代遲書

（武漢市公路工程咨詢監(jiān)理公司 武漢 430051）

混凝土在硬化的過程中，水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的水化熱。由于混凝土導(dǎo)熱不良，體積過大，相對(duì)散熱較小，混凝土內(nèi)部水化熱積聚不易散發(fā)，外部則散熱較快。升溫階段，混凝土表面溫度總是低于內(nèi)部溫度。依據(jù)熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹的速度要比表面混凝土快，中心部分與表面間形成相互約束，中心屬于約束膨脹，不會(huì)開裂；表面屬于約束收縮，當(dāng)表面拉應(yīng)力超過混凝土當(dāng)前的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫［1－2］。

隨著水泥水化反應(yīng)的減慢及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段，溫度降低，體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過表面向外散發(fā)，降溫階段，混凝土表面溫度與中心溫度仍然存在差值，如果過大，同升溫階段一樣產(chǎn)生表面裂縫。降溫過程，混凝土體積收縮，同時(shí)，考慮到邊界條件和地基的約束，屬于約束收縮。但此時(shí)，混凝土齡期增長(zhǎng)，強(qiáng)度過大，彈性模量增高，因此降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，除了抵消升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力外，還在混凝土中形成了較高的拉應(yīng)力，當(dāng)超過混凝土當(dāng)前的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就引起混凝土的貫穿裂縫。

混凝土的抗拉能力非常小，按熱膨脹系數(shù)為1×10－5／℃考慮，換算成溫度梯度相當(dāng)于7℃／m，當(dāng)然這是完全約束條件下的結(jié)論［3］。為確保溫度應(yīng)力小于抗拉強(qiáng)度，避免溫度裂縫產(chǎn)生，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中的水化熱監(jiān)控是非常必要的。

1 溫度監(jiān)控的要求和方法

1.1 溫度控制指標(biāo)

為了使水化熱監(jiān)控規(guī)范化，我國(guó)規(guī)范《大體積混凝土施工規(guī)范》［4］規(guī)定：混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升不宜大于50℃；混凝土澆筑塊的里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于25 ℃；混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃／d；混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20 ℃；混凝土入模溫度不宜低于5 ℃，并控制在30 ℃以下。

1.2 溫度控制措施

1.2.1 混凝土配制

（1）采用低水化熱的膠凝材料體系。大體積混凝土配制采用適中水膠比，大摻量礦物摻合料（單摻粉煤灰或復(fù)摻粉煤灰和礦粉）的技術(shù)路線，盡量降低水泥用量。優(yōu)選組分均勻、各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定的粉煤灰，注重需水量比、細(xì)度和燒失量等關(guān)鍵指標(biāo)。

（2）選用優(yōu)質(zhì)聚羧酸類緩凝高性能減水劑。緩凝高性能聚羧酸減水劑，兼顧減水、引氣和緩凝效果，可以延緩水化熱的峰值并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達(dá)到減少水化熱的目的。

（3）摻加優(yōu)質(zhì)引氣劑?？刂苹炷梁瑲饬吭?%～4%，可改善混凝土和易性、均質(zhì)性，提高混凝土變形性能和抗開裂能力。

（4）選用級(jí)配良好、低熱膨脹系數(shù)、低吸水率的粗集料。優(yōu)質(zhì)骨料體積穩(wěn)定性好、用水量小，可減小混凝土的收縮變形。

1.2.2 入模溫度

降低混凝土的入模溫度應(yīng)從降低混凝土出機(jī)口溫度、控制混凝土運(yùn)輸途中的溫度等方面入手，具體措施有：在混凝土澆筑時(shí)間上要合理安排，大體積混凝土避開高溫季節(jié)和高溫時(shí)段；提高骨料的堆料高度，在骨料上方設(shè)置遮陽棚以及對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)冷，以降低混凝土骨料的溫度；采用加冰或加冰水拌和，以降低混凝土拌和物的出機(jī)溫度［5］；在混凝土運(yùn)輸過程中，要注意對(duì)混凝土的封閉和隔熱，防止混凝土運(yùn)輸過程中的溫度回升［6］。

1.2.3 冷卻水管

采用循環(huán)淡水做冷卻水。承臺(tái)設(shè)置2個(gè)容積連通的蓄水箱，一個(gè)作為供應(yīng)冷卻進(jìn)水用，另一個(gè)作為回收冷卻出水用，見圖1。冷卻出水在水箱自然冷卻一定時(shí)間并蓄滿時(shí)，由水泵抽取到供應(yīng)蓄水箱里進(jìn)行補(bǔ)水?？刹捎梅炙鲗⒏鲗痈魈姿軓乃浼蟹殖?，分水器設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的獨(dú)立水閥以控制各套水管冷卻水流量；需設(shè)置一定數(shù)量的減壓閥以控制后期通水速率。

圖1 水箱連接示意圖

混凝土澆筑前確保進(jìn)行不短于30 min的加壓通水試驗(yàn)，查看水流量大小是否合適，發(fā)現(xiàn)管道漏水、阻水現(xiàn)象要及時(shí)修補(bǔ)至可正常工作。承臺(tái)混凝土通水要求見表1。

