桥梁工程大体积混凝土温控技术研究

俞向军

摘 要：温度裂缝是新浇筑大体积混凝土产生破坏的主要形式，合理、有效地控制温度裂缝的产生，可保证大体积混凝土结构安全。为此，本文依托某桥梁承台大体积混凝土工程，结合承台温控方案设计资料，提出了承台温控措施，希望能够避免混凝土出现温度裂缝，提高桥梁工程整体施工质量。

关键词：桥梁工程;大体积混凝土;温控措施

中图分类号：U445.57 文献标识码：A

0 引言

改革开放40多年来，随着社会经济的迅速发展，我国公路建设规模持续扩大，道路等级不断提升。桥梁是公路建设的重点工程，为满足桥梁承载力、刚度及稳定性等各种功能的需求，大体积混凝土在桥梁工程建设当中得到了广泛应用。桥梁大体积混凝土浇筑后，极易产生水化反应并产生大量热量，基于混凝土属于热的不良导体，热量散发难度很大，若温控方法不合理，极易出现较大内外温差，从而形成裂缝，对桥梁结构的使用寿命造成不利影响。为此，做好桥梁大体积混凝土温控技术研究意义重大。

1 工程概况

某桥梁工程主桥上部为预应力混凝土连续钢构梁桥，为2×（62.3+4×115+62.3）m。桥梁具体情况如表1所示。由于单个主墩承台混凝土量较大，为大体积混凝土结构，在浇筑施工中应采取一定措施合理控制混凝土温度，从而确保承台施工质量。

2 桥梁主墩承台温控设计资料分析

2.1 配合比设计

水化热是大体积混凝土热量的主要来源，为满足大桥承载力和强度要求，必须解决混凝土水化热问题。基于此，本文决定采用低热高质的水泥材料，即C35混凝土强度等级的42.5普通硅酸盐水泥，配合比设计为水泥：粉煤灰：砂：5 mm～31.5 mm碎石：水：減水剂=225.7：138.4：750.3：1 173.6：142：3.459。

2.2 冷水管布设

为了有效减小桥梁主墩承台混凝土的内部温度，本工程决定采用冷水管布设的方式进行温度控制。根据本工程实际情况，决定布设C1～C4，共4层冷水管，φ0.05 m。

2.3 控制参数

在温度监测时，可选取相应的控制参数，本工程采取了3个重要参数，即流速、降温时间和初始水温。

第一，流速。浇筑桥梁承台大体积混凝土时，冷却用水可采用现场用水泵抽水，利用增压泵将水注入管道，并进行增压泵功率大小的调节，以便对水管内的冷却水流速进行有效控制。经试验测定结果可知，在最小增压泵功率条件下，0.5 m/s为冷却水流速。在最大增压泵功率条件下，1.5 m/s为冷却水流速。为了研究不同流速是否会影响混凝土降温效果，本文采取了3种不同的流速进行对比分析，即0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s，研究结论在下文可见。

第二，降温时间。通过大量资料及研究表明，采用冷水管布设法降温时，降温周期通常为14d，但在混凝土体积不同，配合比设计不同等因素下，是否适合采用14d为一个降温周期还有待商榷。本工程当中，针对这一问题进行了探讨，以期在保证降温效果的基础上，达到节约成本，缩短工期的目的。

第三，初始水温。在冷却水管直径和流速相同的条件下，改变初始温度，使不同初始温度的水由管道流出，针对不同初始温度条件下对比分析混凝土内部温度场的变化情况，从而得出冷却水初始温度对混凝土内温度场变化的影响程度。基于施工时的季节情况，10℃～15℃为正常水温范围，为此，本文采用两种不同初始温度进行分析，即10℃和15℃。

3 承台大体积混凝土温控措施

为了增加现场温度监测数据的真实性和说服力，本文利用合理假设边界条件，通过有限元软件进行了数值模拟计算，并与实测值进行对比分析，最终获取准确的温控效果。

3.1 流速的确定

图1、图2为不同流速对承台温度场的影响理论和实测结果。

由此可见，对于承台大体积混凝土温度场的影响，冷却水的流速不同，在不同阶段其特征也有所差异。由上图可知，以温度峰值为基线进行混凝土承台温度场变化阶段划分，可分为3个阶段，温度峰值产生前期为第一阶段，即升温阶段。峰值到平缓前阶段为第二阶段，即降温阶段，第三阶段为平稳阶段。

