望东长江公路大桥南岸主桥大体积承台温控施工技术

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摘要：本文从大体积承台的混凝土配合比、原材料温度控制、温度应力计算以及混凝土温度监控与养护措施等方面介绍了该大体积承台的温控技术。

关键词：大体积承台模拟计算温度控制裂缝 混凝土降温

中图分类号：TU37文献标识码： A

1项目概要

主墩索塔基础采用高桩承台结构形式，承台顶高程为+8.0m，承台为47m×25m切除四角的矩形，高度为8.0m，承台总浇筑方量为8914m3，为典型的大体积承台 。

由于水泥的水化热作用，混凝土浇注后要经历升温期、降温期和温度稳定期三个阶段。升温阶段，水泥产生的水化热大量的聚集在混凝土内部不易散发，内外温差使混凝土内部产生压应力，外部产生拉应力，若大于相应龄期的容许拉应力时就有可能产生裂缝；降温阶段，新浇混凝土受内部钢筋、封底混凝土及桩头约束而不能自由收缩，此时弹性模量相对较低，若降温梯度过大就容易产生较大的温度拉应力，当该拉应力大于相应龄期的混凝土容许拉应力时，也容易产生温度裂缝，因此控制温差尽量降低温度梯度是保证不产生裂缝的根本。

2．原材料选择及混凝土配合比优化

2.1 原材料选择

⑴、水泥

所有水泥的化学成分及水化热指标满足有关规定，水泥选用海螺P.O.42.5水泥，考虑到水化热的生产不光与水泥种类有关，而且与单位体积水泥用量有关，选用P.O.42.5水泥可以大大减少单位水泥用量。

⑵、矿物掺合料

粉煤灰采用组分均匀和各项性能稳定的II级及II级以上优质粉煤灰，而且粉煤灰的烧失量不大于8%，需水量比小于100%，其它各项指标应满足规范要求,

⑶、外加剂

为提高混凝土耐久性和减小用水量，改善混凝土和易性,延缓混凝土凝结时间，降低绝热温升，承台混凝土掺加适量的高效缓凝减水剂和缓凝剂。减水剂的减水率大于20%，同时还检查了外加剂的稳定性。

⑷、集料

工程应用的骨料没有碱活性并具有较低的热胀系数。粗骨料级配为5～25mm级配。细骨料为中砂，细度模数为2.8，其它指标应符合有关规范。

2.2 混凝土配合比

从满足混凝土工作性、提高抗裂性、力学性能、耐久性能等要求出发，采用大掺量矿物掺合料、尽量减少胶凝材料用量以及使用缓凝型高效减水剂等技术来控制胶凝材料水化放热总量、水化放热速率，缓和温度曲线，提高混凝土体积稳定性， 45#主墩承台采用标号C35混凝土，经过多次配合比试验，最终确定缓凝时间为24小时的承台混凝土配合比为（质量）：

3. 混凝土结构温度应力计算

计算混凝土结构的温度应力，根据温度应力发展以及分布规律，评估各结构部位的抗开裂能力，据此提出合理的温度控制指标，以防止大体积混凝土硬化过程出现较大的温度应力。

3.1 混凝土材料参数

3.2 混凝土结构参数

承台为47m×25m切除四角的矩形，高度为8.0m，分三层浇筑，第一层浇筑厚度为2m，第二层浇筑厚度为3m，第三层为3m。

3.3 其它条件及参数

（1）、底部约束：承台混凝土与封底混凝土直接接触连接，封底混凝土最薄处约2m

（2）、天气条件：主墩承台在8月中下旬开始浇筑第一次混凝土，最后一次混凝土浇筑预计在10月下旬。根据气温统计，在8月份至9月份的平均温度为28℃，10月份的平均温度为22℃。

（3）混凝土表面采用土工布进行覆盖，并蓄水养生。土工布的厚度为5mm，其导热系数为0.1888kJ/（m・h・℃）。

（4）混凝土侧面采用复合板（围堰壁板）保湿，其放热系数为10kcal/（m2・h・℃）。

3.4 混凝土绝热温升

（1）热膨胀系数：a=1×10-5；

（2）绝热温升

绝热温升计算：

Th= mcQ/Cρ

Th――混凝土的绝热温升（℃）；

mc――每千克水泥28d 水化热，取300 KJ/Kg；

C――混凝土比热，取0.97[KJ/（Kg・K）]

