深埋式承台大体积混凝土温度控制技术

冯前进，周日喻，张 楠，孙劲声

(广东水电二局股份有限公司，广东 广州 511340)

1 工程概况

在建设增城区石滩东西大道时，其具体的施工位置为广东省广州市增城区石滩镇，本标段为第三标段，路线长1.798 km，其中石滩大桥主桥跨越增江，大桥的形式为分幅双塔三跨矮塔斜拉桥，桥跨设置为83 m+148 m+83 m。

13#、14#主墩承台为整体式，尺寸49.25 m(长)×12 m(宽)×3.5 m(高)，混凝土为C30，单个承台方量为2 068.5 m3，单个承台混凝土一次性浇筑完成。图1为承台立面图。

图1 承台立面图(单位：mm)

2 施工准备

在对大体积混凝土结构温度应力进行控制时困难重重，影响因素比较多。对此，应详细分析温度应力产生的原因，落实好原材料选择、配合比设计等工作，保证大体积混凝土的施工质量满足设计标准。

2.1 材料选择

为减少单位水泥用量，降低水化热，延长混凝土初凝时间，必须做好承台混凝土原材料挑选和预控技术措施[1]。本工程采用自制混凝土浇筑。①水泥：台泥(英德)P·O42.5R 水泥；②碎石：5 mm～31.5 mm 连续级配碎石；③砂：中砂，细度模数为2.9；④外加剂：由哈尔滨强石新材料技术开发股份有限公司QSH-1000缓凝高效减水剂；⑤粉煤灰：FⅡ类级；⑥拌合用水：拌合用水应符合有关规范规定。

2.2 混凝土配合比

承台混凝土设计强度等级为C30，在规范范围内，掺加粉煤灰掺合料，降低混凝土的水化热，减少温度应力产生。混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

2.3 冷却水管

主塔承台混凝土内按水平纵横交错布设3层冷却水管，冷却水管为φ42.25 mm薄壁钢管，第1层水管距离底部75 cm，第2层距离底部175 cm，第3层距离底部275 cm，水平间距100 cm。当冷却水管位置与主筋及钢绞线有冲突时可适当挪动水管位置。冷却水管立面布置图如图2所示。

图2 冷却水管立面布置图(单位：mm)

2.4 测温元件的布置

根据构件对称性的特点，选取构件的1/4块布置测点。在布设温度测点时，其具体的内容包括内部温度测点和表面温度测点等内容，以温度场的分布规律为基础，承台混凝土的布设层数为3层，测点数量为21个。

2.5 温控计算

2.5.1 材料参数

参考有关设计规范及工程试验结果，承台C30混凝土劈裂抗拉强度、弹性模量、热学参数、自生体积变形取值如下。

1)在7 d、14 d、28 d、60 d龄期内，劈裂抗拉强度的取值为2.2 MPa、3.31 MPa、4.11 MPa、4.3 MPa。

2)弹性模量取值。3 d、7 d、28 d、60 d弹性模量取值分别为2.04×104MPa、2.9×104MPa、3.76×104MPa、3.94×104MPa。

3)热学参数。线膨胀系数1/T为1×10-5，导温系数为0.068 m2/h，导热系数为2.3 kcal/(m·h·℃)。

4)3 d、7 d、14 d、21 d、28 d、60 d、90 d、180 d龄期内，自生体积变形的具体情况为2.11×10-6、15.54×10-6、18.03×10-6、6.09×10-6、-3.89×10-6、-7.47×10-6、-12.07×10-6、-29.30×10-6(负值代表收缩)。

水泥水化热试验结果见表2。

表2 水泥水化热试验结果

2.5.2 计算结果及分析

使用大型有限元程序来完成温控计算工作，以承台的结构特征为基础，选取承台的1/4来计算网格剖分，具体情况如图3所示。

1)计算模型及假定。①承台混凝土按一次浇筑成型；②计算时考虑冷却水管降温效果；③承台混凝土受钻孔桩和封底混凝土的约束，计算时取弹模为3.5×104MPa；④计算时考虑混凝土表面的保温，根据承台四周边界条件取相同的散热系数，承台顶面为第三类边界条件(向空气散热)，取散热系数为1.11 m/d；⑤导温系数依据配合比取为0.107 m2/d；⑥计算时考虑徐变、自生体积变形对混凝土应力的影响。

图3 承台网格剖分图(取1/4承台)

2)温控计算结果。温度计算结果：承台支撑于垫层上，总体温度分布为边缘温度低，中心温度高，其中内部最高温度为54.9℃，出现时间为浇筑后3 d，最大温差24.8℃。

