承台大体积混凝土温度控制技术

承台大体积混凝土温度控制技术

王景增

王景增

（南阳市卧龙区水利局冢岗庙水库管理所，河南南阳473000）

摘要：根据大体积混凝土的特点，结合工程实例，介绍大体积混凝土温度控制技术，并取得了良好的经济效益。

关键词：承台；大体积混凝土；温度控制

一、工程概况

沪蓉西高速公路马水河大桥，主桥的结构形式为五跨一联预应力砼变截面箱形连续刚构（110+200×3+110），主桥承台的结构尺寸长×宽×高分别为23.75m×17.5m×4m，须浇筑C30混凝土1662.5m3,属大体积混凝土。如何养护，减小混凝土的内外温差，预防混凝土开裂，是施工的难点。

二、温度控制的标准

由于大体积混凝土结构在施工和后期养护过程中主要产生两种变形：是由于降温而产生的温度收缩变形和因水化作用而产生的水化收缩变形。而这些变形在受到约束的条件下，将在结构内部及表面产生拉应力，当拉应力超过当时混凝土相应的龄期强度时，结构就会发生开裂，所以在混凝土施工和养护过程中为了避免产生过大的温度应力而使承台开裂，则必须进行混凝土的温度控制。

由于承台施工期间在初夏，日温在20℃～32℃之间，使混凝土的入模温度控制在33℃内，内表温差控制在25℃内。以下是理论计算的混凝土的内表温差。

混凝土的绝热温升：T=W×Q0×（1-e-mt）/（C×r）

式中：T—混凝土的绝热温升（℃）

W—每m3混凝土的水泥用量（kg/m3），取311kg/m3

Q0—每公斤水泥28天的累计水化热，查《大体积混凝土施工》P14表2-1，Q0=376560J/kg

C—混凝土比热993.7J/(kg·K0)

R—混凝土容重2400kg/m3

t—混凝土龄期（天）

m—常数，与水泥品种、浇筑时温度有关

混凝土最高绝热温升：Tmax=311×376560/(993.7×2400)=49.1（℃）

混凝土中心温度：Th=Tj+Tmax×ζ

式中：Th—混凝土中心温度

Tj—混凝土浇筑温度（℃）取26.7℃

ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，取ζ=0.70

Th=Tj+Tmax×ζ=26.7+49.1×0.70=61.1（℃）

混凝土表面温度Tb（未考虑覆盖）：

Tb=Tq+4h’（H-h’）△T/H2。

H=h+2h’=4+2×0.07=4.14m，

h’=k×λ/β＝0.666×2.33/22＝0.07m

式中Tbmax--混凝土表面最高温度（℃）；

Tq—大气的平均温度（℃）；

H—混凝土的计算厚度；

h’—混凝土的虚厚度；

h—混凝土的实际厚度；

ΔT—混凝土中心温度与外界气温之差的最大值；

λ—混凝土的导热系数，此处可取2.33W／m·K；

K—计算折减系数，根据试验资料可取0.666；

β—混凝土模板及保温层的传热系数（W/m*m·K），取22

Tq为大气环境温度，取20℃，△T=TMAX-Tq=39.49℃

故Tb=22.4℃。

通过计算可以看出混凝土的内表温差（38.7℃）超过25℃，则要通过各种方法降低混凝土的中心温度和提高混凝土的表面温度。

三、承台施工

为了降低混凝土的中心温度，可以通过降低混凝土的入模温度，则要从混凝土的配合比和原材料上控制。

水泥：适当减少水泥用量，以降低混凝土水化热。骨料：在条件允许下和满足质量下，尽量选择较大直径的骨料，且利用凉棚和晒水冷却并从底部取料，研究表明骨料上升1℃，混凝土温度上升0.2-0.3。水：直接从马水河抽水使用。外加剂：采用粉煤灰，用粉煤灰代替一部分水泥即能使混泥土各项性能满足设计要求，又能降低混泥土内部温度，有利于温控。减水剂：能够最大限度减少水用量，降低水化热，选用黄河缓凝UNF-3C减水剂。缓凝剂：采用葡萄糖酸钠延长混泥土初凝时间至10h以上，既满足混凝土灌注和施工接茬要求又延缓了混凝土水化热的蜂值出现时间。

