桥梁承台大体积混凝土施工温度的控制及监测

李　闯，　马　昕，　任　俊

(中国水利水电第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰　611830)

桥梁承台大体积混凝土施工温度的控制及监测

李闯，马昕，任俊

(中国水利水电第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰611830)

摘要：渝广高速公路项目黑水滩河特大桥承台大体积混凝土施工采取了不同的温控措施并进行了即时温度监测。对采取了一定措施下的混凝土温度的变化规律进行了监测研究，有效地指导了混凝土浇筑施工，可为其他类似工程提供借鉴。

关键词：承台；大体积混凝土；温控；监测；裂缝

1概述

裂缝是混凝土工程施工中常见的一个质量问题。导致裂缝的原因有很多，温度应力是其中的主要原因之一。在大体积混凝土工程中，混凝土浇筑后产生了大量的水化热，由于其体表比很小，同时，水化热释放比较集中，使得混凝土内部升温迅速，导致混凝土的内部与表面产生较大的温差，从而引起混凝土体积变化并产生了一定的拉应力。当拉应力大于混凝土的抗拉强度极限时混凝土开裂，在其表面产生裂缝，严重危害混凝土结构的抗渗性、耐久性、整体性等，对其结构的后期使用亦将产生安全隐患。对于黑水滩河特大桥这种重要结构物，温控防裂尤为重要。在黑水滩河特大桥承台大体积混凝土施工过程中，项目部采取了即时监测，对温控措施进行了指导和验证。

2工程概况与原材料

2.1工程概况

黑水滩河特大桥左幅起止桩号为K14+977.5～K16+469.5，全桥长1 492m，上部结构采用装配式T梁，下部桥墩采用双柱式墩及矩形空心墩、桩基础，桥台采用U型桥台。下部结构中矩形空心薄壁墩共17处，墩柱高度为36.72～61.69m。空心墩基础的单个承台尺寸为8.6m(宽)×9.1m(长)×3m(高)和7.9m(宽)×8.8m(长)×3m(高)两种规格，承台混凝土共计为3 710.39m3，混凝土一次性连续分层现浇，为大体积混凝土施工。

2.2原材料及配合比

黑水滩河特大桥承台混凝土采用C30混凝土，水泥采用富皇水泥厂生产的普通硅酸盐水泥，细集料、粗集料采用施家梁碎石厂生产的中砂和碎石，外加剂为聚羧酸高性能减水剂，外掺料为I级粉煤灰，配合比见表1。

3采取的温度控制措施

大体积混凝土的温度控制措施贯穿于混凝土浇筑前、浇筑中、浇筑后的各个阶段，每个阶段有不同的侧重点。为了控制承台施工的混凝土温度，从四个方面采取了温控措施。

3.1配合比优化设计

大体积混凝土配合比设计的关键在于减少水泥的总发热量，降低混凝土内部的最高温度，以避免混凝土在内外温差作用下出现温度应力裂缝。在本桥混凝土配合比设计中，主要考虑了以下四个方面：

(1)合理选择混凝土原材料，使用水化热低的普通硅酸盐水泥，优先选择具有缓凝和减水双重效用的外加剂。

(2)采用“双掺”技术，以粉煤灰取代部分水泥，减少大体积混凝土的单位水泥用量;

(3)在保证承台混凝土强度及和易性要求的前提下，尽可能采用低水灰比，降低单位用水量并适当提高矿物掺合料的掺量和骨料含量,从而降低单位体积混凝土的水泥量，减少混凝土干缩并降低水泥水化的总发热量；

(4)鉴于承台混凝土浇筑方量大、作业面积大、持续时间长，故新拌混凝土应具有较长的缓凝时间，坍落度经时损失值应小。

3.2降低混凝土的入仓温度

(1)砂、石骨料的降温。

对供应承台混凝土的拌和站场地采取硬化措施并做好排水，骨料仓用彩钢棚遮盖，避免阳光直晒到骨料上。

(2)运输过程中的降温措施。

混凝土在运输过程中，罐车全部包裹篷布并在罐车上安装喷水设施，以保证篷布随时保湿，避免阳光直晒混凝土罐车而造成混凝土内部温度増加，降低混凝土的入仓温度。

3.3埋设冷却管通水降温

冷却水管共布置了3层,采用外径为48mm、壁厚3.5mm的钢管，上下层间距80cm和100cm，相邻两层横纵交错布置，钢管接头采用丝扣连接并缠密封圈。

承台大体积混凝土浇筑时，冷却水管立即通水冷却。施工时控制入模温度，在混凝上浇筑时控制冷却水管的进水量及水流速度，确保冷却水进出口水的温差不大于6 ℃。混凝土浇筑结束要加强养生，确保混凝土质量(图1)。施工时应注意:

(1)冷却水管在埋设和混凝土浇筑过程中应防止其堵塞和漏水，使用完毕后灌浆封孔,出露部分应割除。

(2)浇筑时在承台内埋设温控元件，当内部水化热温度大于35 ℃时开始通水并连续通7d,水压根据天气和水化热情况适当调整，以保证将混凝土内外温差控制在25 ℃以内。

(3)承台混凝土浇筑时，注意对预埋水管的保护。

混凝土浇筑结束后，对混凝土内的温度进行检测，毎2h检测一次并进行详细记录，检查时间为每天的0时、2时、4时、6时、8时、10时、12时、14时、16时、18时、20时、22时。混凝土温度检测持续时间为15d。

3.4蓄水养生

混凝土浇筑完毕，立即在其上面作蓄水养护，蓄水深度为50cm，以推迟混凝土表面温度的迅速流失，控制混凝土表面温度与内部中心温度或外界气温的差异,防止混凝土表面开裂，蓄水时间一般不超过3d。

