大体积混凝土温控技术

1、大体积混凝土温控技术 大体积混凝土（以下称砼）施工时，因为水泥水化过程中产生大量的水化热，由内向外传递，使砼内部温度逐步上升，而边缘受气温影响而降低，造成砼内表温差而产生温度应力。本文通过国内第一大承台，即五河口特大桥主墩承台近万方砼浇筑，在温控方面取得的胜利阅历，推荐大体积砼温控设计、监控、实施步骤，探究防止温差裂缝的方法。 1温控项目概述 五河口斜拉桥位于江苏淮安京杭水道、废黄河等五条河交汇处，故名五河口特大桥，其主塔承台平面尺寸为49.5m×33.1m的矩形截面，高6m。该承台号称国内第一大承台，砼方量9830m3，分两次浇筑成形，第一次浇筑厚度3.2m，砼5240m3，其次次

2、浇筑厚度2.8m，砼4590m3，砼设计强度C30。 砼浇筑过程中，因为水泥水化热作用，承台内部温度经受升温期、降温期、稳定期三阶段，与此同时砼的弹性模量不断增长，因为早期弹模较低，产生的压应力很小，而后期弹模增大，产生的拉应力较大使砼内部形成拉应力。倘若该应力超过其抗裂能力，砼就会开裂。而施工时光11、12月，正当当地年最低温时节，砼表面受气温影响而降温，越发剧了内外温差幅度，因此务必对承台大体积砼实行温控防裂措施。经对承台砼内部温度场及仿真应力场计算，制定不消失有害温度裂缝的温控标准，并据此制定温控措施。 2承台大体积砼温控计算 温控计算采用大体积砼施工期温度场及仿真应力场分析程序包举行。

3、该程序模拟砼施工状况，不仅考虑砼的浇筑分层、浇筑温度、养护、保和气砼的边界条件，而且考虑砼的弹性模量、徐变、自生体积变形、水化热散发逻辑等物理热学性能。计算参数按照招标文件、图纸和施工阅历取值，施工时按照现场状况重新验算。 2.1计算条件 2.1. 1 按照承台结构特点，取1/4计算；砼分二次浇筑，浇筑厚度为3.2m和2.8m； 2.1. 2 气象资料：气温、水温按照资料取值，浇筑时光11、12月，上年同期温度最高16.5，最低-8.7；平均风力按6m/s考虑。 2.1.3 承台内部用冷却水管控温（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. 4 C30砼弹性模量

4、、热学参数、干缩变形和自生体积变形等按规范和阅历取值。并考虑砼的徐变引起的应力松弛作用；砼泊松比为0.167，比热为1.0kJ/kg。取值见表1,2,3,4。2 2.1. 5 按照砼协作比，计算砼绝热温升为40。 2.2砼材料参数及数值模型 砼材料参数参考设计规范及实验结果。计算中使用的绝热温升、弹性模量、徐变度拟合公式分离为： 2.2. 1 水泥水化热：水泥水化热公式取双曲线函数 =0(1-m1 tm2) （2-1） 式中： 0终于绝热温升，时光，m1, m2 参数。 2.2. 2 弹性模量：弹性模量随时光的增长曲线采用四参数双指数形式，即 E()=E0 + E1(1e) （2-2） 式中：

5、E0初始弹模；E1终于弹模与初始弹模之差；,与弹模增长速率有关的两个参数，其值分离取0.14和0.17。 2.2. 3 徐变度：按照工程阅历，C30砼徐变度如下（单位：10-6MPa）： （2-3） 3计算结果及分析 3.1温度场主要特征 砼浇筑后23天即达到温度峰值，温峰持续1天左右开头下降，初期降温速率较快，以后渐渐减慢，1520天后降温平缓，温度趋于稳定状态。砼内部最高温度约51，温度分布为中部高，周围较低。 3.2应力场主要特征 按照计算结果，承台各层砼主要龄期的最大主拉应力见表5，砼早期（14天左右）最大温度应力为1.60MPa，而此时C30砼劈裂抗拉强度一般应大于2.0Mpa（见表

