东一路混凝土温控报告

1、东一路跨楚河桥桥台大体积混凝土温控报告武 汉 理 工 大 学2011年7月东一路跨楚河桥桥台大体积混凝土温控报告1 总体完成情况东一路跨楚河桥单个桥台基础采用6根2.5m钻孔灌注桩，其中0#桥台长约42.00m，宽约10.20m，高约4.00m，混凝土浇筑方量约为1713.60m3；1#桥台长约47.30m，宽约10.20m，高约4.00m，混凝土浇筑方量约为1929.84m3，0#和1#桥台均属于大体积混凝土结构。为防止混凝土由水化热温升而产生温度裂缝，保证大桥的长期安全使用，受武汉市市政建设集团有限公司第一直属项目部委托，武汉理工大学承担了东沙连通工程东一路跨楚河桥桥台混凝土的配合比优化设

2、计、温控施工方案设计及现场监控工作。武汉理工大学综合采用分层浇筑以及配合比优化设计减少水泥用量的方法，降低水化热，达到取消冷却水管，抑制桥台混凝土结构温度裂缝产生的目的。采用密实骨架堆积设计方法对桥台大体积混凝土的配合比进行了优化设计，高掺粉煤灰和矿粉取代部分水泥，降低了混凝土的水化温升，提高了混凝土的耐久性能和长期力学性能，并采用了有限元分析软件对桥台混凝土的温度场和温度应力场进行了计算，根据计算结果，桥台大体积采用合理施工及养护措施可以取消冷却水管并满足设计要求。为防止本工程大体积混凝土结构产生温度裂缝，武汉理工大学根据东一路跨楚河桥桥台的特点提出相应的温控标准和温控措施，并对东一路跨楚河

3、桥桥台进行了内部温度的监控，根据监测结果指导砼的浇筑和养护工作。 0#桥台和1#桥台大体积混凝土施工从2011年5月24日开始到2011年6月18日截止，在各方共同努力下，东一路跨楚河桥桥台大体积混凝土施工质量优良，没有产生有害温度裂缝。桥台施工及后期养护于昼夜温差较大的春夏交界期间进行，然而在取消冷却水管的情况下，桥台大体积混凝土内表最大温差仍小于25，混凝土的抗拉强度均大于同龄期降温时产生的拉应力，具有较高的抗裂安全系数。2 桥台混凝土配合比优化设计及施工2.1 桥台大体积混凝土配合比桥台部位大体积混凝土设计强度等级为C40，由于属于大体积混凝土结构，当混凝土中水泥用量大时，其水化温升高，

4、收缩大，易产生温度裂缝。为此，本课题组采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计，从而达到了减少胶凝材料用量、提高混凝土耐久性和体积稳定性的目的。密实骨架堆积设计法不仅可以优化集料的组成级配，而且显著提高了混凝土材料的结构致密性，在保证混凝土具有良好工作性的条件下，最大限度的降低胶凝材料的用量进而提高混凝土的力学性能、耐久性和经济性。通过密实堆积计算过程，可得出配制高性能大体积混凝土的水泥、粉煤灰、矿粉、水、砂及粗集料的用量，从而确定桥台大体积混凝土的初步基准配合比，再根据混凝土配合比的验证试验，确定最终的混凝土最优化配合比。1）原材料：水泥：湖北华新P.O42.5水泥，比表面积为330 m2/k

5、g；粉煤灰：武汉青山热电厂级灰，需水量比为102%，细度为4.8%（筛余）；矿粉：湖北华新S95级，比表面积400m2/kg，实测比表面积为428 m2/kg，流动度比为100%，7天活性指数为85%，28天活性指数为101%；砂：十堰五龙中砂，含泥量3.0%，细度模数2.52.9符合区颗粒级配；石：碎石，粒径525mm连续级配碎石，压碎值10%，针片状12%；减水剂：湖北华烁聚羧酸高性能缓凝型减水剂，减水率为28.6%。2）配合比及性能表1 桥台C40大体积混凝土配合比水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)矿粉(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)减水剂(kg/m3)

6、坍落度(cm)抗压强度（MPa）0h1h28d14516013013078511004.821.019.547.9表2 桥台C40大体积混凝土各项性能实测结果标号坍落度（mm）抗压强度（MPa）劈裂抗拉强度（MPa）0h1h28d3d7d28dC4021019047.71.62.73.32.2 施工经有限元软件分析计算，在采用合适的预留后浇段分段浇筑方案下，桥台混凝土可实现取消冷却水管施工。同时，为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，施工单位加强对混凝土每一施工环节的控制，武汉理工大学和监理单位对桥台大体积混凝土拌合、输送、浇筑、振捣到养护、保温整个过程实行了监控。本次大体

