摘要 大跨度斜拉橋或懸索橋橋塔塔座是典型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在施工期間受水化熱影響，存在開裂風(fēng)險，因此開展大體積混凝土溫控技術(shù)研究對大體積混凝土質(zhì)量至關(guān)重要。該文以張靖皋長江大橋北航道橋主塔塔座大體積混凝土為例，提出了混凝土澆筑溫度控制措施?；跍囟缺O(jiān)測結(jié)果對該文提出的溫控措施進(jìn)行了評價，結(jié)果表明：溫控措施是合理、可行且有效的。該文研究成果可為類似工程提供了重要的參考和依據(jù)，有助于保障混凝土質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的耐久性。

關(guān)鍵詞 大體積混凝土；溫控措施；水化熱；養(yǎng)護(hù)

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0088-03

0 引言

近年來，隨著我國道路交通建設(shè)的迅速發(fā)展，大量跨江大橋、跨海大橋和跨山谷大橋等在規(guī)劃和建設(shè)中廣泛采用大體積混凝土。然而，由于混凝土導(dǎo)熱性能較差以及水化熱效應(yīng)，大體積混凝土在施工過程中往往出現(xiàn)內(nèi)部溫度高于外部的情況，造成嚴(yán)重的溫度應(yīng)力，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，影響其耐久性。針對大體積混凝土溫度控制技術(shù)，該文以張靖皋長江大橋北航道橋主塔塔座混凝土為研究對象，研究分析了冷卻水管對水化熱溫度場和應(yīng)力場的影響。研究結(jié)果顯示：合理布設(shè)冷卻水管能有效減小內(nèi)外溫度差和表面主拉應(yīng)力，有助于避免結(jié)構(gòu)開裂。此外，在濕熱環(huán)境下，環(huán)境溫度和混凝土入模溫度的升高會導(dǎo)致內(nèi)外溫差增大，但濕度較高時混凝土的收縮應(yīng)力較小，開裂風(fēng)險降低。該文研究成果可為類似工程提供溫度控制方案和參考依據(jù)，有助于有效解決大體積混凝土施工中的溫度應(yīng)力問題，提升工程質(zhì)量和耐久性。

1 工程概況

張靖皋長江大橋橫跨江蘇省張家港、如皋及靖江三市，北航道橋跨越如皋中汊福北水道，采用主跨1 208 m單跨吊懸索橋。塔承臺頂設(shè)置梯形錐臺塔座，上表面尺寸為11 m×14 m（橫×縱），下表面尺寸為21 m×24 m（橫×縱），塔座厚4 m，塔座混凝土共計2 376.8 m3。塔座混凝土設(shè)計強(qiáng)度為C50，其配合比為：水泥225 kg/m3；粉煤灰135 kg/m3；礦渣粉54 kg/m3；砂759 kg/m3；碎石1 047 kg/m3；水144 kg/m3；減水劑4.5 kg/m3；抗裂劑36 kg/m3。

2 大體積混凝土溫控措施

2.1 混凝土澆筑質(zhì)量控制

（1）混凝土施工期間，為避免混凝土性能波動較大，各種材料進(jìn)場的各項性能指標(biāo)在滿足相關(guān)設(shè)計及規(guī)范的前提下，還需要按照以下指標(biāo)控制各批次的波動率并且波動率不宜超過±10%[1]，對于張靖皋長江大橋主塔塔座大體積混凝土而言，其原材料質(zhì)量控制關(guān)鍵指標(biāo)如表1所示。

（2）在大體積混凝土澆筑過程中，需遵守以下規(guī)定：水泥、礦渣粉溫度不超過60℃；原材料專倉專用，防水、防污染、防竄料；嚴(yán)格檢測骨料含水率，調(diào)整配合比；攪拌時間不少于90 s，確保勻質(zhì)、不分層；檢測坍落度和溫度，連續(xù)生產(chǎn)中至少2次坍落度、3次溫度；承臺和塔座混凝土以控制擴(kuò)展度450±50 mm為主。

（3）混凝土運(yùn)輸、澆筑和振搗質(zhì)量控制：1）在運(yùn)輸過程中要充分保證混凝土材料的均質(zhì)性；2）夏季運(yùn)輸時采取隔熱措施，控制混凝土從攪拌至澆筑完成的時間不超過90 min；3）優(yōu)化布料方式，控制下料高度不超過2 m，間距不超過3 m；4）嚴(yán)格控制大體積混凝土的分層澆筑厚度在30～50 cm范圍內(nèi)；5）調(diào)整混凝土坍落度至最后一層30～50 cm時減小20 mm；6）混凝土達(dá)到2.5 MPa強(qiáng)度后及時鑿毛；7）暴露面進(jìn)行至少兩次抹壓收漿，消除塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。