ρ――混凝土密度

利用上式计算出承台混凝土绝热温升为39.3℃；

3.5仿真计算

采用MIDAS CIVIL采用实体单元整体建模分析，充分考虑各层混凝土“间断与又联续施工”的影响，采用施工阶段分析方法。建模中考虑到如果将封底混凝土的支撑条件使用弹黄模拟，则无法模拟封底混凝土传递承台热量的过程，故将封底混凝土厚取2m，标号C25混凝土，赋予相应的比热和热传导率，这样才能正确反应承台混凝土的水化热传播过程。包括封底混凝土、承台混凝土和塔柱混凝土的整体模型如下图1-4：

图1仿真计算整体模型图

图2 第三层（包含一二层）混凝土3天温度云图（单位：℃）

图3 第三层（包含一二层）混凝土7天温度云图（单位：℃）

图4 第三层（包含一二层）混凝土28天温度云图（受大气温度影响）（单位：℃）

⑵拉应力云图

通过仿真模拟，对承台进行分析，得出承台的拉应力云图如图5-7所示：

图5 第三层（包含一二层）混凝土3天拉应力云图（单位：kpa）

图6 第三层（包含一二层）混凝土7天拉应力云图（单位：kpa）

图7 第三层（包含一二层）混凝土28天拉应力云图（单位：kpa）

表 1计算结果汇总表

4混凝土温控措施

从以上的温度云图和结果汇总表中，可以看出：

1.使用冷却水管降温效果明显，出现温度最高点的位置一般位于冷却水管布置较疏的触点部位及靠近冷却水管出水口位置；前期出现温度最低点的位置位于冷却水管的入水位置；

2.在两层混凝土的接缝处的温度变化明显；

3.最高温度一船发生在混凝土浇筑后第三或第四天；

4.冷却水管停止通水后，局部温度会有所增加，但总体内部温度是逐渐降低的。

承台冷却管采用导热性好、并有一定强度的圆钢管，公称口径32mm(φ32×2mm) ；冷却水管布置层距为1.0m，各层冷却水管呈纵横交错布置形式。第一层承台混凝土设置一层冷却水管；第二层和第三层混凝土均布置2层冷却水管，整个承台共埋设6层冷却水管，冷却水管平面间距1m，单个回路约100m。冷却水管布置如下图8：

图8主墩承台冷却水管布置示意图（单位：）

4.1温度控制目标及措施

45#主墩承台施工时温度控制标准如下：

⑴混凝土的入模温度炎热天气不宜超过25℃。

⑵任何部位的混凝土中心温升峰值不应超过60℃。

⑶养护期间混凝土的中心与表面、表面与环境之间的温差不宜超过20℃。

⑷混凝土浇筑体的降温速率不宜超过2.0℃/d。

⑸采用冰水或冷水拌制混凝土，水温宜控制在10℃以内。

⑹采用内部循环冷水降温措施时，应随时监控循环水的温度，循环水的温度比混凝土的温度宜低10℃左右。

⑺淋注于混凝土表面的养护水温度低于混凝土表面温度时，二者间温差不得大于15℃。

⑻当混凝土芯部与环境温差小于15℃时，方可拆除保温装备。

4.2混凝土入模温度控制

①新进场的水泥应充分冷却后使用，使水泥内的热量尽量多的自由散失掉，严禁使用刚出场的新水泥，水泥温度控制在≤60℃；

②拌合站采用制冷机冷却水，水温降到10℃左右，如图9所示。

③骨料隔离，使用空调进行降温，如图10所示。

图10 砂石料降温棚

④砂子采用堆高并覆盖进行降温。

⑤避免模板和新浇混凝土受阳光直晒，入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过40℃，浇筑前采用洒水降温。

表 2原材料与混凝土温度表

4.3混凝土内外温差控制及养护

为了保证主墩承台混凝土浇筑完成后，混凝土内部及表面温差不至于过大而使混凝土开裂，浇筑前，对浇筑区域进行洒水降温，待混凝土覆盖冷却水管后，立即将冷却水管试通。为保证冷却水的降温效果，采用一台自动测温记录仪进行混凝土芯部及表面温度测温，技术员根据测得的混凝土芯部温度对冷却水水速进行控制。

图11 混凝芯部温度

炎热高温天气，干燥热风吹在混凝土表面，使其表面水分蒸发很快，如果养护不到位极易使混凝土表面产生干缩裂缝。混凝土浇筑完成初凝后，立即向表面进行洒水养护，确保混凝土表面一直处于湿润状态。

