文培弟

【摘要】本文通过对赤壁长江大桥主3#塔承台采取正确有效的温控标准及温控措施，效果理想，有效避免了有害裂缝的产生，在赤壁长江大桥大体积混凝土承台施工中取得了良好的效果，对类似工程有一点参考借鉴作用。

【关键词】大体积混凝土;温控措施

1、引言

水泥在水化过程中每克可释放高达500J左右的热量。在大体积混凝土施工中，因热量聚积可使内部绝热温升高达70℃或更高。水泥水化热作用会引起混凝土浇筑实体温度梯度变大，从而导致混凝土浇筑实体温度—收缩应力剧烈变化，引起构件开裂现象不足为奇。

如何防止大体积混凝土施工中出现使结构、构件的整体性、承载力、耐久性及影响正常使用的裂缝发生是大体积混凝土施工中的关键技术问题。结合赤壁长江大桥主3#塔承台大体积混凝土的施工，对其温控技术展开深入探讨。

2、工程概况

赤壁长江公路大桥主桥为[（90+240m）+720m+（240m+90m）]结合梁斜拉桥。承台为圆端型，长62m、宽30.4m，厚5.5m，C35混凝土，分两次浇筑，第一次浇筑高度为3.0m，浇筑方量为5120m?，第二次浇筑高度为2.5m，浇筑方量为4260m?。承台大的浇筑方量及现场较大的气温波动，加剧了现场浇筑温度的难度，加之较大的江面风力，混凝土表面水分极易被带走，塑性开裂风险大，均给大体积承台施工带来了不利影响。首先，面临的问题是混凝土配合比设计;其次是浇筑过程中的水化热控制。因此，在现场施工中，我们应高度重视理论计算和精细化管理，对混凝土原材料、搅拌出机温度、入模温度进行有效控制，使混凝土内外温差符合规范要求，确保大体积混凝土承台的施工质量。此方案科学有效，达到了预期的效果。

3、裂缝产生原因

大体积混凝土产生裂缝的主要原因有以下几个方面：①水泥水化热;②外界气温变化;③混凝土收缩。混凝土种用水量和水泥用量越高，混凝土收缩就越大。低热水泥和粉煤灰水泥能减少收缩。混凝土内部和外部的温差过大也会产生裂缝，混凝土浇筑初期会产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂;混凝土拆模后，混凝土表面温度下降过快也会产生裂缝;当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而使温度降低，形成内部温差产生裂缝;另外，水泥的安定性不合格也会引起裂缝。

4、总体思路

应用有限元分析软件对赤壁长江大桥大体积混凝土承台进行仿真分析，根据分析结果对大体积混凝土温控、原材料、混凝土配合比、混凝土浇筑、振捣、养护技术等提出了相关要求，并进行了详细的温控设计计算，制定出了预防裂缝产生的合理措施。

（1）高度重视原材料的选择，精心设计混凝土配合比，使混凝土的绝热温升和最高温度峰值得以降低;

（2）根据现场施工环境条件进行精细的温控理论计算，选择操作性强、可靠性高的保温措施，使混凝土内外温差予以降低，尽量减少温度梯度，使混凝土内温度场均匀分布;

（3）通过设置内部冷却水管循环系统，控制内部降温速率，使混凝土内部温度峰值予以降低，防止混凝土内部温度过快收缩;

（4）严格控制上下两层层间温度差，尽量缩短层间龄期差，防止层间裂缝产生。

5、温控标准

（1）浇筑温度 ≤28℃

（2）内部温度≤75℃

（3）内表温差≤25℃

（4）冷却水进出水温差≤10℃

（5）降温速率≤2℃/d

（6）表层与大气温差≤20℃

（7）养护水与表面混凝土温差≤15℃

6、温控措施

温控措施需根据结构尺寸、原材料、混凝土配合比、气温、约束情况及温控标准等要求综合考虑。根据温度场及温度应力分析结果及确定的温控标准，为避免出现有害裂缝，从以下四個方面对温控措施进行了研究和实施：

