高强度大体积混凝土的温度控制

高强度大体积混凝土的温度控制前言：湖北省巴东长江大桥是209国道在三峡大坝上游库区跨越长江的一座特大型桥梁，主跨为388m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。北岸索塔高达212m，是国内最高的混凝土桥塔。索塔多处实心段最小边尺寸都在3米或3米以上，混凝土为C40或C50泵送混凝土，属于典型的高水泥用量、高水化热的“双高”大体积混凝土。温度裂缝是这类结构较为严重的质量通病，影响索塔的抗渗性和耐久性。为了解决温控问题，我们进行了一些探索，总结出了一套利用现有施工条件和技术力量进行的简便易行的温控方法，归纳整理，形成本文。一、温度控制的理论基础索塔实心段大体积混凝土，由于体积大，水泥用量多，水化热大，内外散热不均，并且高空风速大，养护困难，混凝土表面水分损失快，因此产生的裂纹绝大多数是温度裂纹和干缩裂纹。为了有的放矢地进行温度控制，有必要探讨一下温度裂纹的种类和产生条件。1温度裂纹的分类：温度裂纹可以按裂纹产生的阶段分为以下两类：（1）温度上升阶段的裂纹：混凝土浇注后，水化作用产生大量的水化热，使混凝土温度上升。由于混凝土内部与表面的散热条件不同，因而中心温度高、膨胀变形大，表面温度低，膨胀变形小，从而使混凝土内部产生压应力、表面产生拉应力。表面拉应力一旦超过此时混凝土的极限抗拉强度，就会产生裂纹。拉应力随着表面开裂而释放，裂纹开展也随之停止。因此，温度上升阶段产生的裂纹是表面裂纹。（2）降温阶段的收缩裂纹。在混凝土浇注以后的3～5天，混凝土水化作用显著减弱，混凝土也由升温阶段转入降温阶段。此时混凝土温度越高，混凝土降温幅度越大，混凝土的收缩越显著。与之同时，混凝土还存在水分蒸发引起的干缩变形。降温收缩变形与干缩变形同时进行，如果此时结构受到边界条件的约束（如地基或其它相邻结构的外约束），不可避免地在结构中产生拉应力。如果这一收缩应力超过结构的抗拉强度，将会沿结构的薄弱断面发生贯穿性裂缝。这种裂缝对结构存在着较大的危害。由于塔柱混凝土的约束较为简单（仅有底面产生接触），收缩变形难以引起贯穿性裂纹。因此对于降温阶段我们重点防止表面失水引起的干缩裂纹。2混凝土内部最高温度的计算无论升温阶段的内表温差还是降温阶段的温降幅度，都与混凝土内部的温度密切相关。因此，估算混凝土内部最高温度，对于温度控制具有重要意义。那么，混凝土的内部温度与哪些因素有关呢？研究表明，假定混凝土周围没有散热条件，即没有热量损失的情况下，水泥水化作用产生的水化热全部转化为温升后的最高温度，可按下面经验公式进行简化计算：WW·QC·гT’max=────C·г式中：T’max─最高绝热温升（℃）；W──每公斤水泥的水化热（kJ／Kg），水泥厂可以提供。Q──每立方米混凝土中水泥的用量（Kg／m3）；C──混凝土的比热，一般取0.96kJ／Kg·℃；焦г─填─重丹混凝土的调容重躲，析K倾g塑／完m莲3能；酸傲F掘市─虎─胜每立方米渡混凝土中色粉煤灰的梨用量毅（算K政g速／邮m黑3彩）。棚由于混凝救土内部散宵热条件接做近于绝热袋温升条件痰，升温阶限段混凝土嫁内部最高怎温把度唯T恳max融可以近似拒计算为入墓模温昏度绩T裹0舱与最高绝扒热温依升乎T恼’裹ma押x忽的迭加，膀即：WW·QC·г狭T僵max次=T姐0逢+库──颗─多+F悔/5望0额疫鲜量滴（可2寒C·г水式中适，缠T阵0跪─站─溉混凝土入想模温度（僵混凝土入携模振实时壶的温度）后。肚其它符号晕意义同前陶。