（1）第一阶段时，理论结果和实测结果的变化规律基本一致，在短时间内温度便可迅速上升，伴随时间的不断增加，温度增长速度逐渐缓慢，最终达到温度峰值，在此阶段一般会保持一段时间。随后，降低冷却水的流速，但对混凝土内部降温来讲，并不会产生影响。为此，在本阶段达到峰值后，减小流速可起到降低成本的目的。

（2）第二阶段时，无论是理论结果还是实测结果，对于混凝土内部温度场而言，不同流速均有很多影响，且存在显著差异。当冷却水的流速提升时，混凝土内部温度的峰值呈下降态势，差值最大可达到2.7℃，由此表明流速的增长，对大体积混凝土内部温度最大值的控制极为关键。与此同时，在相同时间段内，冷却水的流速越大，混凝土内部温度则会随之下降，表明伴随流速的增大，混凝土温度下降速率越快。当混凝土内部温度相同时，增加流速，有利于缩短降温时间。简而言之，增加冷却管流速，有助于降低大体积混凝土内部温度。

（3）第三阶段时，当时间进入第8天以后，降温速率放缓，且逐步进入稳定期。在此阶段，同样要增加流速，但流速大小基本不影响混凝土内部降温情况。

按照上述分析和试验检测结果，应在65℃以内控制混凝土内部最高温度。在采用冷却水降温方案时，在混凝土浇筑后的前期（1～2d），冷却水流速可采用0.5 m/s，随后由0.5 m/s增至1.5 m/s，在浇筑后中期（3～10d）采用1.5 m/s，

进入平稳阶段后，可降低流速，采用0.5 m/s。

3.2 初始水温的确定

在冷却水管直径和冷却水流速相同条件下，本文采用两种不同初始温度进行分析，即10℃和15℃。在时间15d内进行观测，所得结果如下表2所示。

由此可见，伴随初始温度的下降，混凝土内部温度冷却速率下降很快，随着时间的延长，冷却效果越不同。采用降低初始温度的方案，可以减少冷却时间。

3.3 降温时间的确定

当前，以14d为冷却水降温周期。通过分析可知，当混凝土内部温度达到峰值之后，不管是冷却水流速变化，还是进水口水温变化等情况下，均会逐渐步入稳定期，一般在混凝土浇筑8～10d后便可进入平稳阶段。因此，在具体温控施工当中，需保证冷却水降温时间在10d以上，从而有效控制温度应力，减少混凝土开裂问题。

4 桥梁工程大体积混凝土施工工艺

4.1 施工准备

施工前，应做好施工阶段交通管制工作，避免影响浇筑质量。还要做好各项施工准备，特别是模板、钢筋等材料，待检验合格后，方可进行工程施工。

4.2 混凝土浇筑

浇筑前，先将施工接缝面上的水泥砂浆薄膜及松动的石子凿除，随后通过压力水进行清理，保证无积水，保持湿润。同时，检查支架、模板、钢筋、预埋件等施工情况，确保尺寸满足规定要求。浇筑时，可将一层水泥砂浆先铺筑到基面，厚度为15 mm，随后进行混凝土浇注。完成混凝土施工后，初凝前，需及时进行混凝土表面抹压收光，防止混凝土表面产生早期裂缝。

4.3 冷却水循环降温

按照上述温控措施，通过冷却水循环降温，并做好温度监测，确保在合理范围之内。

5 結束语

综上所述，随着我国工程建设规模的不断扩大，大体积混凝土应用范围越来越广，可用于高层建筑基础、超大超长桥梁承台、水工结构物等。桥梁工程是跨越自然的“彩虹”，是连接两路的重要纽带。在桥梁工程建设不断发展与壮大的同时，大体积混凝土运用越来越多。然而，在实践中发现，大体积混凝土因水化热极易产生温度裂缝，进而危害桥梁结构安全。为了避免混凝土温度裂缝产生，必须做好温控施工控制工作。混凝土温控是指浇筑大体积混凝土结构物时，由于温升或温降速度过快，极易引发结构物开裂，导致交通安全事故发生。为了有效控制结构物混凝土内部温度，所采取的一定温控措施，比如通水冷却温控系统。通过该项技术的应用，可以达到良好的温控效果。

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