摘 要：介紹大體積混凝土承臺(tái)施工技術(shù)及混凝土的理論熱工計(jì)算，通過(guò)混凝土的理論熱工計(jì)算結(jié)果控制現(xiàn)場(chǎng)混凝土的入摸溫度，并結(jié)合技術(shù)措施防止溫度裂縫的產(chǎn)生，保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土 熱工計(jì)算 溫差 施工技術(shù)

1、 工程概況

本工程為湖南炎陵至汝城(湘粵界)高速公路洣水河特大橋左線3#主墩承臺(tái)，承臺(tái)尺寸為19.8m×14.4m×4.5m，混凝土方量為1265.22m3，屬大體積混凝土�；炷�土標(biāo)號(hào)為C30。承臺(tái)位于一陡坡上，大里程方向?yàn)橐粛{谷，有一部分樁基外漏，因搭設(shè)支架較為困難，故在樁基內(nèi)預(yù)埋32工字鋼作為承臺(tái)底模支撐。承臺(tái)大體積混凝土施工難度較高，分兩次澆筑(第一次混凝土方量為421m3，第二次混凝土方量為843.48m3)，采用內(nèi)散外蓄方案，即混凝土內(nèi)部采用冷卻管降溫，同時(shí)加強(qiáng)混凝土表面保溫蓄熱，降低內(nèi)外溫差，防止產(chǎn)生裂縫。

2、 大體積混凝土施工溫度計(jì)算

2.1 混凝土配合比的選擇

承臺(tái)混凝土為C30，為降低混凝土的水化熱，混凝土配合比選用低水化熱硅酸鹽水泥，并摻入一定量的外加劑。所配制的混凝土，到達(dá)澆筑面時(shí)的塌落度應(yīng)低于160±20mm，水泥用量宜控制在230—450kg/m3;拌合用水量不大于190kg/m3;粉煤灰的摻量不宜大于水泥用的40%，礦渣粉的摻量不宜大于水泥用量的50%，且兩種摻合料的總量不能超過(guò)50%;水膠比不宜大于0.55;砂率宜為38-45%;拌合物的泌水率小于10L/m3。配合比為水泥：砂：石：水：外加劑=334:836:1059:112:63.72。

2.2 混凝土施工溫度計(jì)算

1)混凝土拌合溫度計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1�；炷�土拌合溫度T0=∑TiMC/∑MC=21.7℃

材料名稱	質(zhì)量(kg)	比熱C(KJ/kg·K)	材料初始溫度Ti/℃	TiMC	MC
水泥	334	0.84	40	11222.4	280.56
砂	836	0.84	22	15449.28	702.24
石	1059	0.84	22	19570.32	889.56
水	112	4.2	10	4704	470.4
合計(jì)				50946	2342.76

 

2) 混凝土出機(jī)溫度TI

由于混凝土攪拌機(jī)為封閉式，TI=22℃

3)混凝土澆筑溫度Tj

Tj=T0+(Ta-TO)( θ1+θ2+θ3)

式中，Ta為室外溫度，取15℃，θ1、θ2、θ3分別為各施工階段溫度損失系數(shù)，混凝土裝卸和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)θ1取0.032;混凝土運(yùn)輸時(shí)θ2=Aty，ty為運(yùn)輸時(shí)間(min)，A可查表得0.0042;澆筑過(guò)程中θ3=0.003tj，tj為澆筑時(shí)間(min);混凝土裝卸和運(yùn)轉(zhuǎn)考慮3次，混凝土運(yùn)輸時(shí)間ty為40min，澆筑時(shí)間tj為15min。θ1+θ2+θ3=0.245

混凝土澆筑溫度Tj=T0+(Ta-TO)( θ1+θ2+θ3)=21.7+(15-21.7)×0.245=20.1℃

4) 水化熱絕熱溫升值T(t)

T(t)=(1-e-mt)mcQ/(Cρ)

Tmax=mcQ/(Cρ)

式中 T(t)——t天齡期內(nèi)的混凝土絕熱溫升值，℃;

Tmax——混凝土最大水化熱溫升值，℃;

mc——每立方米混凝土水泥用量，kg/m3;