7、积混凝土施工严格按照公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）进行，实施如下：（1）混凝土拌制配料前，各种计量设备进行了计量标定，称料误差符合规范要求。通过及时的检测粗、细骨料的含水率，调整用水量，严格控制了新拌混凝土质量，使混凝土的坍落度保持在18cm21cm，具有优良的泵送施工性能。（2）浇筑混凝土前对模板、钢筋、预埋件、监控元件及线路等进行了检查，同时检查了仓面内冲毛情况是否有碎碴异物等，检验合格后开盘施工。（3）浇注混凝土时，通过采用串筒，溜管等设施，并且在串筒出料口下面，混凝土堆积高度不宜超过0.5米，即时摊平，分层振捣，分层浇注厚度（0.5m），保持从仓面一侧向另一侧浇筑的顺序

8、和方向，有效防止了混凝土离析。（4）浇筑混凝土时，采用振动器振实：（1）使用插入式振动器，移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模保持5-10cm距离，避开预埋件或监控元件10-15cm，插入下层混凝土5-10cm；（2）对每一部位混凝土振动到密实为止，密实的标志是：混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦、泛浆。（5）严格按公路桥涵施工技术规范（JTJ041-89）要求进行了各层间和各块间水平和垂直施工缝处理。（6）各层混凝土浇筑完之后即用塑料薄膜覆盖混凝土表面进行了养护，一方面避免塑性收缩裂缝的出现，另一方面起到保温的作用。当遇到寒潮时，混凝土各面使用棉毯进行了表面保温覆盖并采取洒水

9、保湿，作法如下：在混凝土表面覆盖两层毛毯，上面再包一层彩条布，并适当推迟混凝土的拆模时间，拆模后涂刷养护液并及时保温覆盖，以满足内表温差要求，且拆模时间选择一天中较高温度的时刻。待混凝土浇筑到一定的高程后，经检查认可及时回填。3 检测实施方案及所用仪器3.1 检测工作顺序检测工作按下列框图进行：标 定具中器中器具器具器选购温度传感器具中器中器具器具器接长电缆具中器中器具器具器选购屏蔽电缆具中器中器具器具器预埋传感器具中器中器具器具器购保护材料具中器中器具器具器电缆保护具中器中器具器具器连接仪器具中器中器具器具器实施测量具中器中器具器具器成果整理分析具中器中器具器具器温控效果分析具中器中器具器具

10、器3.2 检测所用仪器温度传感器为PN结温度传感器，温度检测仪采用采用LD218型多路数据巡记录控制仪，温度传感器的主要技术性能：（1）测温范围-50150 （2）工作误差±0.5 （3）分辨率0.1 （4）平均灵敏度-2.1(mV/)3.3 监测方案为做到信息化施工，真实反映各层混凝土的温控效果，以便出现异常情况及时采取有效措施，施工过程中对混凝土进行了相关温度监测。测点布置平面示意图见图3-1至3-3。各项监测项目在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度监测，在升温阶段每隔2h巡回监测各点温度一次。到达峰值后每隔4h监测一次，随着混凝土温度变化减小，逐渐延长监测间隔时间，直

11、至温度变化基本稳定。图3-1 0#桥台温度测点平面布置图（单位：mm）图3-2 1#桥台温度测点平面布置图（单位：mm）图3-3 桥台混凝土测温点剖面布置图（单位：mm）4 桥台大体积混凝土温度监测结果及分析东一路跨楚河桥桥台大体积混凝土各层测温点的测温记录及内表温差计算结果（见附表1-2）。4.1 1#桥台混凝土温度经时曲线4.1.1 1#桥台第一次浇筑混凝土温度经时曲线图4-1 1#桥台-第一层测点温度经时变化曲线图4-2 0#桥台-第二层测点温度经时变化曲线4.1.2 1#桥台第二次浇筑混凝土温度经时曲线图4-3 2#桥台-浇筑块1-第三层测点温度经时变化曲线4.1.2 1#桥台第二次浇