4温度监测方案

4.1监测原理

采用铂式温度传感器并配查测温仪对承台进行温度监测，其原理是利用热电效应的关系量测测体温度，其具有测量精度高、测点布设方便等特点，能够满足大体积混凝土温度测设要求。它是通过预埋固定在混凝土内的测温导线，该导线的一头伸出混凝土结构外侧，再通过配套的显示仪表读测数据；同时采用红外温度枪直接测试环境温度、混凝土入模温度、混凝土表面温度等。

4.2测点布置

为了全面了解承台混凝土温度场的变化情况，应根据承台构造的具体情况埋设测温点， 测温点的位置必须具有代表性。

由于本桥承台双轴对称，故将现场温度传感器布置在1/4承台范围内。根据观测需要，浇筑承台混凝土前，在承台中心至表面分三层埋设温度传感器，每层沿承台平面的纵向、横向对称轴由中心至边缘布置了多个测点(L形布置，见图2和图3)，共布置了约15支温度传感器。现场布置传感器时，为避免浇筑承台混凝土时振捣器震捣破坏传感器,将传感器布置在横向钢筋的下侧，传感器的施测导线沿横向、竖向钢筋引出体外。

4.3监测的实施

承台混凝土的测温时间及测温频度由混凝土水化热根据反应特性确定。混凝土初期升温较快，混凝土内部的温升主要集中在浇筑后的3 ～5d。—般在3d之内温升可达到或接近最高峰值。

根据本桥承台的实际情况和构造特点确定的测温项目和测温频度为：

(1)对搅拌车中倒出时的混凝土温度每3h测记一次；

(2)对施工现场大气环境温度每2h测记一次；

(3)混凝土浇筑完成后，立即测记混凝土浇筑成型的初温度；

(4)混凝土浇筑完成后的第1～3d每2h测记一次；

(5)混凝土浇筑完成后的第4～7d每4h测记一次；

(6)混凝土浇筑完成后的第8～15d，每8h测记一次；

(7)大体积混凝土施工温度的测记由监控组专人负责并做出测温成果(即做出温度变化曲线图)，及时做好信息的收集和反馈工作，遇有特殊情况(气温骤降或混凝土内外温差接近25 ℃时)及时采取紧急内降温与外保温等措施。

5温控资料分析

5.1绝热温升

混凝土绝热温升是指在与外界绝热的条件下，混凝土由于水泥水化反应所产生的总热M使得混凝土升高的温度。混凝土的绝热温升方程如下：

式中T(h)为混凝土的绝热温升(℃)；mc为每m3混凝土的水泥用量，取310kg/m3；Q为每kg水泥28 d水化热，取370 kj/kg；C为混凝土比热，取0.97[kJ/(kg·K)]；ρ为混凝土密度，取2 400(kg/m3)；е为常数，取2.718；t为混凝土的龄期(d)；m为系数，随浇筑温度改变，取 0.406。

各龄期的绝热温升见表3

考虑到混凝土的入模温度为25 ℃，则各龄期承台的绝对温度为T(3 d)=59.7 ℃，T(7 d)=71.4 ℃，T(12 d)=73.9 ℃，T(28 d)=74.3 ℃。

5.2测量数据

取黑水滩河特大桥右幅38号承台监测数据，分析了温度监测从混凝土浇筑完成开始，按监测方案实施，连续监测24 d，获得有效温度测量76次。从监测数据看，中间Ⅱ层测点的温度最高。遂将Ⅱ层测点温度的测量数据绘制成时间——温度曲线(图4)，供分析使用。

由测量数据可以看出：

(1)温度变化分为急剧的升温和缓慢的降温两个阶段，升温速率明显高于降温速率。

(2)升温阶段，在混凝土浇筑2 d后达到峰值，中心区域最高温度为53 ℃ ,相比绝热状态下的各龄期绝对温度，降温效果明显

(3)由于水化热的急剧释放，导致短时间内出现了中心与表面温度差略高于25 ℃的情况，持续时间约10 h，经及时加大冷却水流量,控制了温差的继续上升。混凝土表面与外部大气环境接触，温度波动较大；但中心区域基本不受外界气温影响。

(4)由于x-l和x-5测点均靠近混凝土表面，因此，在升温峰值过后能快速地与环境温度保持一致，相比中心测点，降温速率较快。

(5)冷却水管在连续通水的7 d内能有效地降低中心温度，7 d后温度稳定，中心温度与表面温差约为10 ℃，满足设计要求。

(6)14 d龄期后，由于环境温度升高，混凝土的表面及中心温度均有少许上升。

6结语

温度控制和温度监测是大体积混凝土施工过程中必须重视的技术问题，亦为保证混凝土工程质量的重要手段。笔者以大体积混凝土承台施工为依托，从四个方面论述了所采取的温度控制措施：以冷却水降低混凝土中心温度，控制中心与表温差为主要手段，再辅以温度实时监测，随时反馈混凝土的实际温度用以指导温控工作。从监测数据来看，温控措施取得了非常有效的作用，满足设计要求。混凝土浇筑完成后，测量其28 d龄期强度，达到了设计要求且外观质量很好，外表面平整光滑,没有出现裂缝，所采取的温控措施可供其他工程参考借鉴。

李闯(1983-)，男，陕西渭南人，工程师，从事道路桥梁施工技术与管理工作；

马昕(1987-)，女，四川都江堰人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

任俊(1985-)，男，安徽六安人，助理工程师，从事道路桥梁工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

收稿日期:2015-02-15

文章编号:1001-2184(2015)02-0064-04

文献标识码:B

中图分类号:TV52;TV544;TV522

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