Q——水泥水化熱量，J/kg;

C——混凝土的比熱，一般取0.92-1.00，取0.97J/kg·K;

m——與水泥品種、澆筑時(shí)的溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查表得0.35

ρ——混凝土的質(zhì)量密度，取2400kg/m3;

t——混凝土澆筑后至計(jì)算時(shí)的天數(shù)，d。

由水泥廠提供的實(shí)驗(yàn)報(bào)告知，水泥3d齡期水化熱為314J/kg，7d齡期水化熱為354J/kg，3d齡期的絕熱溫升Tmax(3)= 45.05℃ ，7d齡期的絕熱溫升Tmax(7)= 50.79℃

5)混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度Tmax

Tmax=Tj+T(t) ζ

式中，ζ為不同澆筑厚度的降溫系數(shù)，

①： 第一次澆筑1.5m，查表得齡期3d的降溫系數(shù)取0.49;7d齡期降溫系數(shù)取0.46;

計(jì)算得齡期3d的混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度

T3max=20.1+40.05×0.49=39.7℃

7d混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度T7max=20.1+50.79×0.62=50.6℃

②： 一次澆筑3m，查表得齡期3d的降溫系數(shù)取0.68;7d齡期降溫系數(shù)取0.65;計(jì)算得齡期3d的混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度

T3max=20.1+40.05×0.68=47.3℃

7d混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度T7max=20.1+50.79×0.65=53.1℃

6)混凝土表面溫度Tb(t)

Tb(t)=Ta(t)+(4/H2)h′(H- h′)ΔT(t)

式中，Ta——大氣平均氣溫，取15℃;

H——混凝土計(jì)算厚度H=h+2 h′，H=4.66m

h′——混凝土的虛厚度，h′=Gλ/β, h′=1.58m;λ為混凝土熱導(dǎo)系數(shù)，取2.33W/m·K;β為熱傳導(dǎo)系數(shù)，混凝土表面采用草簾被，β=1/(δ/λi+1/βa)=1/(0.05/0.05+1/58)=0.98, δ為保溫材料厚度，取0.05m;λi為材料導(dǎo)熱系數(shù)，草棉被0.05;βa為鋼模板導(dǎo)熱系數(shù)，取58W/m﹒K;G為計(jì)算折減系數(shù)，取0.666;

ΔT(t)——齡期為t時(shí)，混凝土內(nèi)部最高氣溫與外界氣溫差;

齡期3d內(nèi)部最高溫度與外界最低氣溫差ΔT(3)=39.7-15.0=24.7℃，;齡期7d內(nèi)部最高溫度與外界最低氣溫差ΔT(7)=50.6-15.0=35.6℃。齡期3d混凝土表面溫度Tb (3)=37.1℃，T3max - Tb (3)=2.6℃<20℃;齡期7d混凝土表面溫度Tb(7)=46.9℃;T7max - Tb(7)=3.7℃<20℃，齡期3d和齡期7d混凝土中心最高氣溫與表面溫度差未超過(guò)20℃，齡期3d和齡期7d表面溫度與氣溫差超過(guò)了20℃，混凝土溫度梯度不能滿足防裂要求，因此混凝土內(nèi)部需要采取有效降溫措施，表面采用蓄水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土內(nèi)部、蓄水層、環(huán)境三者之間的溫度梯度在20℃以內(nèi)。

②： 第二次澆筑3m，查表得齡期3d的降溫系數(shù)取0.68;7d齡期降溫系數(shù)取0.65;計(jì)算得齡期3d的混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度

T3max=20.1+40.05×0.68=47.3℃

7d混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度T7max=20.1+50.79×0.65=53.1℃

混凝土計(jì)算厚度H=3+2×1.58=6.16m;