（4）混凝土澆筑間歇期控制：各層混凝土之間澆筑間歇期需進(jìn)行控制以避免下層混凝土對上層新澆筑混凝土產(chǎn)生過大固結(jié)約束導(dǎo)致開裂。塔座澆筑間隔期較長，容易因約束過大在交界部位出現(xiàn)應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂。因此，在混凝土澆筑前在澆筑面反復(fù)灑水濕潤（并覆蓋保濕土工布）降低下層硬化混凝土對上層新澆混凝土的約束力，降低開裂風(fēng)險。

2.2 混凝土入模溫度控制

參照《水運(yùn)工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程》（JTS/T 202-1—2022）附錄D.2條，混凝土澆筑溫度計算公式為：

Tp=T0+（Ta–T0）（θ1+θ2+θ3）+Tf （1）

式中，Tp、T0——混凝土的澆筑溫度和出機(jī)口溫度（℃）；Ta——環(huán)境的氣溫（℃）；θ1——混凝土在裝、卸轉(zhuǎn)運(yùn)時的溫度變化系數(shù)[2]；θ2——混凝土在運(yùn)輸時的溫度變化的系數(shù)；θ3——混凝土現(xiàn)場澆筑時的溫度變化系數(shù)；Tf——泵送施工時的摩擦升溫值（℃），按每百米泵送距離混凝土溫度升高0.7～0.8℃考慮。該工程按照Ta=30℃、T0=27℃、混凝土攪拌車9 m3、一次轉(zhuǎn)運(yùn)、5 min運(yùn)輸時間、30 s振搗時間、50 m長泵管計算，混凝土入模溫度比出機(jī)口溫度高約0.5℃。因此，當(dāng)設(shè)定的混凝土入模溫度要求為≤28℃時，那么可將混凝土拌和出廠溫度控制指標(biāo)設(shè)定為≤27.5℃。

（1）原材料溫度控制采取以下措施：1）對骨料采取搭建遮陽篷、增加儲存量、噴霧、通風(fēng)等方式降溫，安裝制冷空調(diào)降低骨料溫度，降低指標(biāo)為低于氣溫3～4℃；2）對水泥及礦粉等膠凝材料采取倒倉、增加存儲時間、轉(zhuǎn)運(yùn)時間等方式進(jìn)行降溫，水泥溫度控制指標(biāo)按照≤60℃控制，粉煤灰溫度控制指標(biāo)按照≤40℃控制，通過對罐體全封包及在罐頂布置冷水管噴淋達(dá)到降溫效果；3）使用檢測合格并冷卻之后的水溫度≤12℃為拌和水[3]。

（2）當(dāng)氣溫高于27℃時，為滿足出機(jī)口溫度控制要求，采用制冷水機(jī)將拌和水溫度控制≤5℃。在拌和之前要準(zhǔn)備足夠數(shù)量的冷卻水，使用有保溫功能的儲存及輸送設(shè)備，避免升溫。

（3）氣溫、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)及距離、振搗時間、泵管長度等均影響混凝土運(yùn)輸、泵送、振搗過程中的溫升，需進(jìn)行相應(yīng)的控制。

2.3 冷卻水管的布設(shè)

塔座一次澆筑；承臺第一層縱橫交錯布設(shè)2層水管，于承臺與塔座預(yù)澆段交界面增設(shè)一層水管，塔座縱向及橫向均需布設(shè)3層水管；水管的水平間距為900～1 000 mm，垂直間距為1 000 mm；水管距離混凝土表面/側(cè)面大于500 mm；塔座單層2～3套水管，每套水管設(shè)置一個進(jìn)出水口；每套水管長度不大于200 m。

2.4 養(yǎng)護(hù)控制

混凝土養(yǎng)護(hù)需關(guān)注溫濕度兩方面：加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，減少內(nèi)外溫差；加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)，降低表面應(yīng)力。氣溫較低時注重保溫，較高時注重保濕。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和環(huán)境變化，及時調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施，確保內(nèi)外溫差不超過25℃，表面與環(huán)境溫差不超過20℃。養(yǎng)護(hù)期間要防止混凝土濕度丟失。

2.5 拆模時間控制

混凝土拆模時間應(yīng)根據(jù)齡期和實測溫度進(jìn)行雙重控制：1）混凝土構(gòu)件澆筑完成后至少5天后才可進(jìn)行拆模，其間不得進(jìn)行松?；虿鹉２僮?；2）在拆模過程中，確?；炷羶?nèi)外溫差小于20℃，表面與環(huán)境溫差小于20℃。應(yīng)避免在夜間或氣溫驟降期間進(jìn)行拆模操作，選擇白天溫度較高的時段進(jìn)行拆模，并在拆模過程中進(jìn)行保溫保濕措施。

