大体积混凝土温控技术监理要点

大体积混凝土温控技术摘要：大体体积混凝土（以以下称砼）施施工时，由于于水泥水化过过程中产生大大量的水化热热，由内向外外传递，使砼砼内部温度逐逐步升高，而而边缘受气温温影响而降低低，造成砼内内表温差而产产生温度应力力。本文通过过国内第一大大承台，即五五河口特大桥桥主墩承台近近万方砼浇筑筑，在温控方方面取得的成成功经验，介介绍大体积砼砼温控设计、监监控、实施步步骤，探索防防止温差裂缝缝的方法。关键词：大体积积砼温控监测防裂技术温控项目概述五河口斜拉桥位位于江苏淮安安京杭运河、废废黄河等五条条河交汇处，故故名五河口特特大桥，其主主塔承台平面面尺寸为49.5mm×33.11m的矩形截面面，高6m。该承台号号称国内第一一大承台，砼砼方量9830mm3，分两次浇浇筑成形，第第一次浇筑厚厚度3.2m，砼5240mm3，第二次浇浇筑厚度2.8m，砼4590mm3，砼设计强强度C30。砼浇筑过程中，由由于水泥水化化热作用，承承台内部温度度经历升温期期、降温期、稳稳定期三阶段段，与此同时时砼的弹性模模量不断增长长，由于早期期弹模较低，产产生的压应力力很小，而后后期弹模增大大，产生的拉拉应力较大使使砼内部形成成拉应力。如如果该应力超超过其抗裂能能力，砼就会会开裂。而施施工时间11、12月，正值当当地年最低温温季节，砼表表面受气温影影响而降温，更更加剧了内外外温差幅度，因因此必须对承承台大体积砼砼采取温控防防裂措施。经经对承台砼内内部温度场及及仿真应力场场计算，制定定不出现有害害温度裂缝的的温控标准，并并据此制定温温控措施。承台大体积砼温温控计算表1胶凝材料水化热试验结果水泥%粉煤灰(%)外加剂%水化热（J／g）1d3d7dP.C32.580Ⅱ级灰200.6147192214P.S32.575Ⅱ级灰250.6102157188矿渣42.5Ⅱ级灰250.6132.8189.6239.8表2C30砼弹性模量取值(×104Mpa)龄期3d7d28d表1胶凝材料水化热试验结果水泥%粉煤灰(%)外加剂%水化热（J／g）1d3d7dP.C32.580Ⅱ级灰200.6147192214P.S32.575Ⅱ级灰250.6102157188矿渣42.5Ⅱ级灰250.6132.8189.6239.8表2C30砼弹性模量取值(×104Mpa)龄期3d7d28d60d90d180d数值1.282.033.243.323.663.96表3C30砼热学参数取值线胀系数α(10－6/℃)导温系数m2/h导热系数kcal/m.h.℃最大绝热温升℃7.90.00512.740表4C30砼自身体积变形取值(×10-6)龄期3d7d14d21d28d60d90d180d数值1.0210.5415.035.06-4.88-7.25-20-50.3注：表中“－”表示收缩2.1计算条件件2.1.1根据承台结结构特点，取取1/4计算；砼分分二次浇筑，浇浇筑厚度为3.2m和2.8m；2.1.2气象资料：：气温、水温温根据资料取取值，浇筑时时间11、12月，上年同同期温度最高高16.5℃，最低-8.7℃；平均风力力按6m/s考虑。2.1.3承台台内部用冷却却水管控温（图1,2）；砼终凝后顶面洒水保温养护，侧面用5cm厚泡沫板保温。2.1.4CC30砼弹性模量量、热学参数数、干缩变形形和自生体积积变形等按规规范和经验取取值。并考虑虑砼的徐变引引起的应力松松弛作用；砼砼泊松比为0.167，比热为1.0kJJ/kg。取值见表1,2,3,4。[2]2.1.5根根据砼配合比比，计算砼绝绝热温升为440℃。