武汉天兴洲公铁两用长江大桥主塔墩混凝土冬季施工保温材料的应用.pdf

武汉天兴洲公铁 两用长江大桥主塔墩混凝土冬 季施 工保 温材料 的应用 王跃年 ， 林世发 文章编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 7 ) 0 5 0 0 0 1 0 5 武汉天兴洲公铁 两用长江大桥主塔墩 混凝土冬季施工保温材料 的应 用 王跃 年 ， 林 世 发 ( 1 中铁 大桥 局集 团天兴 洲大桥 建设 指挥部 ， 湖北 武 汉 4 3 0 0 8 0 ； 2 中铁 大桥局 集 团 第三工程 有 限公 司， 广 东 广 州 5 1 0 8 0 0 ) 摘要 ：采取 有效 的温控措 施 ， 在 保证塔 柱 混凝 土质量 的前提 下加 快施 工进 度 ， 是 斜拉 桥 主塔 冬季施工的关键 。以武汉天兴洲大桥主塔中塔柱施工为例， 介绍主要的温控措施 、 冬季施工保温材 料 的应用 效果及 工期 效应 。 关键词 ： 斜拉桥； 桥塔； 冬季施工； 保温材料； 温度控制 中图分 类号 ：u4 4 3 3 8 ； u4 4 5 4 3 文献标 识码 ： a ap pl i c a t i o n o f th e r m a l i n s u l a t i o n m a t e r i a l s t o co n c r e t e co n s t r u c t i o n o f py l o n pi e r o f w u h a n ti a n x i ng z h o u ch a ng - j i a n g ri v e r ra i l - c a m- r o a d b r i d g e i n wi n t e r s e a s o n wan g y u e n i a n l i ns h i f a 。 ( 1 co n s t r u c t i o n he a d q u a r t e r s o f w u h a n ti a n x i n g z h o u ch a n g j i a n g ri v e r b r i d g e ，ch i n a z h o n g t i e ma j o r br i d g e en g i n e e r i n g gr o u p c o ，i t d ，w u h a n 4 3 0 0 8 0 ，c h i n a ；2 th e 3 r d en g i n e e r i n g co ，i t d ，ch i n a z h o n g t i e ma j o r br i d g e e n g i n e e r i n g gr o u pgu a n g z h o u 5 1 0 8 0 0ch i n a ) ab s t r a c t ：i t i s ke y t o t he c o nc r e t e c o ns t r u c t i o n of p y l on s of a c a b l e s t a y e d b r i d g e i n wi nt e r s e a s o n t o t a k e e f f e c t i v e t e m p e r a t u r e c o nt r ol m e a s u r e s a nd a c c e l e r a t e c o ns t r u c t i o n pr o gr e s s u nd e r t he c on d i t i o n t ha t t he c o nc r e t e q u a l i t y o f py l on c o n s t r u c t i o n of t h e mi dd l e c ol u m n of t he p yl o n c ol u m ns c a n be e ns u r e d w i t h r e f e r e n c e t o t h e o f wu h a n ti a n x i n g z h o u ch a n g j i a n g ri v e r ra i l c u m ro a d br i dg e，t hi s pa p e r pr e