爆二、利用洋现有条件纯开展温度窗控制痒按照目前酷桥梁施工诊惯例，大杨体积混凝邀土温度控舒制一般由裕业主委托史的专业机眉构进行。进在索塔大疑体积混凝足土施工过思程中，施蓝工单位利撒用现有条确件，进行段简便易行玩的温度控哑制，实际微上也取得雹较好的效普果。具体夺做法如下接：涝1捐、识别需藏要进行温雀度控制的界结构或部乘位涂大体积混幻凝土都需索要进行温洽度控制。胜在施工之列前，应把蜻结构最小择边尺寸搜在泼1体～乐3抓m周以上，内续表温差可垒能超骨过蠢2池5欠℃耍［按公式穴（旷2驾）估算的构混凝土内馒部最高温填度与外界卧气温进行垦比较］的缸结构，应膛识别为大距体积混凝析土，列入侦温控清单言，并在施关工方案和腿施工计划拘中予以明毒确。佩2坝、制订温温控方案痰2.1姓范温控的基跪本要求挂（面1阁）控制混疤凝土内表桌温差不超材过妄2夜5蹈℃拴；伟（鼠2居）控制混茄凝土降温愤速率。脑降温速率草跟结构的闭降温幅度遍和受到的幅外约束有届关。只要笛条件允许衫，应该尽坟可能的延做缓混凝土姥降温速度某，减少收连缩应力。管满足上面赠两条要求绣，基本可越以消除温离度上升阶钉段的表面副裂纹和降节温阶段混弱凝土的收放缩裂纹。锐此外还有名其它的控次制指标，占诸如入模盛温度控制苏、冷却水撕流量控制碗、表面覆过盖材料与先厚度等，老将根据具程体情况制渴订。星3进秘温控的措拥施和方法欠3.1或逐控制混凝耗土内部最脸高温度宁要控制混肾凝土内表斤温差，就叉要对混凝泼土内部最窃高温度进侧行限制。侍混凝土内恼部温度来稳源于混凝谱土入模温姻度和水泥买水化产生堆热量引起现的温度上浩升，因此著就从这两躲方面采取虫措施：恼①遗精选混凝辞土原材料墓，优化混震凝土配合授比设计，宪降低水化哥热。春其一，选惯用优质集猾料，采叼用丹“之双密掺叉”患技术，优酸化配合比尤设计，可过以在满足商设计强度礼的条件下袖降低水泥抓用量，减备少水化热颗；晒其二，选云用水化热纳较低的水适泥，可以饺显著降低呆混凝土内桨部温升。驶优先选用但矿渣水泥盒、低热水华泥，在满弃足强度要当求的条件奖下优先选堤用较低强普度等级的旗水泥。选咸择水泥品盆种时可以惯通过计算钢，比坛较掀3枯天水化热晶引起的混可凝土内部增温升来确娇定。歉例如，扬某皆C5瑞0抬大体积混届凝土结构妈有幕2相种配合比浓设计方案们：沾方案一：痕选用普晌通风52.5走#剂水泥，秤3害天水化同热阿W盈1晨=29需7KJ下/K秒g饥，水泥用蜻量堤Q输1励=430吩Kg罪缴，粉煤灰匪用臭量鞠F1=7俱0K药g洗；抖方案二：裤选用普暖通殖42.5艇#嘉水泥，同3泊天水化诞热蛇W隐2派=2超52KJ坟/K咏g握，水泥用参量胞Q趟2健=460烧Kg筐黑，粉煤灰安用劫量伟F2=5难0K读g挎；挤其它材料冰相同。其呜中混凝土签比敏热量C=0.特96k号J/免Kg军·职℃墙，混凝土梳容租重寻г捉=245鹅0K眨g听／摩m捏3插。替按公式迹（比1蹈）计算混木凝土内部遍绝热温升将：玻方案一的枝内部温升父T破1繁=左（支W迟1未*Q达1芳）丰/登（惰C乔*支г硬）僻+F踏1何/50辩=5欠5.蜂7唇（稿℃表）户方案二的抱内部温升完T2回=砖（颗W2*Q绪2洲）胳/互（饱C鸭*脖г殊）但+F2亩/5始0=斗50.葛3罚（块℃扩）颂由于水化灾热的差异我，方案一耽尽管比方遣案二少虑用痒3汗0削公斤水泥中，但是混摇凝土内部警温升却要姥高袄5.刮4拨℃败，而在温纱度控制中砍，这区荡区意5.隐4与℃警却是十分绢宝贵的。详其三，充刚分利用混再凝土的后圈期强度。望例如粉煤处灰混凝土治，早期强院度低，后猜期强度高鹿，可以按怀粉煤灰混泉凝土设计搅规程在不气同环境中愉采忆用昂6彻0新天强度潮、艘9晌0键天强度甚脚至孝18再0往天强度进少行强度评新定。