刘曙亮，郭玉山，李 勇，钱栋栋

（中车建设工程有限公司，北京 100078）

地铁车站大体积混凝土中心温度变化规律及控制措施

刘曙亮，郭玉山，李 勇，钱栋栋

（中车建设工程有限公司，北京 100078）

文章结合重庆地铁 4 号线衡重式挡墙大体积混凝土浇筑过程中混凝土中心温度变化规律，探讨了大体积混凝土中心温度计算方法，并得出了该挡墙每层浇筑厚度应控制在 2.5 m 以内的结论，最后结合工程实际，给出温度控制建议。

地铁；大体积混凝土；中心温度；控制措施

0　前言

随着我国城市现代化建设的不断发展，大体积混凝土在工程领域，尤其是地铁、高铁工程领域的应用越来越广泛。目前，工程界对大体积混凝土并没有统一的定义。美国混凝土协会（ACI）规定：“一次浇筑的混凝土体量过大，需要采取措施来控制水化热的混凝土”为大体积混凝土；日本建筑学会定义：“断面最小尺寸为 80 cm 及以上，且产生水化热预计超过 25℃的混凝土”为大体积混凝土；我国 GB-5046-2009《大体积混凝土施工规范》规定：“混凝土结构实体最小几何尺寸不小于 1 m 的大体积量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土”可称之为大体积混凝土。大体积混凝土裂缝控制一直是工程界十分关心的问题。调查表明，在实际混凝土结构中，真正意义上由荷载引起的裂缝只占少数，80%以上都是混凝土凝结过程中体积收缩以及温度变化差异带来的不均匀膨胀等变形因素造成的间接裂缝。水泥在凝固和强度形成过程中，其重要组成部分硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙的水化会产生巨大热量，而这些热量很难通过混凝土与外界空气的热辐射及时释放，导致大体积混凝土内部温度不断升高，形成明显的内外温差。当温差达到一定极限时，混凝土内部就会出现裂缝，对工程安全造成严重威胁。因此，进行大体积混凝土温度控制研究十分必要。

1　工程概况

重庆市轨道交通 4 号线车辆段部分挡墙采用衡重式挡土墙，挡墙长度约 780 m，最大高度为 31 m，最大厚度为 20 m，每 10～20 m 设置一道伸缩缝，挡墙主体结构见图 1。混凝土浇筑时，按每层浇筑 2 m 高计算，每次最大单体浇筑混凝土量为 600 m3，在浇筑过程中，如果不能有效的控制混凝土内部温度，将可能导致挡墙混凝土内部出现裂缝。

设计要求挡土墙总高度在 15 m 以下时采用 C25 片石混凝土浇筑，片石掺量占总体积 20% 以下，挡墙总高度超过 15 m 时采用 C25 素混凝土浇筑，挡墙基础全部为 C25素混凝土。衡重台设置配筋，挡墙有扩大基础时，挡墙与基础交界面设置配筋，配筋同衡重台配筋。为了保证混凝土质量和便于组织施工，衡重式挡土墙混凝土浇筑采用商品混凝土，基本参数如表1。

图 1 衡重式挡土墙纵剖面图

表 1 工程用混凝土基本参数

工程浇筑方式为整体分层连续浇筑施工，共分5层，混凝土浇筑时从左至右均匀浇筑。挡墙每隔 10～20 m 设置一道变形缝，变形缝宽 25 mm，且于地基性状和挡墙高度变化处设置沉降缝，缝内沿墙的内、外、顶三边填塞沥青玻璃纤维、沥青麻筋、涂沥青木板等有机弹性的防水材料，填塞深度不小于 150 mm。墙身施工缝的处理按国家相关规程处理，清除表面浮浆、软弱混土层及松动的石子，并均匀的露出粗骨料；在上层混凝土浇筑前，用压力水冲洗混凝土表面的污物，充分润湿，但不得有积水；混凝土浇筑前必须对结合面进行凿毛、并涂抹一层 M10 水泥砂浆，再继续浇筑。

2　大体积混凝土水化热及升温计算

大体积混凝土浇筑时温度变化过程与水泥水化热、浇筑方式、降温措施等密切相关。针对本工程实际，文章做了如下计算。

2.1水泥水化热方程

式（1）中，Q（t） 为在混凝土龄期为 t 时累积产生的水化热（kJ/kg）；Q0为最终水化热（kJ/kg）；t 为水泥水化龄期，天；m 为常数，跟混凝土浇筑温度、水泥品种及型号、大型混凝土比表面积相关，结合本工程采用混凝土特性，本文取 0.341。

