大体积混凝土施工温控指标确定及控制

大体积混凝土施工温控指标确定及控制摘要：混凝土温度控制，尤其是大体积混凝土热期浇筑施工时，是决定混凝土的成品浇筑质量的关键之一，本文主要介绍温度控制指标确定及主要控制措施。关键词：混凝土温度控制1.工程概况1.1工程简介锡通过江高速项目位于江苏省张家港市，南连已建成通车的锡张高速，与沪通铁路、通苏嘉城际铁路合建过江，北接沿海高速公路，其建设对促进长三角地区一体化发展，策应沿江、沿海开发，完善高速公路网络，充分发挥过江通道综合效益，促进经济社会协调发展等均具有十分重要的意义。锡通过江高速公路既是《长江三角洲地区现代化公路水路交通规划纲要》和《长江干流桥梁（隧道）建设规划》中的重点工程，也是江苏省规划“五纵九横五联”高速公路网和过江通道中的重要组成部分。1.2施工安排及当地气候条件本项目南连接线工程在K10+681.596处与沪通长江大桥公铁合建段引桥相衔接，向南陆续跨越江南沿江公路(规划一级)、新横港河，在K7+562.996处落地，全线长3.119km，全桥左幅共计14联，右幅共计15联，宽33m。全桥共计71跨，包含954片梁，140个承台，920根桩，墩柱184个（最高73米），肋板式桥台两座，工程钢筋用量约5.1万吨，混凝土约38万m³，总钢绞线约3019吨。其中大体积混凝土承台施工工期横跨当地高温季节。项目区域属北亚热带季风性温暖湿润气候，季节转换分明，冬夏长春秋短，多年平均气温在15～16℃，1月气温最低，平均在1～2℃左右，6～8月气温高，最高温度在7月，日平均气温一般达28℃左右（极限高温43℃）。年降雨量1000～1270mm左右，自北向南雨量逐渐增高。春末夏初盛行霉雨，6～7月为最多雨时，夏末秋初多台风雨，平均降水日数达120天。年蒸发量据宜兴、句容站统计，年水面蒸发量平均在960～968mm左右，6～8月最强，1～2月及12月最弱。该区冬季多偏北风，夏季盛行东南风，风速一般为2.5～4m/s。2温控指标2.1温控的必要性大体积混凝土工程施工过程中，在内部因素（温度收缩、水化收缩、弹性模量增长、抗拉强度增长）、外部环境条件（气温变化、风速、湿度）、基础约束条件及施工工艺的共同影响下，可能产生三类裂缝：表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝。为确保大体积混凝土结构施工质量，必须根据工程的实际情况，准确进行温度预测，详尽地进行温度应力分析，合理地制定温控方案，才能避免、防止裂缝的产生。为此，温度控制的主要目标是使大体积混凝土内部的温度场变化按照预想的目标发展，具体可分为：（1）降低混凝土最高温度和最高温升；（2）降低内外温差，使混凝土内温度分布尽量均匀，并控制其温度梯度在允许范围内；（3）控制上下层温差，以防止混凝土可能出现的层间裂缝；（4）控制混凝土降温速率，以防出现冷击造成开裂。2.2温控指标确定2.2.1温控技术思路就开裂的力学机理和大体积混凝土施工温度控制的目的而言，大体积混凝土施工温度控制的本质是：控制大体积混凝土结构的温度拉应力不超过混凝土相应龄期的抗拉强度，从而避免各类型裂缝的产生。从温度控制的本质可以看出，大体积混凝土施工的温度控制途径有两个：一是通过优选原材料、优化配合比提高混凝土本身的抗裂性能；二是采取有效措施，降低大体积混凝土施工、养护过程中内部及其表面的拉应力。2.2.2温控指标确定流程为解决混凝土水化热和收缩引起的温度裂缝问题，针对本工程的环境条件和结构特点，通过有限元仿真分析对不同结构和工况进行计算和比较，确定不出现温度裂缝的安全工况，并根据仿真计算结果给出混凝土施工阶段温度控制标准和要求。为防止承台混凝土由于水化热过高而产生裂缝影响其正常功能和桥梁的使用寿命，根据设计要求，承台混凝土内部温度不得超过65℃。为保障工程质量，项目应用大型有限元分析软件对大体积混凝土进行有限元仿真计算分析，根据仿真计算结果对承台混凝土结构进行温控设计，提出温控标准，并对原材料控制、混凝土配合比、混凝土浇筑、养护、温控措施及现场监控全过程进行设计及施工过程要点控制，制定满足对混凝土内部温度设计要求的温控措施，避免混凝土出现有害裂缝，以保证混凝土使用寿命和桥梁运行安全。温控仿真分析以抗裂安全系数（混凝土劈裂抗拉强度试验值与相应龄期计算的温度应力值之比）≥1.4为评判依据，仿真分析流程见下图。依据当地气象资料和原材料温度的经验数据，按照基准混凝土配合比，根据《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS202-1-2010）对不同浇筑月份的混凝土出机口温度进行估算。结合混凝土搅拌车运输时间、振捣时间、日平均最高气温等情况，并根据《公路桥涵施工技术规范》（JTGTF50-2011）“混凝土的入模温度一般不宜超过28℃并不应大于30℃”的要求，仿真计算对个结构混凝土入模温度进行估算，仿真计算取最不利条件情况，结合仿真计算边界条件，模拟混凝土实际施工工况进行分析计算，以抗裂安全系数≥1.4及混凝土内部最高温度≤65℃（规范及设计要求）为评判依据，确定相应的温控措施。

