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摘要：本文以具体建筑工程实例探讨大体积混凝土冬季施工中的温度控制。
关键词: 大体积混凝土; 冬季; 温度控制。
Abstract: This paper with specific engineering examples of construction of large volume concrete temperature control in winter.
Keywords: mass concrete; winter; temperature control.
中图分类号： TV544+.91 文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
北京市北辰路斜拉桥系50m+ 120m+ 50m 双塔双索面斜拉桥, 主塔设计4个承台, 承台尺寸为13. 55m10. 25m4. 25m, 设计标号C30, 混凝土方量为620m3 , 属大体积混凝土。因为其构成的结构尺寸大, 混凝土用量大,水泥水化热使结构产生温度和收缩变形, 加之施工时处于冬季, 混凝土内外温差会增大, 所以必须采取措施解决水化热及随之产生的体积变形问题, 以最大限度地减少混凝土结构的开裂。施工时间为11 月中旬, , 室外自然气温—6 ℃~ 8 ℃ , 属于冬季施工。根据现场实际, 采用由远到近, 斜面分层一次浇筑, 分层厚度400~ 500 mm, 混凝土倾斜角度约为1：5。混凝土浇筑过程中, 两台输送泵并列推进, 每台泵最大作业宽度15 m。现场值班人员根据实际情况记录每处混凝土的浇捣时间, 及时安排第二次混凝土浇捣时间, 避免出现施工缝。考虑混凝土冬季施工要求, 混凝土用热水搅拌, 保证出罐温度为8 ℃ ~ 10 ℃ , 入模温度为6 ℃~ 8 ℃。
二、温度控制技术
混凝土最大温差的影响因素总的来讲为浇筑温度、水泥水化热引起的温升和混凝土的散热三部分。所以我们针對这三个方面采取了相应的措施。
2.1浇筑温度控制
浇筑温度主要由拌和温度和混凝土运输温差变化决定。现场一般的做法是降低原材料自身温度( 比如在混凝土拌和时加入冰块、对骨料喷水冷却、输送管淋水降温等) , 来降低混凝土的拌和温度。由于我们施工时间正值冬季, 所以原材料不作降温处理, 采取正温搅拌和浇筑。
基础底板采用分段分层的浇筑方法, 混凝土由远及近, 随着混凝土的浇筑, 泵管由远及近逐渐拆除,由西向东按800m间距分段分层浇筑, 确保在混凝土产生初凝前浇筑完本段混凝土, 同时进行下一段的混凝土浇筑。为了防止温度裂缝和收缩裂缝的出现, 在施工过程中控制每层浇筑厚度, 通过测温记录与覆盖保温措施, 使内外温差控制在25 ℃ 以内, 确保混凝土在龄期内不会因水化热过大而引发收缩应力裂缝。
为尽可能消除隐患, 根据相关资料拟定了温控思路: 混凝土入模温度控制在5℃以上、10℃以下; 采取适当养护方式, 保证混凝土内外温差在25℃以下。
2.2混凝土水化热控制
混凝土水化热主要由原材料和配合比决定。
2.2.1原材料选择
水泥: 在满足指定强度和坍落度的条件下, 对于大体积混凝土来说, 一般应优先采用水化热较低的矿渣、火山灰水泥和粉煤灰水泥。我们选用PS32. 5 矿渣硅酸盐水泥。
细骨料: 一般采用中粗砂, 在特细砂区要使用特细砂与机制砂拌制的混合砂, 以提高砂的细度模数。我们采用的是中粗砂。
粗骨料: 石子宜采用大粒径的连续级配碎石或卵石, 以减少混凝土收缩, 降低水泥用量。考虑到泵送, 我们选用的是5~ 31. 5mm 的碎石。
水: 拌制混凝土宜用可饮用水, 现场采用自来水。
外加剂: 在混凝土中掺入复合型外加剂和粉煤灰, 以减少绝对用水量和水泥用量, 改善混凝土的和易性与可泵性, 延长缓凝时间, 减慢水泥水化热释放速度,推迟和降低体内温度峰值。我们同时掺入了RB- 4A高效缓凝减水剂和粉煤灰。
2.2.2混凝土配合比
混凝土配比根据实际情况经试验确定, 砂率应控制在0. 4~ 0. 45 之间( 现场采用0. 38) , 在满足泵送及混凝土强度的条件下, 尽可能的降低砂率, 减小坍落度, 降低单位体积混凝土水泥用量。
2.3内部降温与外部保温控制