不但权降低了水扑泥用量，纷减少了水拜化热，而恳且也可以切节约一定淹的成本。佣②火控制混凝奥土入模温敞度穗混凝土入塑模温度指攀混凝土经谨过搅拌、捆运输（输端送）、入糟模、振实掀之后的温静度。降低逢混凝土入厌模温度，陆可以直接渠降低混凝筝土内部最欲高温度。秘降低混凝疤土入模温浙度的措施连有：备控制水泥冷温度。防倦止水泥存事放期过短育、温度过苹高时搅拌开混凝土；丝控制砂石大材料温度窜。高温季屿节，应对朵砂石材料产采取遮荫馅、冲水等致降温措施食；袄降低拌和掠水温度。月高温季节屈可以在拌担和水中加炎冰冷却；惜降低模板怪温度。通俊过遮荫、需洒水降低柴模板温度织；捏降低混凝因土运输途纯中的温度直上升。车林辆运输时漠，通过遮纲荫、冷却割车厢可以鲜降低温度互，泵送混道凝土应包粮裹泵管，限并保持泵足管湿润防勇止温度上惹升。鞠③裙通过冷却婶水降低混要凝土内部橡温度拣在混凝土饮中布置冷密却水管是炭一种直接气有效的降猎温措施。旁但是，冷感却水管的幼布置应科该学合理，赌冷却水的满供应要严畏格控制，张才能发挥登预期的效载果。布置核冷却水管企有以下几牌点建议：肥冷却水管靠的内径绿以捎2淋5栏～羞40m蓄m剂为宜，间的距笨以仗6询0丛～床80c龙m短为宜；日冷却水管政的通水长灯度宜阶为生150记m耽～勒200战m辜，太短不微能充分发水挥冷却水屯的作用，架太长后管炼内水温过乏高，影响塘冷却效果家；品冷却水管后应安装流灭量表，随恒时控制通嘉水量。且冷却水管锻冷却效果有的计算：伍冷却水带毛走的热量摸Q浑水改=迎挖∑搁（沟W践i五水俯·疼Δ约t呈i仍水帐·C殖水苍）塑脾递揭置启（侧3黎）泄式中貌：遣Q镰水胃——唤冷却水带蔽走的热量依，科k奉J录；雹识W碌i棒水涉——踏分阶段测迟量的冷却伴水数量柱，短K剩g名；转Δ厅t随i厉水掠——崭各阶段对彻应的进出雅水口的温芒度差让，幕℃前；脉善C糟水坝——挤水的比热杏，言取岭4.18欠7k欺J州／玩Kg疤·其℃松。亭冷却水带毅走热量引括起的混凝场土温戴降谜Δ烛t拣h曲：列Δ腾t怖h启=Q烈水豪／傍（万C殃h竞·V朝h辣·考г要h椒）房茄吴舟脸培（胃4锈）拆式中代：略C逃h寸——岸混凝土比酱热，护取仇0.96士k届J知·Kg珠·敢℃箱；通购V哲h啄——炸混凝土体细积友，源m止3阳；晕г薯h斜——或混凝土的蔑容重头，陵K骗g设／后m悼3闯。如冷却水管充的通水，告应通过理铁论计算事栏先制定流受量计划，享再根据结实测温度康进行调整便，始终保暮持混凝土蛋内表温差灰不超惹过埋2芳5励℃断，降温速学率不超过墙预定标准照。尤（跳2吼）保持混连凝土表面菜温度蚁控制内表宋温差，除萌了尽量降秘低混凝土辫内部温度休以外，还毙应该尽量肯保持混凝图土表面温乖度，使之唇不至于下源降过快引职起温差过仅大。点同内部温凑度控制相标比，保持售混凝土表床面温度虽完然要简单柳得多，但谈是也更容滑易被忽视承。通常采恼取的措施逗，有以下土几条：祖延迟拆模跟时间。如矮果是钢模州板，由于远钢材的导酬热性能好仿，在拆模谊之前还应并该对模板券进行包裹雄、覆盖。博合理安排堤拆模时间泄，应该尽券量将拆模邪安排在气吓温较高的退时候进行周；泳拆模之后寇立即严密起覆盖，覆巡盖材料及房厚度应通筋过计算确网定，使之乘保温保湿刘，防止表欺面温度下规降过快；嘴冬季施工寻用热水养绘护，或者塑采用取暖准设备提高页表面温度刘。学在这些措接施中，最橡容易被忽睡视的关键躲环节是对押钢模和混美凝土表面弟的及时覆贝盖。如果翻覆盖不及崖时，或者式覆盖效果良不理想，号甚至在拆猴模之前就草会产生裂拣纹。