朝阳大桥主墩承台大体积混凝土温控过程.pdf

第 3 5卷 第 5期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 4年 1 O 月 朝阳大桥主墩承台大体积混凝土温控过程 吴志卿 ( 红谷滩 园林建设集团有限公司， 江西南昌3 3 0 0 3 8 ) 摘要 大体积混凝土有害裂缝产 生的主因是混凝土中胶凝材料水化热快速升高引起的温差应力与混 凝土本身强度增长慢之 间矛盾发展的直接结果。 提前采取措施控制大体积混凝土的内、 外温度及 内外温差能 有 效预控 大体积 混凝 土裂缝 的产 生， 是 混凝土 质量控 制 的重 点。 关键词 主墩承台； 大体积混凝土 ； 温控 ； 水化热 ； 裂缝 中图分类号： T U 7 5 5 ； U 4 4 3 2 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 4 4 3 4 5 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 7 2 04 I n t r o d u c t i o n t o Ch a o y a n g Br i d g e M a i n P i e r Pil e Ca p s wi t h M a s s Co n c r e t e Te mp e r a t ur e Co n t r o l Pr o c e s s W U Zh i q i ng ( H o n g g u t a n L a n d s c a p e C o n s t r u c t i o n G r o u p C o ， L t d ， N a n c h a n g ， J i a n g x i 3 3 0 0 3 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t Ha r mf u l c r a c k s o f ma s s c o n c r e t e a r e ma i n l y d u e t o c o n fl i c t b e t w e e n r a p i d h y d r a t i o n h e a t r i s i n g o f b i n d i n g ma t e r i a l i n c o n c r e t e a n d s l o w r i s e o f c o n c r e t e s t r e n g t h i t s e l f T a k e s t e p s t o c o n t r o l i n n e r a n d o u t e r t e mp e r a t u r e o f ma s s c o n c ret e ， a n d t e mp e r a t u r e d i ff e r e n c e b e t w e e n i n s i d e a n d o u t s i d e c a n p r e e o n t r o l t h e g e n e r a t i o n o f ma s s c o n c r e t e c r a c k s e ff e c t i v e l y T h e s e a re ma i n p o i n t s o f c o n c r e t e q u a l i t y c o n t r o 1 Ke y wo r d s ma i n p i e r p i l e c a p ； ma s s c o n c r e t e ； t e mp e r a t u r e c o n t r o l ； h y d r a t i o n h e a t ； c r a c k s 根据规定。 混凝土结构物实体最 小几何尺寸不 小 于 1 m的大体量混凝土， 或预计会 因混凝土温度 变化 和收缩而导致有 害裂缝产生的混凝土， 称之为 大体积混凝土 1 。大体积混凝土的施工特点 ： 结构体 积大， 工程条件复杂， 施工技术要求高， 水泥水化热较 大f 预计超过 2 5 c ) ， 易使结构物产生温度变形 。除了 最小断面和内外 温度有一定的规定外， 大体积混凝 土对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大， 约 束作用所产生的温度力也愈大， 如采取控制温度措 施不 当， 温度应力超过混凝土所能承 受的拉力极限 值时， 则易产生裂缝2 1 。 