s e n t s t h e pr i n c i pa l t e mpe r a t u r e c o nt r o l me a s ur e s t h a t s h ou l d b e t a k e n，t he e f f e c t o f a pp l i c a t i o n of t he t he r m a l i n s u l a t i on ma t e r i a l s a nd t he i r i nf l u e n c e s on t he c on s t r u c t i on t i me i n t he c o nc r e t e c on s t r u c t i o n i n wi nt e r s e a s o n ke y wo r d s：c a bl e s t a y e d b r i dg e；py l o n；wi n t e r s e a s o n c on s t r u c t i o n；t he r m a l i ns u l a t i o n ma t e r i a l ；t e m p e r a t ur e c on t r o l 1 工程概况 及施 工难点 1 1 工 程概 况 武汉 天兴洲 公铁 两 用 长 江大 桥 主桥 ( 下 文 简称 天兴洲大桥 ) 为双塔三索面三主桁斜拉桥 ， 2号、 3号 主塔墩位于长江天兴洲南汊主河槽 中。主塔墩采用 钢筋混凝土空心结构 ， 倒 y形 ， 塔底标高+1 5 0 m ( 1 9 5 6年黄 海 高 程 系 统 ， 下 同 ) ， 塔 顶 标 高 + 2 0 5 0 m， 整个主塔总高度 1 9 0 0 m， 分为下塔柱、 下横梁、 中塔柱 和 上 塔 柱 4个 部 分 ， 混 凝 土 均 采 用 c 5 0 ， 见 图 1 。 1 2 工 程难 点 天 兴洲 大桥 主塔墩施 工具有 如下难 点 ： 收稿 日期 ：2 0 0 7 0 8 1 0 作者简介 ：乇跃年( 1 9 6 1 一) ， 男， 高级工程师 ， 1 9 8 8年毕业于长沙铁道学院铁道工程专业 ， 工学学士。 维普资讯 2 桥梁建设 2 0 0 7 年第 5期 正立面 辫 5 8 2 8 8 8 2 8 8 0 2 8 8 0 2 8 8 2 3 0 1 5 0 标高单 位：m 尺寸单 位：c m 图 1主塔 结 构 ( 1 )主塔 施 工 周 期 长 。主塔 白 2 0 0 6年 5月 份 开始下塔 柱施 工 ， 计划 2 0 0 7年 1 o月 完成封 顶 ， 施工 周期 1 7个月 ， 跨 越 春夏 秋 冬 四季 ， 冬 季 施工 混 凝 土 裂纹控 制是 主塔 施工 的一 大难 点 。 ( 2 )由于 铁路 混 凝土 工 程 施工 质 量 验 收 补充 标准 1 ： ( 下文简 称 验标 ) 、 铁路 混 凝 土结 构 耐久 性设计暂 行规定 的颁 布和实施 ， 主塔 混凝 土入模 温度 及养护期 间温度 的控制 成为施 工过程 中的一 大 难点 。 ( 3 )高 空作业 ， 施 工环境 恶 劣 ， 塔 柱混 凝 土温 度 受到环境 温 度及风 雨影 响较 大 ， 混凝 土 内表 温 差 过 大或混凝 土表 面温度 剧变均 易造成塔 柱混 凝土裂纹 的 出现 ， 直接影 响塔柱混 凝 土耐久性 能 。 ( 4 )塔柱 施工前 期一度 采取 延长 混凝 土脱 模 时 间 ， 通过 模板保 护混凝 土 ， 确保 脱模 时塔柱 混凝土 处 于降温 阶段 温 差 自然过 渡 到小 于 1 5 并具 有 足 够 的抗 裂性 ， 但 由此 造 成塔 柱 施 工节 段 周期 大 大 延 长 ， 不能 满足总 体 工期 要求 。天兴 洲 大 桥 主塔 施工 难 度大 、 工期 紧 、 任 务重 ， 如 何 在确 保 主塔 施 工 满 足 规范 、 标 准的前提 下 j j 口 快 施工进 度 ， 是 主塔施 工工艺 措 施 中需 要解 决 的一 大难题 。 2主 塔墩混 凝土温 度分析 2 1冬季施 工规定 天兴 洲大 桥主塔 墩 中塔 柱施工 于 2 0 0 6年 1 o月 份开始 ， 2 0 0 7年 4月 份完 成 ， 中塔 柱 施 工 处 于 冬季 施 工 状 态 。