宁晓飞 NING Xiao-fei

（中铁十二局集团有限公司，太原 030000）

混凝土凝固过程包含了3 个阶段，分别为升温期、降温期及温度稳定期。对于大体积砼构件而言，由于尺寸大，在砼升温期间，水泥水化热难以透过厚实的砼层快速散发，而是聚集在砼内部，导致砼内部出现较高温升，而构件外部因散热条件较好，温升较低。当内外温差产生的拉应力小于该龄期的抗拉应力时将产生裂缝，影响到构件的正常及安全使用，甚至出现安全故事，造成重大经济损失。所以，砼浇筑时需避免大体积砼构件出现温差裂缝。

成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程站前工程MPZQ-5 标桥梁承台共有52 个，其厚度为2.0～3.0m，为大体积砼施工，需进行砼温控制，避免出现温差裂缝，控制标准如下：

①砼入模温度不超过25℃，尽量降低砼入模温度。

②新浇砼与基坑岩土间的温差≯15℃。

③养护期间，承台内部最高温≯65℃，内部与表面、表面与环境温差≯20℃。

④拆模时，砼芯部与表面，表面与环境温差≯20℃。

⑤最大降温速率＜2℃/d。

为了确保承台不出现温差裂缝，本项目对大体积承台的砼施工温控展开研究。

2.1 砼凝固水化热使构件内外温差过大

水泥凝固化学反应释放出大量的热量，由于大体积砼构件尺寸大，内部聚集大量的水化热无法快速地向外界散发，导致构件中心部位出现很高的砼温升，温升使砼体积膨胀。砼凝固后期，随着热量的缓慢散发，砼内部温度逐渐降低，直至稳定。降温过程中砼体积收缩，当砼体积收缩产生的拉应力超过砼的抗拉强度时，就会在砼内部产生裂缝[1]。由于砼弹性模量小，抗拉能力极差，故不在采取措施的情况下，大体积砼构件内部极易产生温差裂缝，这是大体积砼构件产生裂缝的最关键原因。

同样，当砼凝固时表面与外部环境存在过大温差时，也会产生温差裂缝，故控制砼表面与外部环境的温差也是大体积砼温控的目标之一。

2.2 砼干燥收缩

当砼失去内部的毛细孔及裂缝内的吸附水时，砼体积就出现干缩，干缩也是使砼构件出现裂缝的原因之一。

2.3 塑性收缩

塑性收缩出现在砼凝固前的塑性阶段，由于本项目的高性能砼水胶比低，砼混合料的自由水分少，矿物细掺和材料对水的敏感性更高，高性能砼通常不会产生泌水现象，砼表面失水迅速，所以高性能砼较普通砼出现更大的塑性收缩。

2.4 自收缩

密闭砼内的湿度逐渐降低（称自干燥），使毛细孔内水分不饱和而出现负压，负压使砼出现自收缩。对于本项目的高性能砼而言，自收缩与干缩率基本相等。

本项目桥梁承台厚度有2m、2.5m、3.0m 等3 种，进行各不同尺寸的承台砼浇筑前，根据实际施工条件及砼混和料材料构成进行承台砼的热工计算，分析承台在水化热作用下中间部位在各龄期的温升值，为施工时采用的温控措施提供决策依据。下文以最大厚度为3.0m 的承台为例说明热工计算方法。

3.1 施工现场条件及拌制砼所用材料及相应的参数

①施工时间及气象资料。厚度为3.0m 的承台共有9个，计划施工期间为7 月12 日～8 月26 日。经向气象台查询，承台浇筑时的外部环境气温预计在26～35℃之间。

②砼强度等级及配合比。承台砼设计强度等级为C40。初步选定的砼配合为：

水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂∶水=1∶1.9∶2.8∶0.23∶0.012∶0.40。

每立方砼使用水泥396kg（P.O42.5），金沙江河砂752kg（5～10mm 连续级配）、碎石1109 kg（10～20mm 连续级配），粉煤灰掺入量91kg，高效减水剂4.8kg，拌合用水160kg。

③砼拌和、运输及浇筑方案。在拌和站集中生产，砼搅拌运输车运输，运距0.7km，泵送入模。

3.2 计算在上述施工条件下承台中心温升

①绝热条件下最高水化热温升计算。

当承台水化热完全无散发时，绝热温升计算式如下：

式中T（t）—在完全绝热条件下，浇筑承台第t 天后承台中间部位砼温升（℃）；
t—承台砼龄期（d）；
W—砼混和料中水泥的掺入量（kg/m3）；
Q—所用水泥在28d 内所释放的水化热（kJ/kg）；
C—砼比热系数；
ρ—砼密度；
e—常数（2.718）；
m—依据环境气温、水泥种类的不同而选择的调整系数（d-1）。