6、6），抗裂平安系数k1.5，后期也有1.5倍以上的抗裂平安系数。倘若砼施工质量良好，不会产生有害温度裂缝。按照计算结果，承台内部温度应力展现出周围边缘应力较大，而中间应力较小的特征。 4温度控制标准 按照计算结果，在施工期内为保证承台不消失有害温度裂缝，宜实行如下温控标准： 4.1砼浇筑温度：指砼平仓振捣后，上层砼掩盖前，距砼表面1015cm处温度，浇筑温度25； 4.2砼内表温差：指砼内部平均最高温度与表面最低温度之差，砼内表温差25； 4.3砼内部最高温度：指砼内部平均温度最高值，砼内部最高温度65 4.4砼降温速率：2.0/d。 5温控措施 5.1优化砼协作比，降低水化热 合理抉择砼原材

7、料，抉择级配良好的砂、石料，抉择优良的砼外加剂，增加砼强度，提高抗裂能力，降低水泥用量，是降低砼内部水化热温升的重要环节，因此务必举行砼协作比优化设计。 5.1.1控制原材料质量，削减水泥用量 1）水泥：采用PC32.5水泥，使用温度55，否则降低水泥温度。水泥分批检验，质量稳定。 2）粉煤灰：按照粉煤灰砼技术规范，大体积砼可按60d作为砼强度等级考核指标，在规范允许范围内尽量增强粉煤灰掺量，以推迟水化热温峰的消失，降低绝热温升，粉煤灰采用级灰。3 3）集料：细集料采用江苏宿迁中粗砂，细度模数2.42.6，含泥量2；粗骨料采用江苏盱眙二级配碎石，516mm占30，1631.5mm占70，级配优

8、良，含泥量2，其他指标符合规范要求。1 4）外加剂：采用缓凝高效减水剂，最大限度降低水泥用量，推迟水化热温峰的消失。掺量0.6%(占胶凝材料)。使用前配成溶液，拌和匀称，做好配制记录；固体外加剂提前分袋称好。3 5.1.2砼协作比 因为优化砼协作比，选用P.C32.5复合水泥，掺入20%级粉煤灰和超缓凝剂。粗集料采用二级配，选出最低空隙率和最佳级配曲线，在保证强度的前提下，尽量降低胶凝材料用量，从而大大降低了水化热，起到了早期抑制温升的效果。经检测比同等级砼最高温度推迟三天左右，最高温度降低30%左右。砼强度按60d龄期考核，但14天应达到22.MPa，28天应达到30 MPa。砼粘聚性良好，

9、不离析、不泌水，坍落度16-18cm，初凝时光35h。 5.2 控制砼浇筑温度 砼开盘前，测水泥、砂石、水的温度，计算砼出机温度，并估算浇筑温度如超过25，应在夜间20时以后浇筑，并控制原材料的温度，如骨料遮阳洒水降温，水泥温度过高应要求厂家在出厂前放一段时光。 5.2.1 砼的出机温度：T0 T0=（0.20+Qs）WsTs+(0.20+Qg)WgTg+0.20WcTc+(Ww-QsWs-QgWg)Tw0.20(Ws+Wg+Wc)+Ww 式中：Qs、Qg分离为砂、石的含水量，以%计；Ws,Wg,Wc,Ww分离为每方砼中砂、石、水泥和水的分量（粉煤灰计入水泥中）；Ts,Tg,Tc,Tw分离为砂

10、石、水泥和水的温度。 5.2.2 砼浇筑温度：Tp Tp=To+(Tn-To)(1+2+3+.+n) 式中：Tn砼运送和浇筑时气温；1,2,3,n有关系数，数值如下：（1）砼装、卸和转运，每次=0.03；（2）运送时=A,运送时光，A表8；（3）浇筑时=0.003,浇筑时光。 5.3埋设冷却水管，控制砼内部温度 5.3.1冷却水管位置 冷却水管采用50mm薄壁钢管（壁厚2.5mm）；冷却水管沿垂直方向布置5层，层间距1m，水平间距1m，每根管长度180m。进出水口集中布置，以便统一管理，进水口利用阀门控制冷却水流量。（如图1、图2），冷却水用江水。 5.3.2冷却水管使用及其控制 1）冷却水管