2.2砼材料参参数及数值模模型砼材料参数参考考设计规范及及试验结果。计计算中使用的的绝热温升、弹弹性模量、徐徐变度拟合公公式分别为：：2.2.1水水泥水化热：：水泥水化热热公式取双曲曲线函数θ=θ0(1-е-m1ttm2)（2-1）式中：θ0－－最终绝热温温升，τ－时间，m1,m2－参数。作者简介：叶松松（1976），男，湖湖北人，工程程师，大本，主主要从事道路路与桥梁监理理，（E-mai::，）2.2.2弹性模量：：弹性模量随随时间的增长长曲线采用四四参数双指数数形式，即E(τ)=E00+E1(1－e－ατβ)（2-2）式中：E0初始始弹模；E1最终弹模与与初始弹模之之差；α,β与弹模增长长速率有关的的两个参数，其其值分别取0.14和0.17。2.2.3徐变度：根据据工程经验，C30砼徐变度如如下（单位：：10-6／MPa）：（2-3）表5第一层砼最大温度主拉应力（MPa）龄期(d)714表5第一层砼最大温度主拉应力（MPa）龄期(d)714286090120140第一层砼应力1.251.602.402.95第二层砼应力1.251.622.432.983.273.163.10表6C30砼劈裂抗拉强度取值龄期(d)7142860Rpl（MPa）1.792.573.34.033.1温度场主主要特征砼浇筑后2～33天即达到温温度峰值，温温峰持续1天左右开始始下降，初期期降温速率较较快，以后逐逐渐减慢，15～20天后降温平平缓，温度趋趋于稳定状态态。砼内部最最高温度约51℃，温度分布布为中部高，四四周较低。3.2应力场主主要特征根据计算结果，承承台各层砼主主要龄期的最最大主拉应力力见表5，砼早期（14天左右）最最大温度应力力为1.60MMPa，而此时C30砼劈裂抗拉拉强度一般应应大于2.0Mppa（见表6），抗裂安安全系数k＞1.5，后期也有1.5倍以上的抗抗裂安全系数数。如果砼施施工质量良好好，不会产生生有害温度裂裂缝。根据计计算结果，承承台内部温度度应力呈现出出四周边缘应应力较大，而而中间应力较较小的特征。温度控制标准根据计算结果，在在施工期内为为保证承台不不出现有害温温度裂缝，宜宜采取如下温温控标准：4.1砼浇筑温温度：指砼平平仓振捣后，上上层砼覆盖前前，距砼表面面10～15cm处温度，浇浇筑温度≤25℃；4.2砼内表温温差：指砼内内部平均最高高温度与表面面最低温度之之差，砼内表表温差≤25℃；4.3砼内部最最高温度：指指砼内部平均均温度最高值值，砼内部最最高温度≤65℃4.4砼降温速速率：≤2.0℃/d。温控措施5.1优化砼配配合比，降低低水化热合理选择砼原材材料，选择级级配良好的砂砂、石料，选选择优良的砼砼外加剂，增增强砼强度，提提高抗裂能力力，降低水泥泥用量，是降降低砼内部水水化热温升的的重要环节，因因此必须进行行砼配合比优优化设计。控制原材料质量量，减少水泥泥用量1）水泥：采用用PC32.55水泥，使用用温度≤55℃，否则降低低水泥温度。水水泥分批检验验，质量稳定定。2）粉煤灰：根根据粉煤灰砼砼技术规范，大大体积砼可按按60d作为砼强度度等级考核指指标，在规范范允许范围内内尽量增加粉粉煤灰掺量，以以推迟水化热热温峰的出现现，降低绝热热温升，粉煤煤灰采用Ⅱ级灰。[3]]3）集料：细集集料采用江苏苏宿迁中粗砂砂，细度模数数2.4～2.6，含泥量<2％；粗骨料料采用江苏盱盱眙二级配碎碎石，5～16mm占30％，16～31.5mmm占70％，级配优优良，含泥量量<2％，其他指指标符合规范范要求。[11]4）外加剂：采采用缓凝高效效减水剂，最最大限度降低低水泥用量，推推迟水化热温温峰的出现。掺掺量0.6%(占胶凝材料)。