12、筑混凝土温度经时曲线图4-4 2#桥台-浇筑块2-第一层测点温度经时变化曲线图4-5 2#桥台-浇筑块2-第二层测点温度经时变化曲线图4-6 2#桥台-浇筑块2-第三层测点温度经时变化曲线图4-7 桥台养护期间气温经时变化曲线 4.3 应力分析上述监测结果可知，由于0#桥台养护期间遇大幅降温天气，内外温差较1#桥台大，由内外温差引起的温度应力大于1#桥台，故此处仅对0#桥台进行相关应力分析。通过监测结果调整混凝土水化放热特征数据采用有限元软件再次匹配进行温度应力模拟，从而得出各龄期下大体积混凝土内部的温度应力水平。应力模拟结果见下图：图4-8 桥台第一层第3d混凝土内部温度应力场图4-9 桥台

13、第一层第7d混凝土内部温度应力场图4-10桥台第一层第28d混凝土内部温度应力场图4-11 桥台第二层第3d混凝土内部温度应力场图4-12桥台第二层第7d混凝土内部温度应力场图4-19桥台第二层第28d混凝土内部温度应力场各龄期下混凝土的最大拉应力分析结果见表3：表3 桥台混凝土最大拉应力表（MPa） 龄期编号第3天第7天第28天2#桥台第一层0.560.761.112#桥台第二层0.620.801.30由上述分析结果以及混凝土相关力学性能可知，经设置后浇段分块浇筑及配合比优化设计后的东一路跨楚河桥桥台大体积混凝土其浇筑后各龄期下的温度应力均小于其各龄期下混凝土的劈裂抗拉强度，且具有较高安全系

14、数，满足相关设计要求。5 结果分析由桥台大体积混凝土的监测记录可得：各层混凝土温度变化都有迅速的升温和缓慢降温的特征，直到最后达到稳定阶段。在未进行预埋冷却水管施工的情况下：0#桥台第一次浇筑（2.5m厚），入模温度21-23，最高温度为60.5，断面最高平均温度为52.1，最大内外温差为16.3；0#桥台第二次浇筑（1.5m厚），入模温度20-24，最高温度为55.1，断面最高平均温度为53.8，最大内外温差为22.6。1#桥台第一次浇筑（2.5m厚），入模温度18-22，最高温度为59.8，断面最高平均温度为58.9，最大内外温差为17.8；1#桥台第二次浇筑（1.5m厚），入模温度22-

15、25，最高温度为59.7，断面最高平均温度为57.4，最大内外温差为11.7。混凝土浇筑块体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）均满足大体积混凝土施工规范中规定不宜大于25的要求，其混凝土浇筑体表面与大气温差满足大体积混凝土施工规范中规定不宜大于20的要求。为避免日间太阳辐射及较高环境温度对大体积混凝土产生不利影响，本工程桥台混凝土施工均于夜间进行，桥台混凝土入模温度均在25以内，较低的入模温度延缓了混凝土的水化过程，使得矿粉、粉煤灰等矿物掺合料水化过程延迟，温峰出现的时间推迟且持续时间延长，导致监测的混凝土内部温度与前期模拟分析的混凝土内部温度有部分差异。经武汉理工大学长期以来对大体积混凝

16、土的相关研究工作以及众多实际工程经验表明，大体积混凝土的温度裂缝多由放热及降温过程中的温度分布不均匀，产生了较大温度梯度引起，当混凝土内外温差控制得当时，混凝土产生温度裂缝的几率即会大大降低。同时，由有限元分析结果及力学试验结果可知，桥台混凝土劈裂抗拉强度均大于同龄期下混凝土温度应力，且有较大安全系数。由于本次桥台在养护过程中昼夜气温变化显著，在较大的气温波动下，极不利于大体积混凝土内外温差控制，故浇筑工作完成后即对顶面混凝土采取塑料薄膜覆盖措施，有效抑制了气温对混凝土表面的影响，阻止了混凝土干缩的发生；桥台后期养护过程中，为不影响上部结构的施工进度，对于桥台顶面和侧面采用即时洒水保湿养护措施；为防止边部混凝土降温过快，使混凝土内外温差加大，桥台混凝土拆模后即进行了土方回填，成功使内外温差控制在25以内，经过拆模观察混凝土表面质量良好，无温度裂缝产生。6 总结武汉理工大学采用密实骨架堆积设计方法对桥台大体积混凝土的配合比进行了优化设计，高掺粉煤灰和矿粉取代部分水泥，降低了混凝土的水化温升，提高了混凝土的耐久性能和长期力学性能，并采用有限元分析软件进行了桥台混凝土的温度场和温度应力场计算，确定了分层浇筑的最佳浇