懸索橋錨碇基礎大體積混凝土溫控技術

宋博文

【摘要】為減輕或避免大體積混凝土溫度裂縫，基于混凝土物理特性、熱學性能試驗，采用有限元軟件Midas FEA建立懸索橋錨碇大體積混凝土仿真模型，提取內部溫度分布以及應力狀態，并以計算結果為依據提出了溫控標準和應對措施。通過溫度檢測及控制措施，有效的預防了溫度裂縫，圓滿完成了大體積混凝土溫度檢測控制，總結了大體積混凝土溫控技術及施工經驗，為橋梁大體積混凝土溫度監測控制提供了參考經驗。

【關鍵詞】懸索橋錨碇；大體積混凝土；溫差控制；預防溫度裂縫

1. 工程概況

錨碇基礎采用現澆擴大基礎形式，基坑開挖深度約10～40m，基底持力層為微風化砂質泥巖，單軸飽和抗壓強度不小于4.8MPa?；A平面尺寸為63m×58.2m，高度22m。

2. 控制原理及計算參數

懸索橋基礎大體積混凝土施工的特點是：

① 施工周期長，要經歷一年中最高溫和最低溫季節；

② 結構尺寸長，澆筑方量大；

③ 采用泵送混凝土，施工用配合比中膠凝材料用量大，水化反應放熱量大、升溫快，易因溫差產生裂縫。

混凝土的凝結硬化和形成強度是混凝土膠凝材料發生水化反應的產物。對大體積混凝土而言，干縮和溫度應力是導致混凝土開裂的主導因素。由于水化放熱作用，大體積混凝土結硬過程中，混凝土將經歷緩沖期、升溫期、降溫期和穩定期四個階段，由于入模時間以及對應的邊界條件的不同，混凝土塊體所處的狀態不同、溫度也有所不同，這就導致混凝土體積變化并不同步?；炷馏w積變化不同步時，體積變化不同步的混凝土就會由于相互之間的約束作用而產生溫度應力，當該應力超過混凝土當前的極限抗拉強度時，混凝土就會開裂。因此控制大體積混凝土溫度控制工作的主要控制目標是控制混凝土的內外溫差（內表溫差）及混凝土表面與大氣溫度的溫差（氣表溫差）。

錨碇基礎構造尺寸大，錨碇基礎采用抗滲等級W6 的C30 混凝土，對錨碇基礎大體積混凝土進行溫控計算，混凝土配合比見表1.1。

3. 溫控標準及混凝土溫度主控因素

3.1溫控標準

混凝土溫度控制的原則是：（1）盡量延緩最高溫度出現時間并盡量抑制混凝土的升溫幅度及速率；（2）減緩混凝土降溫階段的降溫速率；（3）降低混凝土內表溫差、新老混凝土之間的溫差；（4）控制混凝土氣表溫差。

溫度控制的具體實施細則需根據環境條件、混凝土入模溫度、結構尺寸、混凝土澆筑順序、邊界條件、混凝土配合比等具體因素制定。

3.2控制大體積混凝土溫度的主控因素有：

1） 混凝土配合比

混凝土水化熱以及溫度主要取決于混凝土配合比中膠凝材料的用量，混凝土配合比中水泥用量的增加會急劇增加大體積混凝土的峰值溫度。

2） 混凝土分層分塊情況

混凝土分層分塊情況對澆筑后內部核心溫度也有著重要影響?；炷灵L、寬尺寸對混凝土內部核心溫度有所影響，但當長、寬尺寸超過一定范圍后對內部核心溫度的影響就變得十分微弱，影響內部核心溫度的關鍵因素是混凝土的分層厚度。

3） 入模溫度

混凝土入模溫度對混凝土的初凝時間、開始升溫時間及峰值溫度有著直接影響。在夏季施工過程中混凝土入模溫度會隨之升高，入模溫度增加的同時混凝土核心溫度也會隨之增加，通水降溫時間亦隨之延長。