混 凝 土 养 护 及 拆 模 期 间 温 度 规 定 如 下 ： ： ( 1 )养 护 期 间7 昆凝 土 内部 最 高 温 度 不 宜 超 过 6 5 c ； ( 2 )养 护 期 间混 凝 土 内部 温 度 与 表 面温 度 之 差 、 表 面温度 与环境 温度之差 不宜大 于 1 5。 c； ( 3 )拆模 时 混 凝 土芯 部 与 表层 、 表 层 与 环境 之 问的温 差不得 大 于 1 5 c。 2 2 主塔混 凝土温 度测量情 况 2 2 1 主塔 混凝土 温度测量 方法 为掌握 主塔 混凝 土 自浇 注完成 至拆模 以后 内部 温 度 、 表 面温 度及大气 温度 的变化情 况和温差 情况 ， 在主塔节段中布置埋设测温元件 ， 在混凝土灌注完 成后每 隔 2 h进行 观测 并记 录 ， 同时 对环境 温 度 ， 内 腔温度 ， 冷却 水管进 、 出水温 度进行 观测 、 记 录 。 主塔混 凝土温度 测点布 置见 图 2 。 平 面 点0 7 点o 5 图 2主 塔 混凝 土 温 度 测 点 布 置 2 2 2 主塔 混凝土 温度 观测结果 ( 1 )养 护方 法 。 主塔 混 凝 土冬 季 施 工 采 用 热水拌 制 ， 控 制 混凝 土 入模 温 度 不小 于 5。 c； 塔 柱混凝土内布设冷却管， 通过循环水降低混凝土 内 部温度， 避免 内表温差超标 ； 混凝土拆模前采用 自然 养 护 ， 顶 面 覆 盖 湿 润 的 麻 袋 ， 拆 模 后 喷 涂 养 护液 。 ( 2 )观测结果 。采用上述养护方法 ， 进行 3号 一 0 一 _【 一 0 0 一 一 一 0 0 0 一 一 一0 0 维普资讯 武汉天兴洲公铁两用长江大桥 主塔墩混凝土冬季施工保温材料的应用 王跃 年 ， 林世发 3 主塔 墩 中塔 柱第 1 、 2节 ( 主 塔 第 8 、 9节 ) 施工 ， 其 中 第 9节混 凝 土浇 注 日期 为 2 0 0 6年 l 1 月 6日， 温度 观测 结果 见表 1 。 表 l 混 凝 土 浇 注 完成 后 温 度 观 测 记 录 誓 蓍 圭 一 时 间 温 度 表 面 内 部 蔷 茑 磊蒜 茑 第 1天 1 8 ( 1 8 ) 第 2天 1 9 ( 1 9 ) 第 3天 1 8 ( 1 8 ) 第 4天 1 6 ( 1 6 ) 第 5天 1 5 ( 1 5) 第 6天 1 4 ( 1 4 ) 第 7天 1 6 ( 1 6) 第 8天 3 6( 3 5) 6 5 ( 6 5 ) 1 8( 1 7) 2 9 ( 3 0 ) 3 7( 3 6 5 ) 6 5 ( 6 5 ) 1 8 (1 7 5 ) 2 8 ( 2 8 5 ) 3 6( 3 6 5 ) 6 0 ( 6 0) 1 8 (1 8 5 ) 2 ,t ( 2 3 5) 3 2 ( 3 3 ) 5 8 ( 57 ) 1 6( 1 7 ) 2 6 ( 2 4) 3 5 ( 3 6 ) 5 4( 5 3) 2 o ( 2 1 ) 1 9 ( 1 7 ) 3 2 ( 3 2 ) 5 2( 5 3) 1 8 ( 1 8 ) 2 0( 21 ) 2 9 ( 2 8 )4 3( 4 2 ) 1 3 ( 1 2 ) 1 4( 1 4 ) 2 0 0 6年 1 1 月 1 4 n拆模 注 ： 1 测 温 时 i司 8： o 0 9： o0 ；2 括 号 外 为 上 游 温腰 值 ， 括 号 内 为下游温度值 。 2 3温 差分析 与存 在的 问题 2 3 1 温差分 析 ( 1 )冷却管循环水降温 ， 进出口水温差一般在 5 6。 c， 内部 混凝土 降温 有限 ； ( 2 ) 根 据表 1 ， 混凝 土浇 注完成 后前 5 d ， 混 凝土 内表温差 均大 于 2 0 c， 混凝 土表 面与环境 温差 均大 于 1 5， 第 7 天后 温差 才能控 制在 1 5。 c以 内； ( 3 )主塔墩 中塔柱标 高为 +5 0 2 8 8 +1 3 0 2 8 8 i t i ， 高空施工气温相对地面较低 ， 风力较大 ， 混凝土表面 温 度散失较 快 ； ( 4 )3号 主塔 墩第 9节 浇 注 时 间为 2 0 0 6年 1 1 月份 ， 环境 温度最 低 为 1 3。 c( 夜 间 ) ， 随着 1 2月 份 、 2 0 0 7 年 1 月份 的来 临 ， 温差 将进一 步加 大 。 