11、使用前举行压水实验，防止漏水、阻水。 2）砼浇筑到各层冷却管标高后即通水，通水时光1015天，详细时光按照检测结果决定，通水流量大于25L/min； 3）设置水箱以循环水冷却控制进出水温，在保证冷却管进水温度与砼内部最高温差25条件下，尽量降低冷却水温度。 4）第一层砼浇筑时第一、其次层冷却水管通水；其次层砼浇筑时，第三四五层冷却水管通水。 5）通水冷却所有结束后，用同标号水泥浆或砂浆压注管道。 5.4内降温、外保温、加强养护 因为承台冬季施工，要特殊重视砼的保温工作，控制砼内外温差25。措施：钢模板外嵌5厚泡沫板，吊挂麻袋，再用土工布围裹，碘钨灯照耀增强砼表面温度，顶面掩盖土工布。砼终凝后在

12、表面洒水养护，顶面尽量实行蓄水养护。养护对砼强度增长及削减温差、收缩裂缝具有重要意义。 5.5控制浇筑质量，提高抵挡温差拉应力强度 为提高砼匀称性和抗裂能力，务必加强各环节控制：（1）砼拌合运送、浇筑振捣、保温养护全过程监控，严格按规范施工。（2）为增加砼的抗裂能力，在承台外表面布设一层防裂钢筋网。（3）短间歇继续施工，两次浇筑间歇期控制在10天内。 6砼现场温度监控 为了随时跟踪砼内部温度变化状况，浇筑前根据全面控制承台内部温度变化的要求布置测温传感器。真切反映各层砼的温控效果，使之控制在温控范围内，利于异样状况准时实行措施。 6.1测点布设 按照温度计算成绩，在承台内部布置6层测温点，每层

13、沿X、Y方向布置14个测点，测点总数84个。测点沿承台的14部位水平布置，见图3、图4。 6.2监测仪器 采用PN结温度传感器， PN4C型数字多路巡回检测控制仪。温度传感器的主要技术性能：测温范围-50150；工作误差±0.5；辨别率0.1；平均敏捷度-2.1mv/。 6.3测试要求 砼浇筑后立刻测试，继续举行。温度测试，峰值消失前2h监测一次，峰值后4h监测一次，持续5天，然后天天测2次，直到温度稳定。 6.4测试内容 浇筑开头，继续监测各点温度变化状况，同时监测砼入仓温度、气温、冷却管进出口水温、浇筑温度，计算内表温差，举行现场控制，做好记录(表9)。 7温度监测结果及分析 7

14、.1整体分析 如图4，升温初期呈缓慢升高，之后急剧升温，升温阶段在3-6天，达到峰值后，温度稳定2天左右，随后缓慢下降。第一层最高温度为30.2，断面平均最高温30；其次层最高温度为35.6, 断面平均最高温34.6。与升温相比，降温阶段长得多。降温速率较缓慢，最大降温速率1.8/d。 分层施工时，第一层在施工间歇期内，温度先急剧升高，然后缓慢降温，当被其次层砼掩盖后，因其次层砼急剧升温，使第一层砼温度不同程度的回升。表面测点温度与断面平均温度相比，总体趋势不变，但温度变化起伏较多，因为表面测点距表面5cm，向外界散热快，受气温的影响大，故随气温的变化而变化。其次层砼在温峰过后，顶层测点温度缓

15、慢升高，是因顶面良好保和气侧面回填土的保温所致。 7.2承台中心到边缘的温度变化 图5绘出了承台中心到边缘的温度曲线，可以看出：从中心到距边缘3.5m范围温度分布较匀称，承台边缘3.5m外温度变化强烈，降温速率快，越逼近中心温度变化越平缓。 承台中心与边缘温度，下降速率早期控制在0.50.8/d，后期也未超过1.5/d，因为承台顶、侧面的良好保温，故边缘温度虽变化强烈，但下降幅度不甚大，随着中心温度向外传递逐步在边缘形成缓变区，起到了保温作用，在最严寒时节，两次最低气温降到-8时未消失太大的影响。 7.3冷却水的降温效果、温控效果 冷却效果：两次浇筑，冷却水管的进、出口水温差分离为5.7-11.6和5.8-10.，起到了早期削温峰及防止温度回升的效果。按照内部温度变化，有序地分层通水降温，对缩小内表温差起到了极为重要的作用。温峰过后，用冷热水调合成合适的水量和进水温度，调节降温的速率，达到后期温度缓慢下降的保温效果，内表温差未超过温控标准。 温控效果：第一层断面最大内表温差均在