内。

图3 第1层温度曲线及内外温差曲线

图4 第3层温度曲线及内外温差曲线

图5 第5层温度曲线及内外温差曲线

同时，通过采取相应的温度控制措施，各层内外温差均控制在25℃内，这说明以上温度控制是可行的。从第3层温度变化线看出，3—外—木曲线(外模采用木模)与3—外—钢(外模采用钢模)温度差2℃～3℃，外界温度降低时木模外表皮温度比钢模温度高，外界温度高时钢模的外表皮温度比木模高，因此可以根据施工时节不同选用木模和钢模。

图6 第7层温度曲线及内外温差曲线

图7 第9层温度曲线及内外温差曲线

4 结语

1)对于大体积混凝土，当浇筑8 h左右时，温度一般在30℃左右，可以试通水，测一下水温。通水时尽量不要停止，这样温度达到峰值温度会比间断通水时达到的峰值低，且要根据测得表皮温度与内部温度，保证内外温差不超过25℃时，对现场温度采取相应的控制措施。

2)随着层数的增加，下面已浇筑的混凝土会对上部新浇筑的混凝土有一定的影响，下面已浇筑的混凝土达到一个稳定值时变化十分缓慢，几乎不变，而上部新浇筑的混凝土最高温度均比下面已浇筑的混凝土的最高温度要高，所以，在施工开始直至施工结束时，要确保每一层的水管都能顺利通水且有足够的接入水管，根据实测温度采取相应措施，保证温差控制在25℃内。

3)由于钢模受外界温度影响较大，即降温快升温也快，而木模受外界温度影响较小但变形较大，因此，在选择外模时可以根据需要选取。

［1］ 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制［M］.北京：中国电力出版社，1999.

［2］ 冯乃谦.混凝土结构的裂缝与对策［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［3］ 蒋家茂，许 若.大体积水泥混凝土结构浇筑施工温度裂缝防控初探［J］.公路交通技术，2006(3)：94-95.

［4］ 刘家彬，郭正兴，等.润扬长江大桥南锚碇超大体积混凝土 温控技术［J］.建筑技术，2003(1)：41-43.