6.1 降低初始温度和内部温峰

（1）配合比的选择

按照施工方案及各项标准要求，选择合理的配合比设计尤为重要，也是温控措施中最为重要的环节。采用低热水泥，选择级配良好的粗细骨料及优良的混凝土外加剂，合理添加的粉煤灰和矿粉，有效降低水化热绝热温升的最佳途径是降低水泥用量。经反复试配比选，确定的配合如下：

（2）原材料的预冷却

利用浇筑前抽井水、在搅拌水中掺冰屑予以降低搅拌水水温、对混凝土原材料进行预冷却降温并搭设遮阳棚等措施来降低混凝土出机温度、入模温度，使混凝土内部最高温度不大于75℃，内表温差不大于25℃，以防止裂缝的产生。

因本工程施工期间气温相对较高，均对骨料等提前采取了降温措施，拌合用水及粗、细集料温度均在10℃左右，未使用刚出厂的新鲜水泥。

（3）降低核心部分混凝土温升

根据分布的混凝土内部温度特征，在混凝土内部设置冷却水管，通过冷水管中的循环水流动不断地带走混凝土中的热量，从而降低混凝土内部最高温度。

根据主3#塔承台温度场及温度应力的分析结果，重点加强了对冷却管作用的发挥。冷却水管采用Φ50×2.5mm的电焊钢管制作。水平间距为1.0m。承台厚度 5.5m，分两次浇筑。承台第一层浇筑厚度为 3m，冷却水管和混凝土顶面的高度间距为 0.4m+1.0m×2+0.6m。承台第二层浇筑厚度为 2.5m，冷却水管和混凝土顶面的高度间距为 0.3m+0.9m×2+0.4m，单层设10套水管。冷却水管用水流量、进水口温度等严格按温控标准进行实时调整。

6.2 提高混凝土的极限抗拉强度

避免混凝土开裂的重要措施之一是提高混凝土抗拉强度。因此应严格控制混凝土的骨料质量，确保骨料强度、粒径、级配、含泥量等指标满足规范要求，浇筑过程中应重视分层布料、加强振捣、重视混凝土早期养护质量，对减少混凝土表层收缩变形、增加内部密实性、提高极限抗拉强度十分重要。

本工程在混凝土浇筑中采用了分层连续施工法，以便于振捣、保证混凝土的浇筑质量，增加抗拉性能。分层施工可同时达到利用混凝土层面进行散热，降低混凝土内部温峰的目的。

6.3 改善约束条件，削减温度应力

赤壁长江大桥大体积混凝土承台采用分两次浇筑，合理设置施工缝，避免了水化热的积聚，温度应力有所降低。

根据本工程实际情况，设施工缝一条，将承台分为两次浇筑，规避了一次性浇筑超大方量大体积混凝土的开裂风险。

6.4 保温养护，减小混凝土内外温差

保温养护的目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的里外温差值以降低混凝土块体的 自约束力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受外约束力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。

根据对温度应力的仿真分析结果，计算内表温差达36.9℃。为避免发生急剧的温度梯度，主3#塔承台侧面利用钢模板带模养护，顶面采用覆盖洒水的保温保湿养生措施。现场根据对混凝土内表温差与表外温差的监测情况，及时调整覆盖措施，确定拆模时间。

结语：

由于水化热引起的大体积混凝土内外温差较大时，仅依靠冷却管通水削减内部温峰的作用有限，需要采取多种措施综合考虑，而保温养护措施成本低廉，效果显著。本工程通过对主3#塔承台温度场及温度应力进行仿真分析，得出了较为准确的水化热峰值及温度应力分布近似值。为避免因混凝土内外温差过大因产生的有害裂缝，根据分析结果制定出正确有效的温控标准和温控措施，并通过科学的监测手段对温控效果实时监测，根据监测结果及时对温控措施做出及时调整，取得了很好的温控效果，杜绝了混凝土开裂事故的发生。

参考文献：

[1]《桥梁施工工程师手册》（人民交通出版社）

[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

[3]《大体积混凝土施工标准》（GBT50496-2018）

[4]《工程结构裂缝控制》（中国建筑工业出版社）