(1) 混凝土内部降温措施: 为加快混凝土内部水化热的散发, 降低内部温度, 沿承台竖向呈U布设4 层管径 25mm 钢管作冷却水管, 间距1. 0m。每层冷却管单独设进出水口, 一方面加大冷却水量, 另一方面便于测取每个高度的准确温度。通过现场测量, 当混凝土内部温度高于冷却用水温度时即开始通水降温。
根据规范要求, 混凝土内部与表面温差应控制在20 ~ 30 , 当温差超过规定时, 用高压泵送水, 加大水流量, 加快热量置换。
(2) 混凝土外部的覆盖保温: 利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度, 减少混凝土的内外温差, 是一项简便有效的温度控制方法。
因现场承台采用砖外模, 砖模外用砂土回填, 在混凝土水化升温的过程中, 砖模温度也随之上升, 且散发速度慢, 所以混凝土与侧壁四周温差不会超出规范要求。在承台混凝土顶面采用了塑料薄膜和棉被两层覆盖保温。塑料薄膜一方面起到一定的保温效果, 另一方面可以防止水份蒸发, 避免因混凝土表面温度过高而造成干裂。棉被可以有效的隔离混凝土表面与外界冷空气环境。
另外, 为防止因冬季气温急剧下降, 混凝土外部保温效果不理想, 而造成承台混凝土产生开裂, 现场还备用了塑料大棚和暖风机, 以提高混凝土外部环境温度,减小温差。
2.4收缩开裂控制
如上所说, 混凝土除在水化升温过程中易产生裂缝外, 在降温过程中因自身收缩变形的作用下也可能开裂。所以一方面, 在混凝土浇筑后立即用塑料膜覆盖，减少因表面水分的蒸发而引起混凝土体积的收缩量; 另一方面, 在承台垫层顶铺设一层厚塑料板, 在混凝土产生收缩时, 减小混凝土与垫层的摩擦力, 即减小收缩受到约束, 防止混凝土产生收缩裂缝。
2.5温度测量
因为温控的对象是混凝土的温度, 那么通过对温度监测, 掌握温控过程中温度实际状况, 为温控分析和操作提供依据就是很必要的。
温度测点应有代表性, 在竖向上, 上、中、下、底、表均应有测点, 在平面上, 中、边、侧也均应有测点。
混凝土内部的温升, 主要集中在浇筑后的2~ 5d，一般在3d 之内温升可达到或接近最高峰值。浇筑温度每天测温的间隔时间, 控制在1~ 2h 内。
测温点平面布置按浇筑前后顺序及结构特点在不同区域布置测温点12 个。浇筑较早的地区布点, 可较早地掌握该工程的混凝土温度变化规律, 并能及时地指挥后续施工和养护工作。
在混凝土浇筑前, 将下端封闭的测温套管固定在测温点平面位置上, 并在套管的不同高度放置测量元件。通过热电转换、数据采集及处理, 在微机上监控大体积混凝土的内部温度变化情况, 确保大体积混凝土施工养护工作的安全性和有效性。
三、混凝土的保温和养护
混凝土的保温和养护, 一是减少混凝土表面的热扩散和温度降低过快, 防止产生表面裂缝; 二是延长散热时间, 随着混凝土龄期的发展, 混凝土强度的提高, 混凝土中应力松弛特性得以发挥, 使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度, 防止贯穿裂缝的产生。本工程通过计算采用一层25 Inln 厚防水岩棉加两层薄膜进行保温。
延长养护时间, 在浇筑后12 h 内覆盖养护, 加入足够的养护水, 使混凝土保持湿润状态, 养护时间不少于15d , 以达到延缓降温时间和速度, 充分发挥混凝土的应力松弛效应。
四、结语
通过北辰路斜拉桥主塔承台大体积混凝土的施工，冬季施工温度控制措施有效、可行, 混凝土温差控制及混凝土质量均符合规范要求。
大体积混凝土裂缝的产生会影响到整个工程建筑的质量和安全。因此，建筑施工前要采取相应的措施调整内外温差和湿度，施工之时也要有专人检测温度和湿度的变化，避免泌水现象和裂缝现象的产生。总而言之，大体积混凝土是当前建筑施工中比较常见的一种新型技术，只有严格、仔细的落实每一个施工规范和施工环节，确保浇筑后的保温工作实施无误，该项技术就能取得满意的效果。
参考文献:
[1] 公路施工手册 桥涵( 上册) [ M] . 北京: 人民交通出版社, 1999.
[2] 叶琳昌, 沈义. 大体积混凝土施工[ M] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1987.
[3] 朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制[M ] . 北京: 中国电力出版社, 1999.
[4] JTJ041- 2000 公路桥涵施工技术规范[ S] . 北京: 人民交通出版社, 2000.