根据本项目实际情况，W=396kg/m3，Q=375kJ/kg，C=0.97kJ/（kg.k），ρ=2450kg/m3；
m=0.3d-1。

当将t 取无穷大时，将上述数据代入（1）式，可得绝热时承台水化热最高温升：

②砼中间部位实际温升计算。

承台中心部位存在散热，实际温升较绝热温升要低，实际温升按（2）进行试算：

式中T1（t）—龄期第t 天时，承台中心温度（℃）；
Tj—入模砼温度（℃），按33℃；
Th—承台水化热最高温升；
ξ（t）—龄期第t 天时的降温系数。

3m 厚度承台的t 龄期降温系数取值和各龄期时的温度计算如表1 所示。

表1 各龄期砼中心计算温度

3.3 计算承台砼各龄期时的收缩变形量

大体积承台裂缝的产生除了主要受水化热温差的影响外，还受砼干燥收缩、塑性收缩、自收缩的影响，故需考虑上述收缩的影响[2]。承台砼各龄期各种类型的收缩变形量按（3）式进行计算：

式中：ε0y—在标准状态下，砼收缩变形的最终值，按3.24×10-4；
M1～M11为不同条件下的修正系数，与水泥细度、砼水胶比、砼胶浆量有关。

查阅《大体积混凝土施工标准》（GB50496-2018），根据本项目承台实际情况取值，得：M1=1.0，M2=1.0，M3=1.21，M4=1.2，M5=1.0，M6=1.1，M7=1，M8=0.68，M9=1.3，M10=0.89，M11=1。将砼不同龄期参数代入（3）式得表2。

表2 各龄期砼收缩变形量

3.4 收缩变形换算为当量温差

将承台砼收缩变形按不同龄期下换算为当量温差，按（4）式进行计算。

式中：Ty（t）—砼在第t 天龄期变形当量温差（℃）；
α—混凝土的热膨胀系数，按1.0*10-6m/℃。

3.5 计算砼承台各龄期中心部位与表面的温差

式中：ΔT—承台中心部位与表面的温差（℃）；
T0—砼入模温度，按33℃；
K—折减系数，按2/3；
T（t）—龄期第t 天时的绝热温升（℃）；
Ty（t）—龄期第t 天时的收缩当量温升（℃）；
Th—环境温度，按28℃。

收缩变形换算为当量温差、内外温差计算结果如表3所示。

表3 各龄期砼收缩变形量换算成当量温差、承台内外温差表

从表4 可知，以目前砼浇筑方案进行承台施工，在不采取控温措施的情况下，承台内外温差最大高达55.30℃，承台将产生温差裂缝，故本项目需采取有效的控温措施，确保承台砼不出现温差裂缝。

依上文的产生温差裂缝的理论分析及热工计算结果，本项目经技术、经济等各方面的比选，采取如下的控温措施。

4.1 优化砼配合比

进行砼配合比的优化，改用火山灰水泥，进一步降低水化热；
选用优质粉煤灰，并提高粉煤灰的掺量，降低水泥用量，从而减少水化热；
掺入高效减水缓凝剂，减缓砼凝固进程，减轻水化热的集中生成，以减少最大温升峰值。采用的施工配合比如表4 所示。

表4 砼配合比

选用针片状少，含泥量低（含泥量控制在1%内）的连续级配（5～31.5 连续级配）碎石，使用前对碎石进行检测，如不符合筛分曲线，采取换料，或是人工配料，确保符合筛分曲线。高品质及良好级配的碎石能够加强砼密实度，提高强度，增强砼抗裂性能。

选用洁净（含泥量控制在1.5%内）的河砂，其细度模数＞2.5。以降低砼收缩、徐变及干缩。

4.2 降低砼入模温度

拌和站附近有山泉水，水温为18℃，经化验，山泉水为合格的拌合用水。故采用山泉水作为拌和用水，检测表明，能降低砼温约5℃，效果明显。

砂石料等搭设料库遮阳存放，尽量减低材料温度。

4.3 承台内设置冷水管和测温设备

4.3.1 承台内设置水冷水管

由于承台厚度较大，且较高强度砼水泥用量较大，普通控温措施难以达到目标要求。采取于承台砼内预埋冷水管[3]，利用管内流水将水化热带出，冷水管布置如图1、图2所示。水管采用壁厚3mm 的ϕ48mm 薄壁铁管，以利热量的传导。水管采用丝扣套筒进行连接。按设计完成预埋冷水管的安装后，对水冷系统进行通水试压试验，认真检查全部接头，不得出现漏水现象；
在钢筋绑扎、砼浇筑时做好冷水管的保护，避免造成管路损坏。