屯3暂、控制混乘凝土的降菠温速率花控制降温恒速率的方槐法，就是呜在温度峰掩值出现之西后加大温落度观测频优率，观察滥降温速度队。一般情响况下，当求峰值过后骡，温度开拢始下降，生就应该减姑小冷却水慧的流量，株并逐渐停涉水，让混寄凝土自然沸缓慢冷却爽。在冷却哄过程中，终仍然要观病察内表温悔差，使之液满足控制携标准。恋在混凝土棉降温阶段威，必须严凭格养护，寨防止混凝皱土表面水忘分蒸发过框快引起干丸缩。否则拳混凝土失蓄水干缩和拴降温收缩行共同作用眼，很可能厚出嫩现表面裂炕纹甚至贯蕉穿性的收买缩裂纹，坑对结构形挪成破坏。室养护应按桨照施工技甚术规范的洪要求进行篇。表面覆是盖时间一端般不少振于胀7篮天，如果秘是冬季施轧工，覆盖睬时间可以腰延长眉到坛1产4清天。徒三、温控峡计算实例跳下面以巴粒东长江公保路大桥北贷岸索塔下挽塔柱起步像段（实心怕段）的温健控为例，暂介绍温控葬计算和控租制过程。工程简况会索塔下塔狮柱起步段两为双柱式台混凝土实挨心段。横社桥向宽度士为成4.8栗m鱼，顺桥向艘宽度开为伤6赞m渣，高妨度关3惊m倡，外侧为恨椭圆弧形唯，混凝土宋体认积守V仙h肥=84m节3急，强度等废级蹦C5片0悬，是典型逐的高强度宿大体积混卷凝土。络根据批准铺的配合比古，普脸通伯52.5帖#宵水总泥圾430祖Kg/m醉3嘴，鹅Ⅰ搅级粉煤狡灰作70K炊g递，掺加了粒高效泵送盐剂。泵送原水平距孟离仍50贯m玩，垂直高淘度踏80斩m匙，控制坍若落痒度逗18±2帝c豆m学。混凝土区容两重柄r=24矩40Kg私/m嗓3闭。弄葛洲坝水忙泥厂提供衰了水泥的诱水化热试孤验报告。资3哀天水化镜热六W寒3将=29鸡7kJ辱/K兽g鸦喝，喉7港天水化丧热海W经7估=31浸4kJ依/K俗g锻。强设计上在则混凝土内丽部布置了蜡冷却水管蛾，在混凝劳土表春面贡2轰～渔3c熟m但处设置乌了战φ断6飘带肋防裂侮钢筋网片需，其中冷沈却水管布瓜置（见上陪图）了该2疏层，内肾径漫φ命40mm帅，总长则度朵16邀4经米，垂直蒜间距然为吐1攀米，水平凯间距可为被75c榆m励，外侧冷购却水管距样混凝土表罚面殊38c探m多。林制定温控丽标准：混猴凝土内表记温差不超咬过货2挥5巡℃悔,回温降平缓缝。未计算温控深参数会1翠、估算混聪凝土内部狂最高温度截。抽由于冷却总水的影响幼，内部温祸度估旗计序4伪8陈小时达到冶峰值籍。狸4天8劫小时龄期固的水化热兵偏安全地挽参匀照犁3胸天水化翠热搭W都3梢=29对7KJ弓/K俊g登取值。按笛照公式影（脏2著）计腾算蚕2乎天龄期混叛凝土内部躬最高温度式：行Tmax购=28突.8台+芳（押297×抬43虫0看）勾÷抢（坊0.96顶×244伶0趁）该+70÷集50=8亭4.7趁（株℃筒）转2菌、计算峰作值时冷却客水的计划碗降温幅度橡确定表面钉温度控制舟指籍标伸T匪b匪=4孩5涝℃乔计算峰值极时冷却水阳对混凝土楚的计划温固降疼Δ晚t稿h湾=T伍max-紫T撒b怖-25=喝14.7誉（外℃矩）仁3撑、计算冷先却水每小仿时计划流逝量锯冷却水完屯成混凝土相温额降寻Δ豆t签h坟=1稼4.7谋℃萍需要带走抄的热量按提公式临（然4食）计算寸Q居水倍=蒙（贿C第h种·V架h渔·隙г添h躺）去Δ歇t肿h酬=僻（架0.96以×84×讽244慨0屿）沫1饮4.7朋=2琴8923侍96味（坦k丈J饥）筒按进出水案口平均温晒差霸Δ式t害水立=4.涛0宅℃匠进行估算锤，冷却喊水卧4酱8叹小时使混修凝土降饭温摘14.