使用前配配成溶液，拌拌和均匀，做做好配制记录录；固体外加加剂提前分袋袋称好。[33]表7承台C30砼施工配合比水胶表7承台C30砼施工配合比水胶比配合比水泥kg/m3粉煤灰kg/m3外加剂%砂率坍落度cm抗压强度MPa5d7d28d0.400.40:1:1.91:2.6372971050.80.4216.521.628.645.8由于优化砼配合合比，选用P.C322.5复合水泥，掺掺入20%Ⅱ级粉煤灰和和超缓凝剂。粗粗集料采用二二级配，选出出最低空隙率率和最佳级配配曲线，在保保证强度的前前提下，尽量量降低胶凝材材料用量，从从而大大降低低了水化热，起起到了早期抑抑制温升的效效果。经检测测比同等级砼砼最高温度推推迟三天左右右，最高温度度降低30%左右。砼强强度按60d龄期考核，但但14天应达到22.MPPa，28天应达到30MPPa。砼粘聚性性良好，不离离析、不泌水水，坍落度16-188cm，初凝时间≥35h。5.2控制砼砼浇筑温度砼开盘前，测水水泥、砂石、水水的温度，计计算砼出机温温度，并估算算浇筑温度如如超过25℃，应在夜间20时以后浇筑筑，并控制原原材料的温度度，如骨料遮遮阳洒水降温温，水泥温度度过高应要求求厂家在出厂厂前放一段时时间。5.2.1砼砼的出机温度度：T0T0=（0.220+Qs）WsTs++(0.200+Qg)WWgTg+00.20WccTc+(WWw-QsWWs-QgWWg)Tw00.20(WWs+Wg++Wc)+WWw表8砼运输时冷(热)量损失A值运输工具砼容积m3A自卸汽车1.00.0040自卸汽车1.40.0037自卸汽车2.00.0030长方形吊斗0.30.0022长方形吊斗1.60.0013园柱形吊斗1.60.0009式中：Qs、QQg分别为砂砂、石的含水水量，以%计；Ws,Wg,,Wc,Www表8砼运输时冷(热)量损失A值运输工具砼容积m3A自卸汽车1.00.0040自卸汽车1.40.0037自卸汽车2.00.0030长方形吊斗0.30.0022长方形吊斗1.60.0013园柱形吊斗1.60.00095.2.2砼砼浇筑温度：：TpTp=To+((Tn-To)(θ1+θ2+θ3+...++θn)式中：Tn砼运运输和浇筑时时气温；θ1,θ2,θ3,θn有关系数，数数值如下：（1）砼装、卸卸和转运，每每次θ=0.033；（2）运输时θ=Aτ,τ运输时间，A表8；（3）浇筑时θ=0.003τ,τ浇筑时间。第一三五层冷却水管平面图cm图1：第二四层冷却水管平面图cm图2：冷却水管立面图cm5.3埋设冷第一三五层冷却水管平面图cm图1：第二四层冷却水管平面图cm图2：冷却水管立面图cm5.3.1冷却却水管位置冷却水管采用φφ50mm薄壁钢管（壁壁厚2.5mm）；冷却却水管沿垂直直方向布置5层，层间距1m，水平间距1m，每根管长长度≤180m。进出水口口集中布置，以以便统一管理理，进水口利利用阀门控制制冷却水流量量。（如图1、图2），冷却水水用江水。5.3.2冷却却水管使用及及其控制1）冷却水管使使用前进行压压水试验，防防止漏水、阻阻水。2）砼浇筑到各各层冷却管标标高后即通水水，通水时间间10～15天，具体时时间根据检测测结果确定，通通水流量大于于25L/mmin；3）设置水箱以以循环水冷却却控制进出水水温，在保证证冷却管进水水温度与砼内内部最高温差差≤25℃条件下，尽尽量降低冷却却水温度。4）第一层砼浇浇筑时第一、第第二层冷却水水管通水；第第二层砼浇筑筑时，第三四四五层冷却水水管通水。5）通水冷却全全部结束后，用用同标号水泥泥浆或砂浆压压注管道。