南 昌朝阳大桥工程通航孔主塔共含有 6个主墩 承台， 承台高 6 5 r l l ， 为六角形结构， 圆弧包角， 平面尺 寸为宽 1 8 m、 长 3 0 m， 混凝土方量 2 7 7 5 m ， 混凝土 强度 C 4 0 。因此， 朝阳大桥通航孔主墩承台混凝土属 于大体积混凝土。下文拟 以朝阳大桥主墩承台大体 积混凝土温控实践为例， 对采取温控措施预防、 控制 此类大体积混凝土裂缝产生进行分析。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 1 2 作者简介 ： 吴志卿( 1 9 7 8 一) ， 男， 工程师， 主要从事市政工程现场施工工作。 1 温控措施 1 1 浇筑 分层 的确 定 为降低混凝土内部温升值， 宜尽量多分层浇筑， 但 同时必须考虑分层对结构受力的不利影响， 以及 对施工便利性及进度的影响。综合以上因素， 将承台 厚度分为 2层。 分层厚度为 ： 3 m+ 3 5 m， 第 1次浇筑 方量约为 1 2 8 5 m ， 第 2次浇筑方量为 1 4 9 0 m 。 1 2 混凝土原材料和拌合温度控制 为减少单位水泥用量， 降低水化热， 延长混凝土 初凝 时间， 承 台混凝土原材料必须作好原材挑选和 原材的预控技术措施 。水泥拟选用 P S 4 2 5的矿渣 硅酸盐水泥， 以降低初期水化热。拌合时水泥温度不 得过高， 以免影响混凝土拌和物的搅拌温度 。采用外 加剂 以减少水泥用量， 从 而为降低承 台混凝土 的温 升开创条件 。外掺剂的加入主要 以考虑增强 内部密 实度 、 控制水泥水化热、 降低温度和温差为主。在承 台混凝土 的级配中要尽量减少水泥用量， 除 了选择 第 5期 朝 阳大桥主墩承台大体积混凝土温控过程 7 3 骨料 和缓凝 减水剂等能减少水泥用量之 外。 在保 证 混凝 土抗 压强度和坍落度的同时， 还可 以掺加适量 的粉煤灰和矿粉来降低水泥用量和水化热。混凝土 拌制用水采 用地下水， 选择的拌合 站地下水温度控 制在 2 0 o 以下； 当气温较高 时， 混凝 土拌合前对水加 入冰块以降温 3 1 。 1 3 承 台混凝 土 配合 比 承台混凝 土配合 比设计原则如下 ： 1 ) 在保证混 凝土强度和坍落度的前 提下， 降低水泥用量， 采用早 期水化热低 的矿渣水泥和优质掺合料， 减小 水灰 比； 加大骨料粒径， 增加碎石用量， 采用低含泥量的砂 、 碎 石材料( 控制含泥量 1 以内) ， 改善骨料级配； 合理使 用外加剂。2 ) 承台混凝土配合 比中根据施工要求及 控制温度峰值等要求掺加外加剂。外加剂的掺量应 严格控 制计量， 少掺 和过量均 对工程混凝 土不利 。 3 ) 控制坍落度。现场承台混凝土浇筑施工采用泵送 方式， 要求坍落度为 1 6 1 8 c m。4 ) 混凝土应是低收缩 率 的， 实验室 内试件收缩率一般以 2 x 1 0 4 4 x 1 0 4 作为控制 目标。 经过综合 比选 ： 承台混凝土初步配合 比为矿渣水泥( P S 4 2 5 ) ： 砂： 碎石： 水： 粉煤灰： 外加剂 ( L C X 一 9 ) = 3 1 5 ： 6 6 8 ： 1 1 3 7 ： 1 6 0 ： 1 2 0 ： 4 3 5 。 1 4冷却水管 为控制混凝土在浇筑 、 养护过程 中水化热， 采取 在混凝土体 内布置冷却水管 。通过混凝 土水泥水化 热的发生量和布置冷却水管的散热量进行冷却水管 布置 和安装 的计算4 1 。冷却水管采用热传导性能好， 并具备一定强度 的黑铁管。 规格 D 5 0 x 2 5 mmo 冷却水管布置 ：高度方向间距不大于 1 0 I l l ， 承 台底面一层水管距承台底 0 7 5 1 1 1 ， 顶面 1 0 I n ； 平面 方向间距 1 5 I n ， 距承 台侧边线 0 7 5 m。冷却水管连 接采用螺纹对接。 2 混凝土温度及控制裂缝计算 2 1 混凝土内部的最高温度计算 混凝土 内部的最高温度按式( 1 ) 计算： = T o + ) ( 1 ) ) = Mo Q( 1 一 e ) ( C p ) ( 2 ) 式中 ： 为混凝土 内部最高温度 ； 为混凝 土浇筑 时温度， 取 3 0 c 【 = ； 为混凝土理想绝热状态下不 同龄 期 的温升值 ； 为与混凝 土浇筑厚度 、 龄期 和绝热温 升有关 的系数，查表得 3 d为 0 6 8 ； Mc 为每立方米混 凝土水泥用量 ； Q为每千克水泥水化热量， 查表得 P $ 4 2 5水泥 为 3 3 5 J k g ； C为混凝 土 的 比热， 一般取 0 9 6 k J k g x k ； 9 为混凝土 的密度， 取 2 4 0 0 k g m ； 为 混凝土的龄期， 取 3 d ； m为混凝土 的比表面积、 浇筑 温度系数 。