甲7害℃诉所需要的壁流量叼（没m宇3逮／通h待）为拣Q葬水奶／缘（完48·C梅水夫·井Δ弓t笨水杨）酬=289州2396闪÷肆（炸48×4露.187教×浮4誉）夜=与359饱8兆（录K基g宅／座h己）卷≈址4揉（详m刘3店／促h利）淘温控的主摘要流程绞1星、设置冷跃却水管，戴布设供水粉设施西按设计图钓布设冷却熔水管，浇韵注混凝土萌前进行通脆水实验防摸止漏水。烈由于索塔支较高（承介台以芳上众85.5袭m脊），专门谋布置自来恭水管到施剑工位置，但供水量不沫小垒于奇4m舒3舅／妥h乖。进水口泄安装流量脆表用于检杀查冷却水动的流速和行流量。焰2元、布置测诱温点，预茎留测温孔苹为了测量哑混凝土内笼部温度，露我们在混责凝土内部类预留测温迈孔（迹把足φ恢40m判m川的钢管插鞭入混凝土茅内部指定愈测点，下淘口密封，穗上口露出牺混凝土顶业面碰10c忌m物，用绝热料材料塞紧壤）。测点校布置在两钱层冷却水迟管的中心丸位置。及3萌、测量与姿记录踏温度测量谢采用点温户计和水银夜温度计。拣内部温度贿用点温计眠深入到测巧孔底部的冰测点直接棒测量见，旬2冷4核小时内宏每揉4睡小时测量玩一次，以散后亿每勿2老小时测量凭一次直到哭峰值出现万，此后仍慧然资每时4奖小时测量优一次。测清量温度的蓄同时，对阀气温、进晨出水口温凤差、冷却吃水流量、况混凝土表秋面温度同妹时进行测命量并作好凡记录。欺肿部分温度己及冷却水莫测量记录良龄期属内部实测巴温度救冷却水累摩计流量南平均流速堂进出水口罗温差卧进出水口或平均温差败备注刚(洁h)调(醒℃征)忌(洞m3)誓(满m3生／买h)停(奋℃聋)桃(馒℃铁)贞0妖28.8翠─压─肌─卖─局入模温度光11偏54勒33垫4.1述3.5梯3.5致3损小时开始浇通水屑13美64舒43百4.3话3.8受15.5汪67把58开4.6织4.2凑18.5舍68固75俗4.8旷3.0仗34.5阁70董154给4.9日3.2废37村70忠39锐72占163羡4.5播3.4裙44摊73概172狐4.2钓3.9述峰值汁59陵67异245惠4.4喊3.7隆改为串联后供水乡84做61司292率3.6造6.0需5.9棍96坊58拾312昆3.4答5.8酷停水日备注：龄竞期荐59激h黎之前采用腊上下层冷非却水管分屈别供水，牵管道长摇度盾82健m召，从效率罢来看，较亏不经济；稼此后改为匪上下层管虫道串联供够水，管道背长揪度固164右m久，显得更糕为合理。祝4特、通冷却途水险在混凝土搅浇过第一约层冷却水亏管（起算紧龄期）汉的缺3高小时之后驱开始通水眯，水量控脉制花在抢4m琴3腥／津h鱼左右。安警排专人看点护，保证后连续供水洁。伟5怎、出现峰螺值别在非4筑4币小时龄期脂出现峰值惑（辱7秤3麦℃王），比预耳计提粥前败4滨小时。此厦时冷却水买供水量腾为衔172m蛮3拨，平均进纽出水口温娱差穿3.攀5游℃肃，冷却水切对混凝土反累计降态温例12.垃8饼℃瓶。如果不蔽考虑冷却还水的影响症，内部最盖高温度将馅达捡85.走8千℃适，与事前券估算透的妄84.鹊7早℃抱只线差骄1蠢℃筋，证明计绞算是比较扇准确的。仓6乡、表面覆盯盖与养护腔事前确定剖的混凝土牺表面温度券控制指繁标役T村b葡为驱4丙5隶℃设，养生期决间气温掌为辉2呀7故～麻3似2陈℃服，因此必跑须采用蓄屋热养生提析高表面温编度。覆盖洋物采用双慨层塑料薄摸膜组成中股空隔热层理，对塔柱交进行严密脖包裹。温丙度测量表忙明，覆盖夫后的表面衔温度均超牢过肢4抄5航，达到预看期效果。虽7聪、降温控漂制四温度峰值彼过后继续逃通水，混萍凝土温度誉持续下降辱，峰值之已后隙1穿5尾小时掏（果59巷h蹄龄期）温嫁度下降彩了挪6诱℃捆，显示温候降过快，缺立即减少佳通