某连续刚构桥承台大体积混凝土温度监控测试与研究

孙 涛, 向桂锋, 张 涛, 王 超

(1．中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 610036；2.河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000；3.河南省交院工程检测科技有限公司，河南 郑州 450000)

0 引 言

混凝土浇注后一般会有温升，它主要由浇筑温度、水泥水化热引起的绝热温升和混凝土浇筑后的散热温度三方决定。由于混凝土厚度不同，材料不均匀及表面散热，温度场将不再均匀，从而引起温度应力场。温度应力的大小与温差成正比，温差越大，温度应力越大。当这种温度应力超过混凝土内外约束力时，就会产生裂缝。为防止温度应力引起穿透性裂缝的发生，规范要求将混凝土的内外温差控制在25°C以内。在混凝土材料使用的过程中，需要给予技术选择足够的重视，选择合理的混凝土施工技术，并在现有技术的基础上进行更加深入的研究，避免因为技术上的漏洞导致大体积混凝土施工过程中存在安全隐患和质量问题[1]。而监测构件内外温度、控制温差和降温速度，是减少或避免大体积混凝土构件出现裂缝甚至开裂的有效方法。

1 工程概况

某连续刚构桥位于四川省宁南县，采用(76+135+76)m连续刚构设计，如图1所示。箱梁为预应力混凝土连续箱梁，矩形薄壁空心墩。2#墩承台长、宽、高分别为13.2 m、13.2 m、5 m。

图1 主桥平面布置图

2 控制指标

水泥水化反应的影响，极易释放很多的热量，加之混凝土材料具有高热组特性，所以浇筑作业完成前的3天内仅能散发50%，剩下的50%热量存在混凝土内部，使得混凝土的温度快速上升，表面的温度很低。此状态下混凝土中心因为高温膨胀以及自身约束为受压状态；混凝土表面因为温度低的影响处于受拉状态，当混凝土表面的拉应力超过抗拉强度后，混凝土结构的表面会产生裂缝[2]。

依据《混凝土质量控制标准》(GB 50164-2011)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2015)，确定温度控制指标如下：

(1)入模基础上的温升值：≤50℃；

(2)里表温差：≤25℃；

(3)其内部最高温度：≤60℃；

(4)混凝土降温速率：≤2.0℃/d或≤1.0℃/4h；

(5)进出水口温差：≤6℃。

3 承台温控计算

计算条件：混凝土浇筑温度27℃，混凝土中水泥用量为305 kg/m3，磷碴粉用量54 kg/m3，水泥28 d水化热334 kJ/kg，冷却管直径为40 mm，冷却水流入温度为15℃，流量为1.2m3/h，冷却水作用时间至800 h。

根据以上计算条件建立计算模型，计算不采用温控措施时混凝土内部温度时间历程，列出300 h时的混凝土内部温度计算结果，如图2所示，发现混凝土降温速度缓慢，内部温度长期居高不下，因此应采取有效降温措施，确保混凝土不发生温度及收缩裂缝。

图2 300 h混凝土内外温度(20-69)

4 温度监控测点布置

针对大体积混凝土进行温度监控工作中，温测布置工作是其中的重要工作环节，需要依照混凝土由底部、中部到混凝土表面的顺序进行监控。在测温工作中需要保证测量点距离保持在5 m范围内，同时监测混凝土内部的温度条件，需要预留孔洞，然后在每一个测温孔中设定相应的监测点位。在选择测量工具的过程中，需要运用半导体液晶显示温度计[3]。

根据设计文件，承台尺寸为13.2 m×13.2 m×5 m，承台一次浇筑成型。由于承台平面是轴对称形式，考虑避开冷却水管，具体布置方式如图3所示。

图3 承台测位平面布置图(单位/m)

5 现场测试

为获取大体积混凝土的实时温度、湿度数据，通过埋设传感器进行数据监测，通过对监测数据整理、分析，根据分析结果合理调整温度控制方案[4]。

2#承台测温工作从2020年6月6日开始至2020年6月10日结束，历时4 d。期间有专人值班观察，在温差超过25°C时，立即告知专人采取加盖草袋或增大冷凝管水流流速。测温从混凝土浇筑收尾时开始测设，每隔30 min自动采集一次。6月10日17时后，混凝土内部温度趋于稳定。

6 结束语

对大体积混凝土进行施工时，需要对工程质量进行严格的监督和控制，并对工程进行及时的养护，否则会产生裂缝，部分构件会因裂缝出现损坏的现象，对于整体结构也会产生一定的影响[5]。

通过温度监测，根据测温数据分析，可以得出以下结论：

(1)混凝土内部温度表现可分为三个阶段：

①升温阶段；由于水泥水化热产生热量，混凝土在浇筑开始及其后8 h内就开始产生水化热，温度速度上升，24～48 h后可以达到各自的峰值。

②恒温阶段：混凝土温度在最高值持续2～3 d，温度基本恒定不变，在曲线图上表现为明显的温度平台。

③降温阶段；此后各测温点的温度开始下降，降温速率在3°C/d左右，呈缓慢平稳降温趋势。

(2)若浇筑温度过高，则可以通过对粗骨料洒水、通风降温等措施降低骨料温度，通过拌和冰水等方式降低浇筑温度。

(3)若发现混凝土内部温度过高，可通过加大冷却水管通水量、降低冷却水温度来降低混凝土内部温度。

(4)若发现混凝土内外温差过大，可通过加强内部降温，同时增加外部保温等措施来控制温差。

总体来说，混凝土温度变化符合常观的抛物线要求，至测温工作结束，整个承台基础混凝土表面未出现裂缝。