图1 冷水管布置立面示意图

图2 冷水管布置平面示意图

在最下层冷水管被砼覆盖后开始通水，停水时间通过分析温测结果而决定。

4.3.2 测温设备

在承台内设置测温管共5 组，其中承台4 个边角距边缘1m 处各设置1 组，承台中心部位设置1 组。每处于砼内预埋1 组测温管，测温管与承台顶面垂直，测温管与承台钢筋焊接固定。每组测温管分别于距承台上、下表面10cm 及中心部位设置测温点。

采用便携式建筑电子测温仪测温。完成砼浇筑，覆盖养生时开始测温，前4d 每2h 测1 次，以后每4h 测1 次，直至达到规范所要求方可停止测温。

4.4 砼施工措施

4.4.1 砼浇筑方法

砼浇筑从承台一侧开始，按斜向分层、逐层推进、一次到顶的方法浇筑，斜向按砼自然流淌坡度。为避免出现施工裂缝，砼浇筑时，在每层砼初凝前覆盖上层砼，以确保上下层浇筑的间隔小于砼初凝时间。

砼分层厚度控制在≯60cm；
同时浇筑上、下层时，浇筑面保持≯1.5m 的距离。

4.4.2 砼振捣

振捣砼分3 道进行，砼坡脚为第1 道，砼坡的中间为第1 道，砼坡顶为第3 道。3 道振捣配合实施，每道设置2部振捣棒，专人严格按要求实施振捣。

4.4.3 表面处理

振捣完毕后及时进行修整、抹面。采用刮杠刮平砼面，再均匀洒布5mm～25mm 碎石，用木抹拍实抹平，反复搓压数遍。

砼初凝前为避免面层起粉及塑性收缩，再进行多次搓压。最后一次搓压时采用“边掀开、边搓压、边覆盖”的措施。使其表面密实。

4.4.4 混凝土养护

养护设专人负责。承台砼面压平、初凝后洒水湿润砼表面，然后覆盖塑料薄膜，薄膜下设置补水软管，软管按每10cm 开1 个5mm 出水孔，砼表面干燥时向管内注水，薄膜上覆盖保温材料，保温材料及厚度需按控温计算而定，夜间保温材料严密覆盖，避免砼暴露；
午间高温时，根据测温数据，可揭开保温材料适当散热。

图3 为本项目厚度3m 的承台中间测温点的曲型砼温监测图，砼温峰值约在砼浇筑后85h 时出现。上、中、下测点的温度峰值分别为61.7℃、48.8℃、47.2℃。砼内部最高温、内外温差及降温速率等均达到控测的目标要求。

图3 承台中心砼温变化图

本项目52 个大体积砼承台均已浇筑完成，浇筑时采取了上述的控温防裂缝技术措施。在养护期间严格进行温度监测，分析监测数据，通过调整养护方案及冷水管水流速度、进水温度等方法进行温度控制。经组织多方检测验收，浇筑的承台表面表滑平整，内部密实无裂缝，表明本项目所采用的温控技术措施是科学可行的。

猜你喜欢温升龄期测温电机温升试验分析及无人值守电机温升试验优化防爆电机(2022年5期)2022-11-18塑钢纤维混凝土早龄期力学性能研究湖南城市学院学报（自然科学版）(2022年6期)2022-11-14电机温升计算公式的推导和应用防爆电机(2022年4期)2022-08-17冲击载荷下早龄期充填体力学与损伤特性研究工程爆破(2021年5期)2021-11-20多龄期锈蚀钢结构框架柱力学性能研究中国测试(2021年6期)2021-07-18LED照明光源的温升与散热分析电子制作(2018年2期)2018-04-18变压器光纤测温探头的安装固定电子制作(2017年8期)2017-06-05基于DS18B20的单片机测温系统电子制作(2016年21期)2016-05-17不同冲击条件下早龄期混凝土的力学特性中国有色金属学报(2015年6期)2015-03-18降低GIS局部温升的研究河南科技(2014年14期)2014-02-27