[5] 陈明宪. 斜拉桥建造技术[ M] . 北京: 人民交通出版社,
关键词: 大体积混凝土; 冬季; 温度控制。
Abstract: This paper with specific engineering examples of construction of large volume concrete temperature control in winter.
Keywords: mass concrete; winter; temperature control.
中图分类号： TV544+.91 文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
北京市北辰路斜拉桥系50m+ 120m+ 50m 双塔双索面斜拉桥, 主塔设计4个承台, 承台尺寸为13. 55m10. 25m4. 25m, 设计标号C30, 混凝土方量为620m3 , 属大体积混凝土。因为其构成的结构尺寸大, 混凝土用量大,水泥水化热使结构产生温度和收缩变形, 加之施工时处于冬季, 混凝土内外温差会增大, 所以必须采取措施解决水化热及随之产生的体积变形问题, 以最大限度地减少混凝土结构的开裂。施工时间为11 月中旬, , 室外自然气温—6 ℃~ 8 ℃ , 属于冬季施工。根据现场实际, 采用由远到近, 斜面分层一次浇筑, 分层厚度400~ 500 mm, 混凝土倾斜角度约为1：5。混凝土浇筑过程中, 两台输送泵并列推进, 每台泵最大作业宽度15 m。现场值班人员根据实际情况记录每处混凝土的浇捣时间, 及时安排第二次混凝土浇捣时间, 避免出现施工缝。考虑混凝土冬季施工要求, 混凝土用热水搅拌, 保证出罐温度为8 ℃ ~ 10 ℃ , 入模温度为6 ℃~ 8 ℃。
二、温度控制技术
混凝土最大温差的影响因素总的来讲为浇筑温度、水泥水化热引起的温升和混凝土的散热三部分。所以我们针對这三个方面采取了相应的措施。
2.1浇筑温度控制
浇筑温度主要由拌和温度和混凝土运输温差变化决定。现场一般的做法是降低原材料自身温度( 比如在混凝土拌和时加入冰块、对骨料喷水冷却、输送管淋水降温等) , 来降低混凝土的拌和温度。由于我们施工时间正值冬季, 所以原材料不作降温处理, 采取正温搅拌和浇筑。
基础底板采用分段分层的浇筑方法, 混凝土由远及近, 随着混凝土的浇筑, 泵管由远及近逐渐拆除,由西向东按800m间距分段分层浇筑, 确保在混凝土产生初凝前浇筑完本段混凝土, 同时进行下一段的混凝土浇筑。为了防止温度裂缝和收缩裂缝的出现, 在施工过程中控制每层浇筑厚度, 通过测温记录与覆盖保温措施, 使内外温差控制在25 ℃ 以内, 确保混凝土在龄期内不会因水化热过大而引发收缩应力裂缝。
为尽可能消除隐患, 根据相关资料拟定了温控思路: 混凝土入模温度控制在5℃以上、10℃以下; 采取适当养护方式, 保证混凝土内外温差在25℃以下。
2.2混凝土水化热控制
混凝土水化热主要由原材料和配合比决定。
2.2.1原材料选择
水泥: 在满足指定强度和坍落度的条件下, 对于大体积混凝土来说, 一般应优先采用水化热较低的矿渣、火山灰水泥和粉煤灰水泥。我们选用PS32. 5 矿渣硅酸盐水泥。
细骨料: 一般采用中粗砂, 在特细砂区要使用特细砂与机制砂拌制的混合砂, 以提高砂的细度模数。我们采用的是中粗砂。
粗骨料: 石子宜采用大粒径的连续级配碎石或卵石, 以减少混凝土收缩, 降低水泥用量。考虑到泵送, 我们选用的是5~ 31. 5mm 的碎石。
水: 拌制混凝土宜用可饮用水, 现场采用自来水。
外加剂: 在混凝土中掺入复合型外加剂和粉煤灰, 以减少绝对用水量和水泥用量, 改善混凝土的和易性与可泵性, 延长缓凝时间, 减慢水泥水化热释放速度,推迟和降低体内温度峰值。我们同时掺入了RB- 4A高效缓凝减水剂和粉煤灰。
2.2.2混凝土配合比
混凝土配比根据实际情况经试验确定, 砂率应控制在0. 4~ 0. 45 之间( 现场采用0. 38) , 在满足泵送及混凝土强度的条件下, 尽可能的降低砂率, 减小坍落度, 降低单位体积混凝土水泥用量。
2.3内部降温与外部保温控制
(1) 混凝土内部降温措施: 为加快混凝土内部水化热的散发, 降低内部温度, 沿承台竖向呈U布设4 层管径 25mm 钢管作冷却水管, 间距1. 0m。每层冷却管单独设进出水口, 一方面加大冷却水量, 另一方面便于测取每个高度的准确温度。通过现场测量, 当混凝土内部温度高于冷却用水温度时即开始通水降温。
