大体积混凝土施工及温控技术研究

唐唐刚

摘要：随着大型建筑和科学技术的迅速发展，在我国工程建设领域经常涉及到大体积混凝土施工。本文通过对某工程斜拉桥主墩承台施工技术的分析研究，在大体积混凝土施工过程中，采取水平分层一次性浇筑的方法，布置八层冷却水管进行温度控制，并对施工过程进行了总结分析，为其他类似工程提供了一定的借鉴。

关键词：大体积混凝土；一次浇筑；温度控制

1 工程概况

本工程主塔墩为变厚度八边形承台，顺桥向中部22.52m厚度为8m，顺桥向两侧11.537m部分厚度由8m变为4m，平面为45.6m×40.3m的切角矩形，切角边长为11.537m；主墩承台钢筋为HRB335、HRB400两种型号钢筋，钢筋直径分别为：32、25、20、16，共计钢筋1600吨。主墩承台混凝土标号为C30，混凝土浇筑方量约12000m3，属于大体积混凝土施工。

2 主墩承台施工难点

1）主墩承台为大体积混凝土施工，一次性浇注方量达12000m3，施工组织难度大。

2）为避免混凝土出现裂纹，需尽量降低水化热，大体积混凝土配合比要求高。

3）混凝土初凝后，混凝土芯部与表面、表层与环境阶梯温差控制难度大。

3 方案概述

本工程施工方案结合设计单位要求，比选及试验研究，并结合现场的实际工作环境，主要考虑大体积混凝土的浇筑质量以及温度控制，避免不同龄期混凝土的收缩产生裂缝，确定采用分层浇筑法一次浇筑，采用无线测温元件进行全程温度监测。

4 施工关键技术

4.1大体积配合比设计

配合比设计时，主要考虑两个因素：一是在不影响混凝土强度的前提下，选择低水化热的普通硅酸盐水泥，优化配合比，降低绝热升温；二是外加剂的品种、掺量根据工程所用胶凝材料经试验确定，粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的40%，矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的50%；在混凝土中掺加中效缓凝减水剂，有效降低每方混凝土水泥用量，从而降低混凝土的水化热温升。

4.2施工组织

4.2.1浇筑方法

承台混凝土浇筑选用六台48m泵车，溜槽配合进行浇注；采用水平分层浇筑，每层混凝土浇筑时，其厚度不宜过大，一般应控制在0.3～0.5m左右，以便分层表面散热面能充分散热。在浇筑下部4m范围内混凝土时，采用泵车和溜槽同时浇筑，浇筑上部4m范围内混凝土时，采用四台泵车进行浇筑。

4.2.2大体积混凝土养护

承台内部采用通冷却水进行对混凝土降温，上部采用循环水及覆盖保温材料进行养护，承台表面混凝土终凝后及时进行覆盖并喷射喷淋水进行循环养护。

4.3温度控制

4.3.1 温控原则

1）混凝土里表温差控制在25℃以内。

2）浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃以内。

3）混凝土入模温度不小于5℃，不大于30℃。

4）冷却水管进水温度与出水温度不宜大于15℃。

5）混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不大于50℃。

4.3.2 混凝土浇筑过程中水化热计算

1）模型建立

计算采用MIDAS CIVIL 中的水化热计算方法，采用实体单元进行模拟承台。

2）计算结果

通过有限元计算分析，在未布设冷却水管前，承台中心最高温度达到62.3℃，达到最高温度为浇筑完混凝土后的第7天。

且承台中心温度长时间维持在60℃以上，直到第21天降到60℃，散热极其缓慢。因为承台体积极大，对流面只有上表面，承台底部及周边都是土体，对流热量有限，导致热量散发困难。在布设冷却水管后，承台最高温度为53.4℃，且散热速度合理，能够满足施工质量要求。

4.3.3 冷却水管布置

在混凝土内部温度场布设冷却水管，以控制混凝土内外温差在25℃内，承台内共布设八层冷却水管，分别位于承台顶下0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、4.5m、5.5m、6.5m、7.5m八个断面；

通过计算，水管内通水流速为3.5m/s，冷却水管通水流量达到15L/min；冷却水的进水口水温以15C～25C为宜。

4.3.4 测温元件安装

为有效对承台混凝土进行监控，在承台内预埋无线测温元件对混凝土内部和表面温度进行监控。测试元件在每条测试轴线上监测点位不少于4处，在结构平面位置的边缘布置6处共48点；在芯部分别布置4处，竖向位置根据冷凝水管位置布置8点共计32点；其余按照轴线位置进行布设，共计112点；测试元件的引线要集中布置，并应加以保护；在承台顶以下50mm、1.0m、2.0m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、7.0m八个断面；每个断面温度传感器呈环形布置。

4.3.5 测温结果

测温记录包括浇注部位、时间、大气温度、混凝土表面温度、混凝土内部温度、最大温差、入水温度、出水温度、负责人、测温人、时间。同时进行温度曲线测绘，分析温度变化情况；

混凝土温度采集内容主要包括混凝土入模温度，每个测温孔处的混凝土内部温度，无纺布内温度，无纺布外温度（即外界气温），冷却管进出水温度，按频率测量数据。

1）温度曲线绘制

?①每一测点内部温度随时间变化曲线；

?②同一竖向截面上，温度沿高度变化曲线；

?③同一高度（厚度）测点沿承台水平截面温度变化曲线；

④外界气温随时间变化曲线。

2）数据处理

所有温度测量数据的采集设专人负责，保证所测数据的准确性、真实性，根据所测数据分析混凝土内部温度变化情况，调整冷却管进出水温度。

从承台浇筑开始后对混凝土进行实施测温。承台测温元件布设8层，通过测温结果表明，理论温度与实测温度能够很好的吻合，表明计算模拟的正确性及采取冷却水管的有效性，同时，可以侧面反映各个混凝土部位的拉应力值理论计算值吻合，最大为1.2mpa，小于允许拉应力，混凝土各个部位没有裂缝产生。

4.3.6 指导施工

根据温度与应力计算结果，提出以下温控标准：混凝土的里表温差不宜大于25℃，混凝土浇筑体表面温度与外部大气环境温度应不宜大于20℃；当实测混凝土内外温差≥25℃，应加快冷却水管的流量，加快内部散热，直到将内外温差控制在标准范围内。

5 结束语

大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，内部高温区范围较大，整体散热较慢，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂，因此表层的保温极为重要。

本主墩承台的施工過程中，布设多层冷却水管，采取水平分层一次浇筑的施工方法，在浇筑和养护期间进行了24小时的无线测温监控，有效地控制了由于温差产生的混凝土开裂，确保了工程的质量。本方法的成功运用，可为其他类似的大体积混凝土工程提供借鉴。

参考文献：

[1]《公路施工手册——桥涵》[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]《大体积混凝土施工规范》[M].北京：中国计划出版社，2009.

[3]《公路桥涵养护规范》[M].北京：人民交通出版社，2004.