2 3 2存在 的 问题 为满足 验标 要求， 现场采取延长拆模时间， 控 制塔柱 混凝 土 内外 温 差 、 混 凝 土表 面 与 大 气温 差 小 于 1 5， 且混凝土处于降温阶段时拆模。但拆模后 仍然发 现混凝 土表 面 有水 平 裂 纹 ， 主 要 分 布在 塔 柱 四角范 围 内 ， 表 明裂 纹在拆 模前 已经 发生 ， 且 拆模 后 短时 间 内迎风 面发 生局部 龟裂现 象 。 分 析裂纹 产生 的 主要原 因为 ： 拆模 前 内外 温 差超标 ， 尤其四角塔柱壁厚较大 ， 应力集 中， 是水 平 裂纹 分 布的主 要 区域 ； 高 空 风 力 较 大 ， 大 气温 度 较低 。 混 凝 土表 面 温 度 散 失 较 快 ， 尤 其 是 模 板 拆 除 后 ， 遮盖 不及 时或不严 实 ， 造 成混 凝土表 面温 度急 剧 降低。 是裂纹或龟裂的主要原 因。 由此可见， 通过延长拆模时间不能避免裂纹的 发生。 而且 中塔柱施工节段拆模延长到第 8天， 造成 前几个节 段施 工 周期 为 1 4 1 5 d ， 大 大 减缓 了主塔 施工 进度 。 3塔 柱混凝 土温控 方 案及保温 材料 3 1 塔 柱混 凝土 温控方 案 为 了确 保 主塔 混 凝 土 内部 与表 面 温差 、 表 面 与 环境 温 差不大 于 1 5 c， 有 效控 制塔 柱 裂 纹 的 出现 ， 同时提 高主塔 冬季施 工进度 ， 针对 主塔 施工特 点 ， 采 用拆模前模板保温 ( 辅 以冷却管通水降低混凝土内 部温度) ， 控制 内外温差； 拆模后混凝土外表包裹保 温 ， 避免 混凝 土表面 温度散 失 ， 避 开混凝 土表 面与环 境温 差 的影响 的温控 方案 。 3 2保 温材料 的选用 3 2 1 混 凝土模 板保 温材料 保 温材 料选 用高 压聚 乙烯 产 品 ， 橡胶 泡沫状 ， 黑 色 ， 厚 度 2 0 mm。 由于 该 产 品易 燃 ， 考 虑 到 塔 柱 施 工 电焊 、 气 割等 危险 因素 ， 在保 温材 料外 表覆盖 1 层 防火 布 ( 阻燃 装饰 布 ) ， 该 防火 布具 有 良好 的 阻燃 效 果 ， 并 经过“ 国家 固定灭 火系统 和耐 火构 件质量监 督 检验 中心” 检 验 。 具 体使 用方 法为 ： 根 据爬模 木带 间距 将保 温 材 料裁 剪成 宽度适 当 的条 形 ； 利用 万 能胶水 将 条 形 保温 材料贴 入木带 之 间并用 铁钉 固定 ； 防火 布 加 盖在钢楞 、 木带外 ， 用麻绳 等与钢楞系牢 、 封闭 ； 保 温材料和防火布 安装好后 ， 不再拆 除 ， 随 同模板拆装 ； 防火布和保温材料应经常检查， 发现破损或脱落应 及 时修补或恢复 。模板保温材料安装示意见图 3 。 瓣 11 ju l ( a )普通模板面 ( b )模板倒角处 图 3模 板 保 温 材料 安装 不葸 3 2 2 拆 模后混 凝 土表面保 温材料 在模板 拆 除后 ， 混凝 土表 面温 度散失 前 ， 立 即包 裹保 温材料 。保 温 材 料采 用 真 空棉 制 作 ， 考 虑 到易 燃 和吸水等 特点 ， 利 用 防 火 布 、 防水 布 制成 被 套 ， 内 装真 空棉 ， 并用 网格 线 编 制压 紧 ， 形 成 具有 防火 、 防 水 性 能的保 温被 。保 温被安装 示意 见 图 4 。 具 体使 用方法 如下 ： ( 1 )保 温被 水平 宽度按模 板 分块 数量 及 大小 尺 寸加工 制作 ， 各分块 之 间采用 毛粘布或 系带 连接 ； 垂 维普资讯 4 桥梁建设 2 0 0 7年第 5 期 i 9 0l 2 1 3 5 i 9 0l i 1 2 3i 2 0 0 i i 2 l 9 0l 2 1 3 5 i 9 0 i 1 2 5i 2 0 0 j 1 2 5 单位：c m 图 4 混凝 土 保 温 被 安装 示意 直 方 向长度 为塔柱 节段 长度 。保温 被 重量 采用 1 5 k g m。 。 ( 2 )模板逐块脱模后 ， 立即涂刷养护液 ， 并即刻 悬挂安装保温被， 尽可能减少脱模后至保温被安装 完毕 的 间隔时 间， 同 时通 过测 温 元 件进 行 表 面温 度 观 测 ， 控制 温差 。 ( 3 )保温被通过 固定在爬 架 h型螺母上 的钢 管悬 挂 固定 ， 各保温 被连成 整体后 ， 用尼 龙绳穿 过各 保温 被上 的挂 环 ， 将 整 个塔 柱 四周 的保 温 被环 向拉 紧 ， 避 免高 空风吹掀 起 。 ( 4 )保 温被 各 分块 及 倒 角 处应 连 接 牢 固， 封 闭 密实 ， 使用完 后卷成 筒状备 用 ， 破损 处应及 时修 补 。 3 3 其 他温控 措施 塔 柱混凝 土养护 和拆模 施工过 程采用上 述保 温 材料 的 同 时 ， 结 合 现 场 具 体 情 况 ， 辅 以如 下 温 控 措施 ： ( 1 )加强对 混 凝 土原 材 料 的管 理 和质 量 控 制 ， 水泥提 前进 库 保 温 ， 砂 石 料 加 棚 覆 盖 ， 避 免 冰 雪 混 入 ， 骨料 不得带 有冻结 团块 ； ( 2 )混 凝 土 配 合 比设 计 采 取 适 当增 加 水 泥 用 量 、 掺人 附加剂 、 减小水 灰 比等措施 加快混凝 土 的强 度增长， 提高抗冻能力 ； ( 3 )采用电热管为拌和用水加温， 按先投骨料 和已加热 的水 ， 然 后再投 入水 泥的顺 序投料 ， 并适 当 延 长搅拌 时 间， 确 保 混凝 土 拌 合物 出机温 度 不 低 于 1 5 c， 灌 注点 混凝土人 模温 度不低 于 5 c； ( 4 )在混 凝土灌 注完成 ， 待收浆 结束在 顶面喷 2 道养护 液并覆 盖 2层 麻袋 保 温 ， 开始 凿 毛仅 掀 开操 作面覆 盖材料 ， 冬季 夜间 布置碘钨 灯照射表 面 ， 进 行 加温 ； ( 5 )在 主 塔 节 段 混 凝 土 内设 置 冷 却 水 循 环 系 统， 尽量降低混凝土中心水化热产生的高温， 在冬季 施工时起到平衡内外温度差的积极作用。 4保 温效果 混 凝 土养 护期 间采用 模板 保 温材 料 ， 缓解 了混 凝 土表 面与环 境 的热 交换 ， 保 证 混凝 土 表 面有 足够 的湿度 ， 大大减 小 了混 凝土 内外温差 的影 响 ， 使混凝 土在硬 化过程 中维持 内外 温度差 小于 1 5 c ， 从而避 免 了养护 期 间因 内外温 差造成 的裂纹 。 拆 模后 混 凝土 保 温被 的使 用 ， 避免 了混凝 土表 面直 接暴 露在环 境 条件 下 而 发生 快 速热 交换 ， 混凝 土表 面温 度急剧 降低造 成 内外 温差过 大所 出现的裂 纹 。同 时 ， 保 温 被 能起 到挡 风 、 保湿 的 作用 ， 避 免 了 混凝土 表面 因干缩而 出现裂纹 。 采用 保 温 材料 和保 温 被后 ， 塔 柱混 凝 土 内外温 度 观测结 果 ( 以主塔 2号 墩 下 游第 9节 为例 ) 如 下 ： 节段高度 5 m； 节段标高+5 5 2 8 8 +6 0 2 8 8 m； 混 凝 土浇注 时间 2 0 0 6年 1 2月 6日 3 ： o 0 1 3 ： 3 0 ； 拆 模 时间 2 0 0 6年 1 2月 1 1日。原 材料 温 度情 况 见表 2 。混 凝土 温度测 量情 况见表 3及 图 5 。 表 2原 材 料 温 度 记 录 c 砂 石 水泥 水 混凝土入模 6 n j 0 20 0 8 0 1 1 0 釜 i ： ： = ： = n 宰 ： 事 ： 嚣 ： + 嚣 1 0 0 一 fn nlljlljll ll ll llj ll _ j ll ll ll上 。 。 、 。 。 、 图 5 温 厦 时 l司 曲 线 测试结 果表 明 ： ( 1 )混凝 土平均 表面温度 曲线 与 平均 中心 温度 曲线 线形一致 ， 内外平 均 温差 一般 在 3 1 8 6。c， 远低 于 验标 1 5。c的要 求 ； ( 2 )混 凝土 中心最 高温度 5 2 7 c， 出现 在测 点 2 ， 混凝 土浇 注后 2天 半 的夜 间； 对 应混 凝 土 表 面温 度测 点 1为 3 5 3 c ， 内外 温差 1 7 4 c， 超 出 验 标 2 4 c ； ( 3 )混 凝 土 表 面温 度 与环 境 温度 的温差 提高 ， 维普资讯 武汉天兴洲公铁两用长 江大桥主塔墩混凝土冬季施丁保温材料的应用 王跃年 ， 林世 发 5 托 ： 测 点 3、 5 、 1 1 测 试 兀 件 故 障缺 失 相 关 数 据 。 最 大达 到 3 3 3 c ， 混凝 土 龄期 4 5 d后 逐 渐 降低 至 l 5 c左右 ； ( 4 ) 拆 模后 ( 2 0 0 6