承台采用泵送混凝土，泵送方量为30m3/h，则要求浇筑承台中间部分控制在夜间施工，合理安排混凝土的开始浇筑时间。

在夏季施工，混泥土散热十分困难，要求采用冷却管降温，冷却管采用壁厚2mm，直径为40㎜的薄壁钢管，冷却水为河水。冷却管埋设按照冷却水由热力中心区流向边缘区的原则，进水口靠近混泥土中心出水口设在混泥土边缘，每层水管进出水口相互错开。水平冷却管共布三层，竖向间距为1米，水平间距为1.5米，每层之间相互错开，竖向布置冷却循环管。

在每个进出水口，安装水表和闸阀以调节水流大小，为能准确掌握混泥土内部温度，采用精度为0.1℃的XTM数显调节仪和相应的温度传感元件测量混凝土内部实际温度。测温点水平布置三层（1米，2米，3米）每层按对角线布置三个点，在距混凝土表面5㎝的地方布置一个测温点。

四、养护措施

由于混凝土内部最高温度出现在浇筑完成的两、三天内，在这期间混凝土养护至关重要。后期完成养护工作主要是为了保持混凝土适宜的温度和湿度，从温度应力的观点上看保温的目的有两个：一是减少混凝土表面散热，减少混凝土的温度梯度，从而控制混凝土表面产生裂缝；二是延长散热时间，充分发挥混凝土的强度潜力和材料的松弛特性，使平均温差对混凝土产生的应力小于混凝土的抗拉应力，防止产生贯穿性裂缝。

基于以上思想，首先在混凝土浇注前搭好保温棚，四周封闭。再者混凝土浇注完后，在外侧模板外挂两层草袋并经常浇水使草袋润湿。在混凝土表面先铺一层塑料布，再铺一层草袋并洒水保湿，必要时可以通过煤炉加热。在混凝土峰值过后可以进行蓄水养护，蓄水厚度15㎝为宜。

五、测温总结

2.峰值温度时间和持续时间

以右副6#承台为例，一次性浇筑完成C30混凝土1662.5m3，在其内部第一、第二、第三米处，出现峰值温度时间大都在60小时左右，而高温持续时间都是16小时。从这里看出，在混凝土完成浇筑的三天内要特别注意保温养护，使表面温度升高，与混凝土内部温度之差小于25℃。实际的最高温度略低与计算值，证明以上的施工方案是可行的。

右副6#承台峰值温度时间和持续时间表

2.温度曲线图

从上图可以很直观的看出混凝土温度的变化规律：前期温度上升较快，在这期间要逐步加大冷却管的水流量，迅速完成保温设施；在恒温期内，温度变化不大，要保持最大冷却管的水流量，同时做好保温措施；在后期温度下降阶段，温度匀速下降，逐步减小降冷却管的水流量。对以后的施工有指导意义，

3.一次性浇注和多次浇注的差异

在马水河大桥的六个百米高墩的大型承台中，有四个承台是一次性浇注的，但也有两个承台进行二次浇注。

以下是右副6#承台（一次性浇注）和右幅5#承台（二次浇注）的实测温度表。

通过以上实测温度分析，进行二次浇筑的温度比较，可以看出可以使混凝土最高温度降低了4℃，有利于减小内外温差，控制混凝土开裂。如是混凝土厚度较大，条件允许情况下，可以选择两次浇筑或多次浇筑来控制混凝土内部的过高温度。

4.冷却管的作用范围

埋测温点时，在距离冷却管75㎝（水平间距的正中）和35㎝的水平面上各布置了一个温度传感器，进行分析冷却管的作用范围。

从上表可以看出，冷却管对两处混凝土的温度影响有3～4℃，通过这个经验，在以后大体积混凝土施工过程中，可以调节冷却管的水平间距来控制温度。

六、总结

通过马水河大桥承台的施工经验来看，通过前期原材料的准备，合理确定施工方案，精心组织施工，完善后期的养护，是可以控制大体积混凝土的温度和裂缝。

参考文献

[1]JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社,2000

[2]江祖铭,王崇礼.公路桥涵设计手册-墩台与基础.北京:人民交通出版社,2000

[3]范立础.桥梁工程.北京:人民交通出版社,2001