根据规范要求, 混凝土内部与表面温差应控制在20 ~ 30 , 当温差超过规定时, 用高压泵送水, 加大水流量, 加快热量置换。
(2) 混凝土外部的覆盖保温: 利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度, 减少混凝土的内外温差, 是一项简便有效的温度控制方法。
因现场承台采用砖外模, 砖模外用砂土回填, 在混凝土水化升温的过程中, 砖模温度也随之上升, 且散发速度慢, 所以混凝土与侧壁四周温差不会超出规范要求。在承台混凝土顶面采用了塑料薄膜和棉被两层覆盖保温。塑料薄膜一方面起到一定的保温效果, 另一方面可以防止水份蒸发, 避免因混凝土表面温度过高而造成干裂。棉被可以有效的隔离混凝土表面与外界冷空气环境。
另外, 为防止因冬季气温急剧下降, 混凝土外部保温效果不理想, 而造成承台混凝土产生开裂, 现场还备用了塑料大棚和暖风机, 以提高混凝土外部环境温度,减小温差。
2.4收缩开裂控制
如上所说, 混凝土除在水化升温过程中易产生裂缝外, 在降温过程中因自身收缩变形的作用下也可能开裂。所以一方面, 在混凝土浇筑后立即用塑料膜覆盖，减少因表面水分的蒸发而引起混凝土体积的收缩量; 另一方面, 在承台垫层顶铺设一层厚塑料板, 在混凝土产生收缩时, 减小混凝土与垫层的摩擦力, 即减小收缩受到约束, 防止混凝土产生收缩裂缝。
2.5温度测量
因为温控的对象是混凝土的温度, 那么通过对温度监测, 掌握温控过程中温度实际状况, 为温控分析和操作提供依据就是很必要的。
温度测点应有代表性, 在竖向上, 上、中、下、底、表均应有测点, 在平面上, 中、边、侧也均应有测点。
混凝土内部的温升, 主要集中在浇筑后的2~ 5d，一般在3d 之内温升可达到或接近最高峰值。浇筑温度每天测温的间隔时间, 控制在1~ 2h 内。
测温点平面布置按浇筑前后顺序及结构特点在不同区域布置测温点12 个。浇筑较早的地区布点, 可较早地掌握该工程的混凝土温度变化规律, 并能及时地指挥后续施工和养护工作。
在混凝土浇筑前, 将下端封闭的测温套管固定在测温点平面位置上, 并在套管的不同高度放置测量元件。通过热电转换、数据采集及处理, 在微机上监控大体积混凝土的内部温度变化情况, 确保大体积混凝土施工养护工作的安全性和有效性。
三、混凝土的保温和养护
混凝土的保温和养护, 一是减少混凝土表面的热扩散和温度降低过快, 防止产生表面裂缝; 二是延长散热时间, 随着混凝土龄期的发展, 混凝土强度的提高, 混凝土中应力松弛特性得以发挥, 使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度, 防止贯穿裂缝的产生。本工程通过计算采用一层25 Inln 厚防水岩棉加两层薄膜进行保温。
延长养护时间, 在浇筑后12 h 内覆盖养护, 加入足够的养护水, 使混凝土保持湿润状态, 养护时间不少于15d , 以达到延缓降温时间和速度, 充分发挥混凝土的应力松弛效应。
四、结语
通过北辰路斜拉桥主塔承台大体积混凝土的施工，冬季施工温度控制措施有效、可行, 混凝土温差控制及混凝土质量均符合规范要求。
大体积混凝土裂缝的产生会影响到整个工程建筑的质量和安全。因此，建筑施工前要采取相应的措施调整内外温差和湿度，施工之时也要有专人检测温度和湿度的变化，避免泌水现象和裂缝现象的产生。总而言之，大体积混凝土是当前建筑施工中比较常见的一种新型技术，只有严格、仔细的落实每一个施工规范和施工环节，确保浇筑后的保温工作实施无误，该项技术就能取得满意的效果。
参考文献:
[1] 公路施工手册 桥涵( 上册) [ M] . 北京: 人民交通出版社, 1999.
[2] 叶琳昌, 沈义. 大体积混凝土施工[ M] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1987.
[3] 朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制[M ] . 北京: 中国电力出版社, 1999.
[4] JTJ041- 2000 公路桥涵施工技术规范[ S] . 北京: 人民交通出版社, 2000.
[5] 陈明宪. 斜拉桥建造技术[ M] . 北京: 人民交通出版社,