3 溫度監(jiān)測方案

溫度場監(jiān)測對于大體積混凝土溫控工作至關(guān)重要。塔座溫度測點(diǎn)的布置圖見圖1。混凝土溫度量測要求如下：（1）混凝土現(xiàn)場澆筑過程中，每隔2 h設(shè)備會對混凝土自動量測一次；澆筑完成后混凝土水化熱會進(jìn)入升溫階段，每隔1 h設(shè)備會對混凝土自動量測一次；混凝土澆筑第一周后水化熱降溫，設(shè)備會自動改變量測間隔為1 h一次，之后每4 h量測一次。（2）同時量測大氣溫度。（3）在量測混凝土溫度時需要同時對冷卻用水的進(jìn)水口及出水口溫度進(jìn)行量測。（4）如果遇到大風(fēng)或氣溫驟降等特殊天氣，要適當(dāng)減小量測的時間間隔。5）終止溫度量測時間的確認(rèn)主要根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及前期預(yù)測的溫度場和應(yīng)力場，進(jìn)行對比分析確認(rèn)。

圖1 塔座溫度測點(diǎn)布置圖（單位：cm）

4 溫控效果評價

4.1 溫度評價標(biāo)準(zhǔn)

大體積混凝土溫度評價指標(biāo)主要有內(nèi)部最高溫度、入模溫度、降溫速率、內(nèi)表溫差等。參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）、《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50496—2018），以及江蘇省交通工程建設(shè)局張靖皋長江大橋建設(shè)指揮部所擬定《關(guān)于張靖皋長江大橋大體積混凝土構(gòu)件裂縫控制要求的通知》，該項目對混凝土入模溫度、內(nèi)部最高溫度、內(nèi)表溫差，以及降溫速率的規(guī)定分別為≥5℃且≤28℃、≤75℃、≤25℃、不大于2.0℃/d[4]。

4.2 溫度監(jiān)測結(jié)果分析

混凝土澆筑過程中監(jiān)測原材料溫度和入模溫度水、粗骨料和細(xì)骨料的初始溫度分別為11.0℃、10.3℃和11.9℃，混凝土入模溫度為16.6℃（實際為15.3℃～20.3℃），符合溫度評價標(biāo)準(zhǔn)≥5℃且≤28℃的控制要求。由此，可以說明，采用溫控措施后，混凝土原材料溫度以及混凝土入模溫度均符合要求[5]。

混凝土溫度監(jiān)測時間為2023年11月25日9：00至12月11日6：00。圖2至圖5顯示了0.4 m、1.25 m和2.85 m處的溫度分布。塔座內(nèi)混凝土最高溫度為59.98℃，符合≤75℃的要求；溫度降速為0.52℃/d，符合≤2.0℃/d的要求。混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展可分為兩個階段：水化升溫約在混凝土澆筑后23 h開始，達(dá)到溫峰需55～74 h；溫峰后混凝土緩慢降溫。0.4 m、1.25 m和2.85 m處最大內(nèi)外溫差分別為21.4℃、20.1℃和16.8℃，均符合≤25℃的要求。圖5顯示整個塔座最大內(nèi)外溫差為24.6℃，略高于平面范圍內(nèi)的要求，但仍符合控制要求。綜上所述，提出的溫控技術(shù)是合理、可行、有效的。

5 結(jié)語

（1）針對張靖皋長江大橋主塔塔座大體積混凝土施工特點(diǎn)，提出了混凝土澆筑質(zhì)量控制措施，其中包括：混凝土拌和質(zhì)量控制措施；混凝土原材料的質(zhì)量控制措施；混凝土澆筑、振搗、運(yùn)輸質(zhì)量控制措施；混凝土澆筑間歇期控制措施。（2）參照相關(guān)規(guī)范和工程實際狀況，對混凝土入模溫度進(jìn)行了計算分析，進(jìn)而提出了原材料溫度常規(guī)控制措施、制冷水拌和混凝土方案和降低攪拌、運(yùn)輸、澆筑過程中環(huán)境溫度影響的措施。（3）針對塔座大體積混凝土水化熱溫度場發(fā)展規(guī)律和分布特點(diǎn)，提出了冷卻水管的布設(shè)方案、養(yǎng)護(hù)控制措施以及拆模時間控制措施。（4）提出張靖皋長江大橋主塔塔座大體積混凝土溫度監(jiān)測方案，并基于溫度監(jiān)測結(jié)果對該文所提溫控措施的效果進(jìn)行了評價，結(jié)果表明該文所提的溫控技術(shù)措施是合理、可行、有效的。

參考文獻(xiàn)

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