①承台混凝土浇筑完成后，第一二层承台混凝土采用在混凝土上表面整体蓄水养护，蓄水高度控制在10cm~30cm，养护用水直接采用冷却水管出水管排出的冷却水，蓄水养护三天，洒水养护不小于14天；第三层顶面覆盖10cm后砂被，湿水养护不小于14天。

②根据检测到的温度数据及时进行通水冷却，根据检测到的混凝土实际温度，及时调整冷却水的流量和流速。

③养护期间，每天记录大气气温的最高、最低温度以及天气变化情况，并详细、如实地记录养护情况。

4.3.1 混凝土温度监测

混凝土温度检测的目的是为了验证温度控制措施所取得效果及施工过程中的控制质量，对工程质量和安全做出判断。

为做到信息化温控施工，出现异常情况及时调整温控措施，在承台内部布设温度测点（埋设温度传感器，用专用检测设备检测每一点的温度变化），它是温控工作的重要一环。45#主墩承台混凝土浇筑时，每层混凝土浇筑时分别布设2层测点，每层布设13个温度测点，共计78个。测点布置在承台1/4范围内并沿水平方向布置。

为了保证大体积混凝土施工质量，施工期除监测混凝土温度外，还按要求对气温、冷却水管进、进出水口水温、混凝土入模温度等进行监测。

温度监测内容，除原材料温度和入模温度监测外，还有以下内容：

①各层混凝土的最高温度值及升温值；

②各测点温度变化过程及特征。

砼浇筑期间，观测仪器埋设完成后应立即读取仪器的初始数据。砼温度的观测周期为在混凝土浇筑过程中，每1小时测量一次温度；混凝土浇筑完毕后至水化热升温阶段，每1小时测量一次温度；水化热降温阶段第一周，每2h小时测量一次温度；一周后每天选取气温典型变化时段进行测量，每天测量2~4次。

外界温度发生变化，冷却管通水前后，适当加密测次。观测中注意温度升降趋势，通过水流调节，混凝土表面养护等措施，使混凝土内、外温差符合要求。

根据测量收集的数据对混凝土总体温度变化过程分析：混凝土入模后升温迅速，温升接近30℃；三天后内部最高温度达到58℃的峰值，随后温度开始下降，下降梯度为1.2℃/d；十天后，温度梯度线趋于平缓。自浇注开始，共通水散热14天，混凝土中心温度峰值不超过60℃，养护期间混凝土的中心与表面、表面与环境之间的温差不超过20℃，混凝土浇筑体的降温速率1.2℃/d，达到了预期效果，与模拟计算结果基本相符，

5结论

望东长江公路大桥主桥45#墩大体积承台浇筑完成后，通水散热14天后，没有发现温度裂缝，证明采取的温控措施是有效的。结合整个施工过程，得出以下结论供同类基础施工借鉴：

混凝土温度来源主要包括水泥水化热产生的热量，混凝土原材料所含热量以及施工中的热传递，从配合比，原材料温度以浇筑过程中的降温可以有效的控制大体积承台的最高温度，大体积混凝土的施工必须从原材料、混凝土的配合比开始控制。实践证明采用矿物掺合料等量代换一定量的水泥并掺加一定量的高效缓凝减水剂，可以明显起到降低水化热和延迟温度峰值出现时间的作用。合理的设置降温系统、周密的养护措施是大体积混凝土成功的关键。

参考文献

[1]《望东长江公路大桥施工设计图纸》 王晓 中交公路规划设计研究院有限公司

[2]《大体积混凝土裂缝控制技术应用研究》[J]. 王顶堂. 安徽建筑工业学院学报(自然科学版), 2008,(06)

[3]《烟台世茂海湾工程大体积混凝土施工温控监测及分析》[A]. 卫海亮,陈江,卢则阳.建设工程混凝土应用新技术[C], 2009 .

[4]《大体积混凝土施工温度控制计算[J]》. 王朋.安徽水利水电职业技术学院学报, 2008,(03) .

作者简介

赵富立男 工程师， 1982年10月 2006年7月河南理工大学毕业 土木工程专业，学士学位 从事工程施工管理

李晓梅女 工程师 1980年12月 2003年7月 东南大学建筑材料检验与制品工艺，学士学位 从事工程施工材料管理

杨四平女 助理工程师 1982年10月2007年7月 河南科技学院 土木工程专业，学士学位 从事工程施工管理