在计算仿真应力时，承台顶面出现了最大的拉应力，其随着龄期的变化而发生改变，在60 d时达到最大值。同强度等级混凝土的容许劈裂抗拉强度要大于混凝土的主拉应力，混凝土的抗裂安全系数应>1.2。

3 承台大体积混凝土施工温度控制措施

3.1 温控控制标准

以相关规范要求为基础，对该工程的实际施工情况进行详细分析，温度控制的标准为：承台混凝土最大水化热温度保持在75℃以内，最大内表温差要控制在25℃以内，混凝土表面养护水温度与表面温度的差值要控制在15℃以内，混凝土的最大降温速率要保持在2.0℃/d之内。

3.2 混凝土浇筑温度的控制

在运输、泵送、浇筑和振捣混凝土时，不仅会与大气和仓面环境产生热交换，而且会与混凝土运输车车鼓、泵送管内壁、模板、钢筋以及混凝土内部产生摩擦，这些因素使得混凝土的温度出现持续上升，混凝土的温度主要来源于水化热、摩擦和热传递。

1)在冷却骨料时，使用的主要措施为喷雾、通风、搭建遮阳棚和增加储存量。

2)在冷却胶材时，使用的主要措施为倒仓、转运和延长储存时间，水泥温度要保持在60℃以内，粉煤灰的温度要保持在40℃以内。

3)尽量优选浇筑时间，施工避开高温日晒时段。

4)使用反复淋水降温的方式处理运输罐车，使用湿麻袋或者湿罩布覆盖泵送管道，防止阳光长时间照射造成不良影响。

3.3 混凝土浇筑分层厚度

承台高度3.5 m，采用一次浇筑，浇筑时应分层，每层厚度30～40 cm，避免混凝土过厚导致混凝土温升过高。

3.4 冷却水管通水控制

当混凝土浇筑施工达到冷却水管标高位置时方可通水，使用循环淡水充当冷却水。混凝土升温初期采用外循环，即冷却出水直排并不间断补充淡水以最大程度冷却混凝土；混凝土内部温度与进水温度之差达到25℃后改为内循环，即冷却出水回到循环水箱，根据需要补充淡水，在充分冷却混凝土的前提下尽量避免进水温度过低给混凝土造成冷击；温峰值过后，以温度监测结果为依据，混凝土内部最高温度与冷却水进水温度差要保持在25℃之内，在控制冷却水流量时要使用单独的水阀，将混凝土降温速率控制在2.0℃/d之内。

3.5 保温、养护

在养护大体积混凝土时，从温度和湿度两个方面着手。采取措施提升混凝土保温养护的效果，将混凝土内部温差控制到最低。气温较低时施工以保温养护为主，气温较高时施工以保湿养护为主。

在开展养护施工任务时，依据环境温度、混凝土表面温度和混凝土内部温度的监测结果对养护制度和养护策略进行及时调整，混凝土表面与混凝土内部的温差控制在25℃以内，混凝土表面与环境的温差控制在20℃以内。同时，混凝土在整个养护期间和降温过程中，应采取措施保护混凝土湿度不发生损失。

4 数据分析

4.1 监测数据

对施工现场的混凝土内部温度进行准确测量，其最终的测量结果见表3。

4.2 数据分析

分析检测数据信息可发现，主墩承台混凝土内部温度变化表现出来的特点为急剧升温后缓慢下降，直到达到稳定的状态。

通过对温度曲线进行分析，温度曲线分为三个阶段：升温阶段、强制降温阶段和自然降温阶段。其中降温阶段比升温阶段时间要长得多。

1)在升温的过程中，水化热温度持续升高，混凝土入模以后，水化反应比较强烈，在36 h后达到最大值，持续1～4 h以后，出现回落的情况。

2)在使用强制降温措施以后，冷却水管在持续作用的影响下，混凝土温度出现了大幅度降低的情况，此时降温速度也比较快。

3)在自然降温的过程中，温度变化曲线比较平缓，逐渐趋于稳定的状态。平稳降温为混凝土的正常冷却奠定了良好的基础，并将降温速率和温差控制对混凝土造成的变形应力控制到最小的范围。

5 结束语

在承台施工的过程中，采取积极的措施控制大体积混凝土的温度取得了良好的效果，值得同类型工程项目借鉴和学习。

1)对于大体积混凝土温控，混凝土配合比及其材料性质对于温控具有决定性意义。

2)采用有限元程序进行温控计算，为现场进行温控控制提供依据。

3)在控制冷却水管通水时间和温度时，要以混凝土的内部温度变化为依据。

4)在控制混凝土裂缝问题时，采取的主要措施为保温保湿养护，这也是整个工程项目施工的主要内容。

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