高寒地区大体积混凝土冬季施工

单会芳

【摘 要】结合哈齐客运专线某特大桥承台大体积混凝土冬季施工温度控制的具体工程实例，研究了在内部水化热及外部边界条件共同作用下，大型桥梁工程中承台大体积混凝土冬季施工的温度特点，总结了冬季施工过程中温度控制的特点和方法，通过选择合适的原材料、优化混凝土配合比设计，铺设冷水管，对混凝土采取外部保温措施成功地进行了C30大体积混凝土的浇筑。

【关键词】大体积混凝土 温度 冬季施工 保温

0 引言

哈齐客运专线某特大桥主承台尺寸为22.6 m×14.6 m×3 m，设计标号C30， 属于大体积混凝土。因其结构尺寸比较大， 混凝土用量大，水泥水化热使结构产生温度和收缩变形， 加之施工时处于冬季， 混凝土内外温差会增大， 因此必须采取相应措施解决水化热及随之产生的体积变形问题， 最大限度地减少混凝土结构的开裂。

依据《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》的规定，当结构所处环境昼夜平均温度连续3d低于5℃或最低气温低于-3℃时，应采取冬季施工措施。该大桥所处地域冬季严寒干燥漫长，最冷月平均气温均低于-15℃，属严寒地区。最大积雪厚度13～24cm，最大季节冻土深度189～272cm。我部冬季施工时间初定为2009年10月下旬，混凝土养护期间，混凝土内部最高温度不宜超过65℃，混凝土内部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于15℃，养护用水温度与混凝土表面温度之差不大于15℃。

1 温度控制工作的主要内容

1.1 温度控制的必要性

大体积混凝土结构整体浇筑过程中，由于混凝土自身导热性能较差，水泥水化热释放的热量积聚在结构内部不能及时向外传递，而表面混凝土的热量散失又快，从而产生较大的内外温差。混凝土升温过程中在混凝土表面容易产生表面温度裂缝，在温度降低过程中因为混凝土收缩又容易产生贯穿性的收缩裂缝。因此，大体积混凝土施工及其养护过程中，必须进行有效的温度控制。

1.2 温控工作的主要措施

本桥承台基本都属于大体积混凝土，为防止承台混凝土出现温度裂缝，通过采用降低水泥水化热、降低混凝土入模温度、通水散热、混凝土养护、严格控制拆模时间等措施做好混凝土温度控制工作，确保混凝土内外温差控制在15 ℃以内，降低混凝土内部温度的升降速率。

（1）混凝土配合比设计

为降低水化热，同时满足混凝土防腐、耐久性、泵送的设计要求，掺加一定量的矿物质超细粉，取代等量水泥；掺入一定量缓凝减水剂，从而降低水灰比，改善混凝土的和易性，同时推迟混凝土温度峰值出现的时间。使用的防冻外加剂必须经过试验室检验并通过试配验证，质量和性能均能满足规范要求。

（2）合理的布置散热系统

大体积混凝土承台，由于结构截面大，混凝土所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，通过安装冷却水管及时将水泥水化热散发出去，从而控制承台混凝土内部与表面温差，保证混凝土不因温差效应开裂。

冷却循环水管采用φ40mm耐腐蚀的镀锌钢管，上下层冷却水管间距及同层冷却水管间距均采用1.0～1.5 m。当循环水管表面混凝土浇筑并振捣完毕，即可通水降温，通过阀门调节流水速率。温度传感器预先埋设在测点位置上，监测承台内部、大气温度、冷却水管进、出水温度设置。当发现混凝土浇筑温度、内外温差或降温速率出现异常时，及时处理。

（3）浇筑混凝土

混凝土浇筑采用拌合站集中拌制混凝土，混凝土搅拌车运送，分层浇筑，插入式振捣棒振捣密实。为保证冬季施工期间混凝土出机温度高于10℃，项目拌和站制定了一套混凝土温度管理办法。主要原理是将温度感应原件埋入各种原材料的储存仓内，将采集的各种原材料温度输入电脑，计算出拌和后混凝土的出机温度，只有当理论出机温度高于10℃方可进行混凝土的搅拌，若计算出的温度低于10℃则采取热水搅拌，骨料加温等手段提高原材料温度，以满足温度要求。