4） 通水降溫情況

通水降溫是混凝土澆筑完成后控制混凝土峰值溫度及調節降溫速率的重要手段。

4. 溫控監測

在混凝土入模前將傳感器埋置于預定位置，并將屏蔽信號線連接并集中至方便測量處，傳感測頭最好采用角鋼保護，以保證測量數據數據可靠性；各項測試工作在混凝土入模后開始，按照預定數據采集計劃進行?；炷恋臏囟葴y試，混凝土澆筑完后，白天每隔4小時監測一次溫度，夜晚每隔6小時監測一次溫度。溫度每測一次，都要對數據進行整理分析。溫度每測一次，都要對數據進行整理分析。直到溫度變化基本穩定。在混凝土溫度降低階段，為防止溫度降低過快，需合理控制水冷管流量。具體的冷水管的通水情況由現場的實測溫度而定。

4.1溫控監測主要內容

A.測量混凝土入模前的溫度

①測得混凝土入模前的溫度。

②再次檢查溫度傳感器是否完好，同時可以發現是否在埋設過程中破壞了傳感器。

③及早發現損壞的傳感器，并做好標記，減少以后不必要的測量。

B.混凝土澆筑后對混凝土的溫度監測

①對埋設的溫度傳感器的測量。

②冷卻管進水口、出水口的水溫測量。

③同步進行的大氣溫度的測量。

5. 溫控成果總結

1） 混凝土配合比

施工期間由于道路條件限制更換了一次混凝土供應廠商，并更換過一次混凝土配合比?；炷僚浜媳戎兴嘤昧康脑黾訒眲≡黾哟篌w積混凝土的峰值溫度。大體積混凝土配合比中水泥用量應盡量低于200kg。并且不易使用早強水泥。

2） 混凝土分層分塊情況

混凝土長、寬尺寸對混凝土內部核心溫度有所影響，但當長、寬尺寸超過一定范圍后對內部核心溫度的影響就變得十分微弱，影響內部核心溫度的關鍵因素是混凝土的分層厚度，因此需要控制混凝土分塊尺寸，當分塊尺寸過大時難以避免時，應在混凝土表面增設防裂鋼筋網片。

3） 入模溫度

在夏季施工過程中混凝土入模溫度會隨之升高，溫控計算過程中假定混凝土入模溫度為24℃，實際施工過程中發現入模溫度每增加將使混凝土迅速升溫的時間節點提前。入模溫度增加也會導致混凝土核心峰值溫度隨之增加。通水降溫時間亦隨之延長。

4） 通水降溫情況

實際溫控工作中發現，通水降溫對于控制混凝土核心峰值溫度有明顯作用。在混凝土進入降溫區段后，通水降溫有助于調節混凝土降溫速率。在通水降溫后期（澆筑完成80小時后），調節通水量控制降溫速率的效果將會有所削弱。

冬季施工時，進行頂面關水養護過程中，澆筑后混凝土表面保溫效果顯著。但隨著出水口水溫的降低，表面溫度將會迅速降低，此時應采取覆蓋保溫措施。

6. 結語

大體積混凝土溫控的主要目標是控制混凝土內外溫差。在混凝土早齡期，混凝土由于內外溫差的影響溫度應力將會增大，此時混凝土尚未形成強度，在此期間若控制措施不充分極易引起混凝土裂縫。因此應在混凝土齡期小于7d時期加強養護，特別是混凝土表面保溫及養護。2d-5d是預防混凝土開裂的關鍵時期，7d以后時期混凝土以具備一定強度，并且此時混凝土內外溫差逐漸減小，混凝土開裂風險隨之降低。

大體積混凝土溫度控制主要以控制混凝土配合比、控制混凝土入模溫度、控制混凝土表面保溫、控制混凝土內部通水降溫四方面入手。施工過程中應從控制混凝土配合比中膠凝材料用量入手，同時控制混凝土澆筑時的入模溫度。澆筑完成后加強混凝土表面保溫及養護，再通過通水降溫控制混凝土峰值溫度、調節混凝土進入降溫區間后的降溫速率。確保溫控標準嚴格執行，預防大體積溫度裂裂縫產生。