构件不同工况龄期应力分布图截图构件不同环境工况温控部件最高温度包络图截图经建模分析，现场温控技术指标（包括入模温度、最高温度、内表温差）如下时，可满足抗裂安全系数≥1.4及混凝土内部最高温度≤65℃的要求。环境工况入模温度(℃)最高温度(℃)内表温差(℃)常温季节环境温度≤24℃≥5且≤28≤64≤25高温季节环境温度≥25℃≥5且≤25≤643温控措施3.1现场温控措施根据仿真分析提出的温控技术指标，施工阶段入模温度、混凝土温升和内表温差的具体控制措施，具体措施主要包括温度控制和养护措施两大类。3.1.1温度控制温度控制包括如下几个方面：材料入库，控制原材料温度；冷却水片冰拌合混凝土，控制混凝土浇筑温度；输送泵送包裹覆盖，控制混凝土在输送过程中温度回升；浇筑区域内喷雾降温，控制混凝土内部最高温度。（1）原材料温度控制根据仿真计算结果，常温季节对入模温度控制要求为≤28℃，参考相关工程经验，混凝土在输送工程温升约为1.5℃，即对混凝土出机温度控制为≤26.5℃；高温季节对入模温度控制要求为≤25℃，对混凝土出机温度控制为≤23.5℃。根据《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS202-1-2010）（附录一）对出机口温度进行计算，原材料温度控制指标详及相应的措施详见下表。原材料温度控制指标计算工况水泥粉煤灰矿粉砂抗裂剂碎石水片冰取代拌合水量配合比24210666760261050141常温季节6040402040222226.3高温季节604040304030105023.3原材料温度控制指标及措施材料环境工况温度控制指标拌合站温度控制措施水泥常温≤60℃尽量避免刚出窑的新鲜水泥进场；提前备料降温；搅拌站罐体刷白处理；高温＜50℃尽量避免刚出窑的新鲜水泥进场；提前备料降温；搅拌站罐体刷白处理；在罐体周围设喷水系统。掺和料常温≤40℃罐体刷白处理；提前备料降温高温骨料常温≤22℃材料提前进场、入库储存，先来先用；料场搭棚遮阳，降低料棚内环境温度。高温≤30℃材料提前进场、入库储存，先来先用；料场搭棚遮阳，棚顶设喷水雾系统，降低料棚内环境温度；搭建3个骨料储藏冷库，提前将骨料冷却到10摄氏度以下。外加剂≤30℃材料入库储存，搭棚遮阳。拌和水常温≤22℃结合实际拌和水温情况，确定是否采取制冷水拌合高温≤10℃采取制冷水≤10℃及碎冰取代拌和水进行混凝土拌合，根据出机温度控制需要，结合实际浇筑原材料温度情况，确定是否加片冰及片冰数量。

罐体白漆料棚喷淋降温（2）入模温度控制1）常温季节（环境温度≤24℃）对混凝土的入模温度控制可不必采取额外附加措施。2）夏季高温季节时（环境温度≥25℃）进行混凝土的生产时，采用片冰（10~60kg/m3）和制冷水（≤10℃）拌和混凝土（具体加冰量和制冷水的温度根据夏季不同月份的最高气温进行热工计算后确定），以满足入模温度≤25℃的温控标准要求，其中以制冷水为降低入模温度的主要措施，以碎冰拌合为入模温度备用保证措施，根据浇筑气温变化，调整碎冰掺入量，保证混凝土入模温度满足要求。骨料由装载机经堆场运输至冷却料仓，粗骨料喷淋冷水进行冷却，冷却后的骨料通过皮带从冷却廊道输送机运至工作料仓，以供称量搅拌。混凝土运输过程中，对混凝土罐车的罐体及泵管包裹防嗮材料，防止混凝土罐车的罐体及泵管受阳光照射过热，罐车以冷却水喷淋罐体表面冷却后装料，泵管以湿布材料包裹，防止混凝土运输过程中混凝土升温过高。在实际施工中选择合适浇筑时段开展塔柱混凝土浇筑作业，尽量在一天温度较低时段开展作业。

输车罐体湿包裹泵管遮阳（3）内部最高温度控制措施混凝土在高温季节施工时，由于环境温度高，混凝土反应加快，混凝土内部温度累积快，仿真计算模拟的高温环境条件为35±5℃，在高温季节浇筑时，为将控制浇筑环境控制在40℃以内，在混凝土浇筑前及浇筑过程中采取如下处理措施，以保障浇筑环境温度控制在40℃以内。1）对浇筑地进行遮阳防晒；2）浇筑模板外侧表面包裹白色反光板减少吸热；3.1.2养护措施根据控制节段内温度≤40℃的需要，主塔混凝土浇筑完成后，混凝土采用蓄水养护的方式。养护措施至少持续5d，以防止混凝土在温峰期受到曝晒。过程中的气温的测量应在每昼夜8、12、14、20点共测量4次。对拌和材料以及拌和物的出机温度由拌和站工作人员进行量测。混凝土浇筑前和振捣后的温度应2h测定一次，如发现拌和物的出机温度较低，应加强混凝土运输过程的保温措施，并力求尽量缩短混凝土运输、等待、浇筑及振捣的时间，同时，加密