因承台面积较大，施工中进行分区浇筑，每区按一定的厚度、顺序和方向分层浇筑，分区交界处要注意振捣，防止漏振。浇注过程中要严格控制承台边部浮浆，谨防浮浆过多致使混凝土表面产生收缩裂缝。

（4）养护措施

在承台的浇筑与养护过程中，承台侧面采用炉火加热的方式保温。在承台四周每隔5米放置一个蜂窝煤炉，在炉火上放一盆水，利用炉火保温，同时可利用散发的水蒸气保湿，承台保温布置如图1所示。

严格控制拆模时间，根据测量的混凝土内部温度与外界气温的差值来决定拆模时间，当外界气溫与混凝土内部温差小于15℃时方可拆模。混凝土内部、表面与环境温度梯度差满足拆模要求后，同时考虑冬季施工混凝土达到设计强度的40%后，方可拆除模板。模板拆除后，应立即对混凝土进行覆盖，防止混凝土表面水分蒸发产生干缩裂缝。

2 温度监控

2.1 测点布置

在承台混凝土内埋设测温点，具体布置如图2，图3所示。每个测温点设置三根测温管（或测温芯片）间距10cm，其长度分别为0.5m、1.5m 和2.5m，便于测定不同位置不同深度混凝土的温度值。保温大棚内设置2个温度计，分别设置在顶部和底部，便于测定暖棚内气温；暖棚外设置1 个温度计，用于测量大气温度。

2.2 测温频率及结果分析

混凝土浇筑结束5d内，每4h测量1次温度；5～10d内，每6h测量一次；10d后，每12h测量一次。每次测温都要严格按要求进行记录，直至拆模后混凝土内部温度与环境温度温差小于15℃。以混凝土浇筑养护10d 的数据为例，对比混凝土不同深度的温度变化，如表1和图4所示。

28#墩承台施工及温度监测期间，实测月平均气温为1.8℃，最低气温为-5.4℃。温控过程中按“内散外蓄”的思路，对承台表面及侧面采取了严格的保温蓄热措施，延缓表面混凝土的热量散失速度，以减小内外温差。温控过程中，实测内外最大温差14.7℃，没有超出 15.0℃的温差限值要求。根据温度监测数据，及时调节冷却水循环系统，把降温速率严格控制在1.0℃/d 以内。承台内部混凝土的实测降温速率在 0.5℃～0.8℃/d 范围之内。温控工作结束后，经过仔细检查，承台也未产生温度裂缝，达到温度控制预期的效果。

3 结论

通过本次承台温度控制的工程实践，总结出大体积混凝土冬季施工的温度控制要点（1）大体积混凝土冬季施工应兼顾防冻和防裂两方面的要求。在满足防冻要求的前提下，应尽可能的降低混凝土浇筑温度，减小内外温差。（2）冬季气温较低低，混凝土表面要采取保温蓄热措施，尽量延缓表面混凝土的降温速率，减小内外温差，同时要注意保湿.（3）冬季施工的大体积混凝土冷却水系统应设置冷却循环水池，以便于控制冷却水与混凝土之间的温差，更好地调节降温速率。（4）建立合理的温度监测系统，及时准确地掌握大体积混凝土内部的温度变化趋势，指导施工，有效防止温度裂缝的产生。

综上所述，施工大体积混凝土关键技术在于控制混凝土温度升降速率。冬季施工时应注意外部环境温度对混凝土浇筑和养护的影响，应采取相应措施确保混凝土表面和内部温度处于可控状态，防止混凝土由于内外温差大而产生温度裂缝。

参考文献：

[ 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] 杨嗣文. 高层建筑施工手册[M] . 北京： 中国建筑工业出版社， 1992.

[ 3] 王铁梦. 工程结构裂缝控制[M] . 北京： 中国建筑工业出版社， 1997.

[ 4] 叶琳昌， 沈义. 大体积混凝土施工[ M] . 北京： 中国建筑工业出版社， 1987.