5.4内降温、外外保温、加强强养护图3温控测点平面布置图cm图4温控测点立面布置图cm由于承台冬季施施工，要特别别重视砼的保保温工作，控控制砼内外温温差≤25℃。措施：钢钢模板外嵌5㎝厚泡沫板板，吊挂麻袋袋，再用土工工布围裹，碘碘钨灯照射增增加砼表面温温度，顶面覆覆盖土工布。砼砼终凝后在表表面洒水养护护，顶面尽量量采取蓄水养养护。养护对对砼强度增长长及减少温差差、收缩裂缝图3温控测点平面布置图cm图4温控测点立面布置图cm5.5控制浇筑筑质量，提高高抵抗温差拉拉应力强度为提高砼均匀性性和抗裂能力力，必须加强强各环节控制制：（1）砼拌合运运输、浇筑振振捣、保温养养护全过程监监控，严格按按规范施工。（2）为增强砼的抗裂能力，在承台外表面布设一层防裂钢筋网。（3）短间歇连续施工，两次浇筑间歇期控制在10天内。砼现场温度监控控为了随时跟踪砼砼内部温度变变化情况，浇浇筑前按照全全面控制承台台内部温度变变化的要求布布置测温传感感器。真实反反映各层砼的的温控效果，使使之控制在温温控范围内，利利于异常情况况及时采取措措施。6.1测点布设设根据温度度计算成果，在在承台内部布布置6层测温点，每每层沿X、Y方向布置14个测点，测测点总数84个。测点沿沿承台的1／4部位水平布布置，见图33、图4。6.2监测仪器器采用PN结温度传感感器，PN—4C型数字多路路巡回检测控控制仪。温度度传感器的主主要技术性能能：测温范围围-50℃～150℃；工作误差±0.5℃；分辨率0.1℃；平均灵敏敏度-2.1mmv/℃。表9：砼温度记录表工程部位:层号:开盘时间:结束时间:日期时间测点温度（℃）断面平均温度内表温差备注表9：砼温度记录表工程部位:层号:开盘时间:结束时间:日期时间测点温度（℃）断面平均温度内表温差备注12345678观测者:记录者:计算6.4测试内容容浇筑开始始，连续监测测各点温度变变化情况，同同时监测砼入入仓温度、气气温、冷却管管进出口水温温、浇筑温度度，计算内表表温差，进行行现场控制，做做好记录(表9)。温度监测结果及及分析7.1整体分析析如图4，升温初初期呈缓慢上上升，之后急急剧升温，升升温阶段在3-6天，达到峰峰值后，温度度稳定2天左右，随随后缓慢下降降。第一层最最高温度为330.2℃，断面平均均最高温30℃；第二层最最高温度为35.6℃,断面平均最最高温34.6℃。与升温相相比，降温阶阶段长得多。降降温速率较缓缓慢，最大降降温速率1..8℃/d。图4：承台断面1-84#点平均温度过程线图5：砼中心至边缘温度分布曲线分层施工时，第第一层在施工工间歇期内，温温度先急剧上上升，然后缓缓慢降温，当当被第二层砼砼覆盖后，因因第二层砼急急剧升温，使使第一层砼温温度不同程度度的回升。表表面测点温度度与断面平均均温度相比，总总体趋势不变变，但温度变变化起伏较多多，由于表面面测点距表面面5cm，向外界界散热快，受受气温的影响响大，故随气气温的变化而而变化。第二二层砼在温峰峰过后，顶层层测点温度缓缓慢上升，是是因顶面良好好保温和侧面面回填土的保图4：承台断面1-84#点平均温度过程线图5：砼中心至边缘温度分布曲线7.2承台中心心到边缘的温温度变化图5绘出了承台台中心到边缘缘的温度曲线线，可以看出出：从中心到到距边缘3..5m范围温温度分布较均均匀，承台边边缘3.5m外温度变化化剧烈，降温温速率快，越越靠近中心温温度变化越平平缓。承台中心与边缘缘温度，下降降速率早期控控制在0.5℃~0.8℃/d，后期也未未超过1.5℃/d，由于承台台顶、侧面的的良好保温，故故边缘温度虽虽变化剧烈，但但下降幅度不不甚大，随着着中心温度向向外