根据本工程承台施工在夏季 的情况， 混凝 土浇筑 温度取 较高值 3 0 ， 查 表得 3 d的 1 一 e 一= 0 7 0 4 。 根据施工经验和查阅相关资料5 1 ， 大体积混凝土 内部温升值在浇筑后 3 d最 高， 即 ： T ( 3 ) p( 1 一 e ( = 3 1 5 x 3 3 5 x 0 7 0 4 ( 0 9 6 2 4 0 0 ) = 3 2 2 。则计算 的 混凝 土内部最高温度 =T o + f l 1 x ： = 3 0 + 3 2 2 x 0 6 8 = 5 1 9 ， 小于 规范规 定 的最 高不得 超过 7 5 ， 符合 要求。 2 2混凝土的温度裂缝控制计算 2 2 1 自约束裂缝控制计算( 表面裂缝) 混凝土浇筑初期， 内部的温度在升高， 但混凝土 表面的温度 可能因为外界温度降低而急剧 降低， 引 起混凝土表面收缩产生拉应力而 出现表面裂缝 6 - 7 。 由温差产生的表面最大拉应力 由式( 3 ) 计算 ： =( 2 3 ) E ( ) ( 1 ) ( 3 ) 式中： 一为混凝土最大拉应力 ； Em 为混凝土不同龄 期的弹性模量， E n ) = E o ( 1 - e m ， E c 为最终弹模， 查表得 3 2 5 x l 0 4 MP a 为混凝 土热 膨胀 系数， 查 表取 l x l O ； 为混凝 土 中心 与表 面 的温 差， 取 5 1 9 3 0 = 2 1 9 ( 采取 蓄 3 0 温水 养护 ) ； 为 混凝 土 的泊 松 比， 取 0 1 75。 根据施工经验， 大体积混凝土内部温升值在浇 筑后 3 d最高， 其内外温差最大， 则最大拉应力 ： O r = ( 2 3 ) x E ) T 1 ( 1 - v ) = ( 2 1 3 ) x 3 2 5 1 o 4 ( 1 一 e 一 0 0 9 x 3 ) x l x l O x 2 1 9 ( 1 - 0 1 7 5 ) = 1 3 6 MP a 。 承台混凝 土设计强度等级 为 C 4 0 ， 混凝 土劈裂 抗拉强度参考值按经验取值， 见表 1 。 表 1 承 台混凝土劈裂抗拉强度参考值 M P a 查表得 C 4 0混凝土 3 d的劈裂抗拉强度经验值 为 1 4 MP a ， 大于最大温度应力 1 3 6 MP a ， 混凝 土表 面不会出现温度裂缝， 但安全系数很小。 上述混凝土的最大 内部温度计算是在没有冷却 水循环 的情况下得 出， 实际施工时采取冷却水循环， 特别在混凝土浇筑后 的 2 3 d必须加强冷却水循环 和蓄水保温， 降低混凝土内外温差， 确保混凝土不出 7 4 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 5卷 现表面裂缝 。 2 2 2 外约束内部裂缝控制计算( 贯穿裂缝) 混凝 土浇筑初期， 其温度升高较快， 一般在浇筑 后 3 d最高， 混凝土体积膨胀， 其后为降温过程， 混凝 土体积收缩， 但因基础 的约束， 在新浇筑混凝土 内部 产生拉应力， 当拉应力大于混凝土的劈裂抗 拉强度 时， 引起混凝土开裂， 甚至产生贯穿裂缝。 混凝土温度 收缩应力可按式 4计算 ： 一 = E “ x , T S 【 1 ) R ( 1 - v )( 4 ) 式 中： 为混凝土最大拉应力 ； E 为混凝土不 同龄 期 的弹性模量， E( t ) =E ( 1 一 e n 为最终弹模， 查表 得 3 2 5 1 0 MP a ； o t 为混凝土热膨胀系数， 查表取 1 1 0 ； 为混凝土中心与表面的综合温差 混凝土 的泊松 比， 取 0 1 7 5 ； S 为考虑徐变影响 的松弛系数， 按 3 d龄期查表取 0 1 8 6 ，按 7 d查表得 0 2 1 ； R为考 虑混凝土的外约束系数， 按混凝土地基取 1 0 1 ) 3 d的最大外约束拉应力 O n m =E( ) Js “ ) ( 1 - v ) =3 2 5 x 1 0 ( 1 - e _ 0 o 9 妇 ) x l x l O x 3 6 9 x 0 1 8 6 1 ( 1 - 0 1 7 5 ) ： 0 6 4 MP a 混凝土 3 d的温升值最大， 按照外界最低温度 1 5 计算， 有温差 5 1 9 1 5 = 3 6 9 o C 。