2.2最大绝热升温

最大绝热升温温度是在假定大体积混凝土在浇筑和养护过程中没有热损失，以及混凝土中水泥水化热全部转化为混凝土内部温度的情况下，混凝土升温值。

式（2）中，Th为混凝土最大绝热温升，℃；Wc为混凝土中水泥用量，kg/m3；F 为混凝土中标活性掺合料用量，kg/m3；F 为掺合料折减系数，粉煤灰取0.25～0.30；Q 为水泥 28天水化热，kJ/kg；C 为混凝土比热，kJ/kg · K，本文取 0.97；ρ 为混凝土密度，kg/m3，本文取 2 400。

2.3混凝土中心计算温度

式（3）中，T 为 t 龄期混凝土中心计算温度，℃；Tj为混凝土浇筑温度，℃；ξ （t） 为 t 龄期降温系数（表2）。

表 2 降温系数取值范围

3　计算结果分析

3.1不同厚度下混凝土中心温度计算

假设浇筑温度为15℃，大体积混凝土浇筑时长和宽为无限大的情况下，分别计算浇筑层厚度为 1.5 m、2.5 m、3 m、4 m 情况下，在龄期为 3 天、6 天、9 天、12 天、15 天、18 天、21 天、24 天、27 天、30 天 时，混凝土中心温度 T，结果如图 2 所示。

由图 2 可以看出，混凝土中心温度最大值出现在1～5天之间，所以应加强刚浇筑前几天的洒水降温养护。同时可以得出，中心温度与混凝土厚度有较大关系，如浇筑龄期为第 3 天时，4 m 厚较 1.5 m 后混凝土中心温度高 18 ℃ 左右，因此，在施工过程中应特别重视每次混凝土浇筑厚度。根据本文相关计算结果，建议该工程大体积混凝土每层浇筑厚度不大于 2.5 m，以防止出现混凝土中心温度过高而引发相关工程事故。

3.2计算值与实测值对比

为了对挡墙混凝土内核温度进行控制，浇筑过程中在内核位置设置了温度传感器。以每层浇筑厚度为 2.5 m为例，做出了中心温度计算值与实际测量值对比图（图 3）。

图 2 不同浇筑厚度下混凝土中心温度变化图

图 3 中心温度计算值与实际测量值对比

由图 3 可以看出，实际测量值与计算值基本上呈现了一致的变化规律，但测量值较计算值偏小。这可能是由于在实际施工过程中温度变化或者浇筑后养护条件的不同而引起的。实际测量值偏小说明计算值偏于保守，对控制大体积混凝土中心温度有利。对比实际测量值和计算值，可以发现，计算值中心温度曲线是比较光滑的渐变曲线，而计算值中心温度曲线会出现偶尔温度跳跃的现象。例如，在龄期为 13 天和龄期为 15 天时测量得到的内核温度变化不大，这说明实际混凝土内核升温过程中受到内部水化热和外部养护条件以及温度变化影响，实际温度变化情况较理论分析复杂。

4　大体积混凝土中心温度控制措施

根据以上分析结果，结合重庆地铁 4 号线挡墙工程实例，控制大体积混凝土中心温度主要应做好以下两方面工作：

一方面是选择低水化热水泥并优化混凝土配合比。优先使用低热水泥，减少混凝土单位水和水泥的用量；针对大体积混凝土搅拌站具体情况，合理添加减水剂、膨胀剂等外加剂；大体积混凝土骨料应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，做到骨料的连续级配；掺入适量矿物掺和料，降低胶结材料水化热的作用。

另一方面是优化浇筑方案。本挡墙混凝土施工时按照规范要求严格控制混凝土运输时间和入模温度，混凝土入模前对混凝土的坍落度与和易性进行检测，确保满足要求；大体积混凝土浇筑时，混凝土每层浇筑厚度应严格控制在 2.5 m 以内，浇筑混凝土时保持连续浇筑；浇筑过程中做好振捣，确保振捣密实；混凝土浇筑完成后加强养护，必要时对大体积混凝土温度进行监控。

5　结束语

本文结合重庆地铁4号线工程实际，研究了大体积混凝土强度上升过程中内部温度变化规律，得出了该挡墙每层浇筑厚度应控制在 2.5 m 以内的结论。最后结合工程实际，认为此类工程大体积混凝土中心温度控制措施，应重点优选低水化热水泥并优化配合比及浇筑方案。

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Mass Concrete Center Temperature Change Pattern and Control Measures in Metro Station

Liu Shuliang， Guo Yushan， Li Yong， et al.

This paper discusses the methods of calculating the center temperature of mass concrete， focuses on the change patterns of central temperature of the concrete during pouring process of balanced load retaining wall of large volume concrete on Chongqing metro line 4. The wall layers should be controlled within 2.5m as described in the final conclusion. In view of the engineering practice， it makes some suggestions on the temperature control.

metro， mass concrete， central temperature， control measures

U213.3

2016-03-28

责任编辑 孙锐娇

中车建设工程有限责任公司科研项目：浅埋特大断面隧道施工的关键技术研究

刘曙亮（1989—），男，硕士