表1 承臺(tái)混凝土通水要求

待冷卻水管停止循環(huán)水冷卻并養(yǎng)生完成后，先用空壓機(jī)將水管內(nèi)殘余水壓出并吹干冷卻水管，然后用壓漿機(jī)向水管壓注水泥漿，以封閉管路。

1.2.4 養(yǎng)護(hù)條件

混凝土養(yǎng)護(hù)包括濕度和溫度2個(gè)方面。結(jié)構(gòu)表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養(yǎng)護(hù)過程中的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)，因?yàn)樗嘀挥兴揭欢ǔ潭炔拍苄纬捎欣诨炷翉?qiáng)度和耐久性的微結(jié)構(gòu)。為保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，對(duì)混凝土表面進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)和溫度保護(hù)［7］。

養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果確定，混凝土內(nèi)表溫差小于25 ℃且混凝土表面點(diǎn)溫度與日最低氣溫差小于20 ℃內(nèi)方可拆模。

2 水化熱溫度監(jiān)控實(shí)例

2.1 工程概況

康家河大橋主墩承臺(tái)為15.0m×10.5m×4.5m 長(zhǎng)方體，體積為708.7m3。采用C30混凝土，配合比見表2，混凝土的最大絕熱溫升為37.1℃。采用一次性澆筑。冷卻水管布置共3層，入水口盡量布置在各層中心位置，具體布置見圖2。

表2 承臺(tái)混凝土配合比

圖2 康家河大橋承臺(tái)冷卻水管布置圖（單位：cm）

為防止承臺(tái)表面混凝土因失水造成的干縮裂縫，承臺(tái)模板側(cè)壁外包裹一層防風(fēng)油布進(jìn)行保溫保濕；上表面待混凝土初凝后先灑水再覆蓋一層塑料薄膜或土工布進(jìn)行保濕，最后鋪設(shè)一層棉絮進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

承臺(tái)混凝土溫度測(cè)點(diǎn)具體布置見圖3，共布置測(cè)點(diǎn)23個(gè)，其中承臺(tái)溫度測(cè)點(diǎn)20個(gè)，環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)1個(gè)，冷卻管進(jìn)、出口溫度測(cè)點(diǎn)各1個(gè)。

圖3 承臺(tái)溫度測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

2.3 溫度檢測(cè)及結(jié)果分析

在澆筑和養(yǎng)護(hù)期間對(duì)混凝土實(shí)時(shí)全天24h連續(xù)監(jiān)量，測(cè)量時(shí)間間隔為1h。監(jiān)測(cè)從澆筑開始持續(xù)了1周，直到內(nèi)部最高溫度小于40 ℃，且最大內(nèi)表溫差小于15 ℃。

圖4為下層橫橋向各測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間的變化情況，圖5為下層順橋向各測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間的變化情況，圖6為豎向各測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間的變化情況。

圖4 下層橫橋向（5～8號(hào)測(cè)點(diǎn)）溫度曲線圖

圖5 下層順橋向（1～5號(hào)測(cè)點(diǎn)）溫度曲線圖

圖6 承臺(tái)豎向（10，5，9，15，19號(hào)測(cè)點(diǎn)）溫度曲線圖

由圖4～6可見：

（1）每條溫度變化曲線由急劇的升溫和緩慢的降溫2個(gè)階段組成，降溫速率遠(yuǎn)低于升溫速率，溫度最終趨于穩(wěn)定。

（2）表面測(cè)點(diǎn)（1號(hào)、8號(hào)）大約在1d后溫度達(dá)到最高峰，溫度升高了8～9 ℃。

（3）混凝土中心附近的溫度大約經(jīng)過2d后達(dá)到峰值，此時(shí)溫度升高了大約20 ℃。

（4）越靠近中心點(diǎn)的溫度峰值越大，出現(xiàn)峰值的時(shí)間越長(zhǎng)。

（5）表層的降溫速率最快，中心的降溫速率較慢，底層測(cè)點(diǎn)的降溫速率最慢。

3 結(jié)語

大體積混凝土的水化熱問題是施工過程中必須考慮和解決的重要問題。水化熱與混凝土的早期裂縫息息相關(guān)，并且直接影響結(jié)構(gòu)的耐久性。對(duì)大體積混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)控，及時(shí)掌握混凝土溫度變化情況，可以間接地反映大體積混凝土的溫度特征和變化規(guī)律，檢測(cè)結(jié)果可以為調(diào)整通水速率和養(yǎng)護(hù)條件提供依據(jù)。

［1］朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.

［2］李小祥，石雪飛，阮 欣，等.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋混凝土結(jié)合面收縮效應(yīng)分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2007，33（1）：13－16.

［3］王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［4］GB50496－2009大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中華計(jì)劃出版社，2009.

［5］候景鵬，熊 杰，袁 勇.大體積混凝土溫度控制與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)［J］.混凝土，2004（5）：56－58.

［6］李問兵.大體積混凝土的溫度裂縫及其控制技術(shù)探討［D］.成都：西南交通大學(xué)，2004.

［7］李 政.主墩承臺(tái)大體積混凝土施工溫度控制［J］.中南公路工程，2004（2）：125－127.