查表得 C 4 0混凝土 3 d 的劈裂抗拉强度经验值为 1 4 MP a ， 大于最大温度收 缩应力 0 6 4 MP a ， 安全系数为 2 1 9 ， 混凝土不会出现 温 度裂 缝 。 2 ) 7 d的最大外约束拉应力 O r re x =E ( ) S ( ( 1 一 =3 2 5 x 1 0 x ( 1 一 e 。 0 l x l O x 3 6 9 x 0 2 1 x l ( 1 0 1 7 5 ) = 1 4 3 M P a 混凝土 7 d的温升值已经较低， 按照施工时期外 界最低温度 1 5计算，为偏于安全计取 3 d时的温 差 5 1 , 9 1 5 = 3 6 9 c lC 。 查表得 C 4 0混凝土 7 d的劈裂抗拉强度经验值 为 2 4 MP a ， 大 于 最 大 温 度 收缩 应 力 1 4 3 MP a ， 安 全 系数为 1 6 8 ， 混凝土不会出现温度裂缝。 3 ) 2 7 d的最大外约束拉应力 O m a x =E( t ) S ( t ( 1 ) =3 2 5 x 1 0 4 x ( 1 一 e - 0 0 9 x 2 7 ) x l x l O x l 5 x O 5 7 x l ( 1 0 1 7 5 ) = 3 0 7 MP a 混凝土内部温度在 3 d后 已经处于温度下降过 程， 其 2 7 d后的混凝土内部温度基本与外部相 同。 其 综合温差已经很少， 主要受外 部气温的突降或突升 影响， 按外部温差突变 1 5 考虑。 查表得 C 4 0混凝土 2 7 d的劈裂抗拉强度经验值 为 3 5 MP a ， 2 7 d最大 温度收缩应力 3 0 7 MP a 安全系数为 1 1 4 。 混凝土不 会出现温度裂缝 8 1 。 3 温度监测与控制 3 1 混 凝土测 温及 温差 控制 在承 台浇筑和养护期 间 必须对混凝土体 内的 水化热发生的情况进行详细地了解， 并计算分析混 凝 土 收缩 应 力 是 否 大 于 混 凝土 抗 拉 应 力 造 成 裂 缝 经过前面第 2 2节计算， 在一定 的温控条件下 混凝 土温升值和温度应力不会造成混凝土裂缝 。现场可 以根据混凝土的温度变化情况及时调整冷却水管水 流量及养护条件， 使混凝土 内表温差 2 0 平均降 温速 率 2， 2 4 h 。 通过混凝 土内部测温对冷却管循环水 进行控 制， 通水过程 中要对水管 流量 、 进 出口水温度 、 测温 传感器温度每隔 l 2 h进行一次测量 以测温结果 作为冷却水管施工效 果的判别， 若不满足设计要求， 则调整进水 口的流量和水温， 以满足降温要求。 3 2温度控 制 标准 根据桥规规定，并结合现场情况及以往经验， 提 出以下温控标准 ： 混凝土的浇筑温度应小于 4 ( 为浇筑期句平均气温) ； 混凝土的上下层温差应 2 0 12 ； 混凝土的内部最高温度应 7 5 ， 内表温差应 2 5 。 3 3混凝 土浇筑 和 养护 混 凝 土 浇筑 和养 护 应 注 意 以下 几 个 方 面 ： 1 1 浇 筑承台大体积混凝土时， 宜选择在气温较低的情况 下进行， 以便 降低人模温度； 且在夜 间开始进行施工 较为合适 。2 ) 严格控制各测温点与混凝土体表温差 在 2 5 以下， 大气温度发生陡降时， 混凝土表面应采 取保温措施 。3 ) J J n 强振捣， 以获得密实的混凝土， 来提 高密实度和抗拉强度； 浇筑后， 及时排除表面积水， 进 行二次抹面， 防止早期收缩裂缝的出现。4 ) 混凝 土表 面采用蓄水养护， 以减小内表温差。 5 ) 为了达到保温、 养护 目的， 混凝土表面首先应采取洒水f 或蓄水) 养护， 待混凝土终凝后， 采取承台内蓄淡水进行保温， 防止 混凝土出现裂缝 。 4 案例分析 以朝 阳大桥2 0 #主墩承 台温度监控为例。朝 阳 大桥 主桥 2 0 #承 台于 7月 2 1日凌晨 开始 浇筑 ， 2 1日 早上 8点左右浇筑完成，在浇筑前为了监测温度水 化热共布置了 2 O个温度测点。测点 5 、 测点 6 、 测点 8的温度变化曲线见图 1 。 第 5期 朝 阳大桥主墩承台大体积混凝土温控过程 7 5 一 测点5一 I扁测点8 图 1 测 点 5、 测 点 6、 测 点 8的 温 度 变 化 曲线 从测 量 结 果 来看 ，最大 温 度 出现在 混 凝 土浇 完 后 的第 2天。 即 7月 2 1日 温度最高点为 2 1日2 0 ： 0 4 时测点 6处温度监测值 8 0 9 q C ， 测 点 8及测点 5温 度最高点分别 为 7 4 4 、 7 4 6 ， 出现 时问分别为 2 1 日的 1 8 ： 4 4及 1 4 ： 1 2 通过采取对冷却水加冰块 的方 式进一步降低水化热温度。朝 阳大桥 2 0 #承台在浇 筑完成后， 对混凝土面进行巡视， 未发现有裂缝发生 。 混凝土温控过程达到预期效果 。 + 4 -” + +- +” +- + 5 结语 综上可见， 大体积混凝土 内外温差是大体积混 凝土质量控制 的重点 。 通过加强对混凝土施工工艺、 混凝土原材料 、混凝土配合比设计和混凝土浇筑过 程降温措施管理能够有效阻止和预防大体积混凝土 裂缝 的产生。 参 考 文献 【 1 G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9 ， 大体 积混凝 土施工规范【 S 【 2 】 倪平 安 大体积 混凝土施工 过程中质量控 制 J 中国新 技术新产 品 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 3 1 3 5 【 3 魏伟 浅谈桥梁承 台大体积混凝 土温控技术们 江西建材， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 1 3 5 1 3 6 【 4 】 赵 江波 高层建筑施工技术创新分析与研究 城 市建筑， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 4 7 - 5 0 【 5 叶琳 昌， 沈 义 大体积混凝g gq 2 M 北京： 中国建筑 出版社， 1 9 8 7 【 6 】 王铁 梦 工程结构裂缝控制【 M 北京： 中国建筑出版社， 1 9 9 7 7 王铁梦 建筑物 的裂缝控制【 M】 上海： 上海科技 出版社， 1 9 8 7 【 8 】 江正荣 建 筑施 工计算手册【 M】 2版 北京： 中国建筑工业 出版社， 2 O 0 7 欢 迎 订 阅 2 0 1 5年 黄 金 传播信 息传 递经验促 进创新服务行 业 黄金 于 1 9 8 0年创刊， 是黄金行业的综合性科技期刊。主要报道黄金 及 其 相 关 行 业 在 矿 业 经 济 与 管 理 、 黄 金 市 场 、 工 业 用 金 、 黄 金 地 质 、 采 矿 工 程 、 机电与 自动控制 、 选矿与冶炼 、 安全与环保、 分析测试等方面的科研成果 和综合评述 ， 以及新理论、 新技术 、 新 工艺、 新设备 、 生产管理经验等内容 ， 同 时还开辟了信息纵横 ( 国内信息、 国外信息 ) 、 读编往来等栏 目。 黄金 具有权威性 ， 内容翔实 ， 信息量 大 ， 实用性强 ， 覆盖面广 ， 现 已遍 布黄金 、 冶金 、 有色金属 、 黑色金属 、 地质矿产 、 化工 、 机械 、 核工业 、 耐磨 、 金 融及金银饰品等行业 。 黄金 广告合理的价格定位 ， 全方位的优质服务 为客户提供 了理想的 宣传平 台。 黄金 广告现 已融入到黄金行业及相关行业的专业学术会议 中， 是厂矿企业联系的桥梁和纽带 ， 是生产 、 经营、 销售 的良师益友。通过 黄金 广告宣传 ， 有助于树立企业形象 ， 创出企业名牌 ， 提高企业知名 度 ， 促 进产 品销售 ， 增 加企 业效 益 。 黄金 为月刊 ， 国际标准连续 出版物号 I S S N 1 0 0 1 1 2 7 7 ， 中国标准连续出版物号 C N 2 2 1 1 1 0 T F ， 国际 期刊 C O D E N码 H AN G F V， 彩色封面 ， 国际开本 ( A 4 ) ， 国内外公开发行 ， 国内邮发代号 l 2 4 7 。国外发行由中 国国际图书贸易总公司代理 ， 代号 M3 3 3 1 。 全 国各地 邮局和我社发行部均可订阅。国内每册定价 2 5 0 0元 ， 全 年 定价 3 0 0 0 0元 。 地址 ： 吉林省长春市南湖大路 6 7 6 0号黄金杂志社发行部收 邮 编 ： 1 3 0 0 1 2 电话 ： 0 4 3 1 8 9 2 4 3 5 1 l 8 5 5 2 1 8 6 1 传 真 ： 0 4 3 1 8 5 5 1 1 5 4 8 3 2 3 5 网 址 ： g o l d c c g r i c o l n 电子信箱 ： g g b 3 0 6 8 1 2 6 c o m Q Q： 2 8 0 1 3 2 6 0 2 欢迎国内外新 老朋友订阅 - 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