齡期3d內(nèi)部最高溫度與外界最低氣溫差ΔT(3)=47.3-15.0=32.3℃，;齡期7d內(nèi)部最高溫度與外界最低氣溫差ΔT(7)=53.1-15.0=38.1℃。齡期3d混凝土表面溫度Tb (3)=39.6℃，T3max - Tb (3)=7.7℃<20℃;齡期7d混凝土表面溫度Tb(7)=44.1℃;T7max - Tb(7)=9℃<20℃，齡期3d和齡期7d混凝土中心最高氣溫與表面溫度差未超過(guò)20℃，齡期3d和齡期7d表面溫度與氣溫差超過(guò)了20℃，混凝土溫度梯度不能滿足防裂要求，因此混凝土內(nèi)部需要采取有效降溫措施，表面采用蓄水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土內(nèi)部、蓄水層、環(huán)境三者之間的溫度梯度在20℃以內(nèi)。

3 混凝土的澆筑施工

1) 混凝土的運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸時(shí)應(yīng)縮短運(yùn)輸時(shí)間，盡量避免混凝土因運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成坍落度損失過(guò)大，混凝土坍落度控制在18-22cm,初凝時(shí)間在10h以上。采用混凝土運(yùn)輸攪拌車運(yùn)輸，在運(yùn)輸過(guò)程中以2-4r/min進(jìn)行慢速攪拌，卸料前快速攪拌30s后再卸料，混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)間限制見(jiàn)表2。

表2 混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)間限制

氣溫/℃	無(wú)攪拌設(shè)施運(yùn)輸/min	有攪拌設(shè)施運(yùn)輸/min
20-30	30	60
10-19	45	75
5-9	60	90

2)混凝土的澆筑

承臺(tái)混凝土澆筑時(shí)配備1臺(tái)混凝土固定輸送泵，確保上、下層及交接帶處前后混凝土澆筑間隔不超過(guò)初凝時(shí)間，確保混凝土在初凝前接茬(不超過(guò)10h)，不出現(xiàn)冷凝縫。因承臺(tái)長(zhǎng)度超過(guò)厚度的3倍，混凝土需斜向分層澆筑，斜面坡度小于1:3，每層厚度控制在30cm左右，每層混凝土方量84.3m3 。為避免出現(xiàn)冷縫，混凝土連續(xù)泵送。

混凝土振搗采用直徑70mm的插入式振搗器，振搗棒操作遵循“快插慢拔”的原則。振搗中控制好振動(dòng)棒的移動(dòng)間距不超過(guò)振動(dòng)棒作用半徑的1.5倍，既要防止漏振，也要防止過(guò)振，特別注意加強(qiáng)各區(qū)澆筑的匯合區(qū)，防止漏振。每點(diǎn)振搗時(shí)間以20-30s為宜，混凝土以表面不再顯著下降、不再冒氣泡及表面泛漿為密實(shí)。振動(dòng)器與側(cè)模保持5-10cm的距離，插入下層混凝土10cm左右，并保證在下層混凝土初凝前進(jìn)行振搗，使混凝土具有良好的密實(shí)度和整體性，防止出現(xiàn)施工冷縫。嚴(yán)禁振搗棒觸及鋼筋、預(yù)埋件等;對(duì)振搗人員劃分施工區(qū)域，明確責(zé)任，以防漏振、過(guò)振。

為保證兩次混凝土接觸面的連接性，當(dāng)?shù)谝淮螡仓�混凝土�?qiáng)度達(dá)到2.5MPa時(shí)，混凝土開(kāi)始進(jìn)行人工鑿毛，隨著混凝土齡期增長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到10MPa時(shí)，開(kāi)始用風(fēng)鎬進(jìn)行混凝土的鑿毛。鑿毛后，用高壓水沖洗干凈，保證新舊混凝土的連接質(zhì)量。

3)混凝土防溫度裂縫的措施

根據(jù)規(guī)范要求，混凝土內(nèi)外溫差不得超過(guò)20℃。根據(jù)大體積混凝土理論熱工計(jì)算，不能滿足規(guī)范要求，必須在承臺(tái)內(nèi)布設(shè)散熱管，通冷卻循環(huán)水降低混凝土內(nèi)部溫度，調(diào)整進(jìn)水口冷卻水流速，以滿足混凝土內(nèi)外溫差的規(guī)范要求。

嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度(不得高于22℃，根據(jù)計(jì)算得出)，如入模溫度高于22℃，拌合站必須采取降溫措施，現(xiàn)場(chǎng)澆注時(shí)測(cè)量混凝土溫度為18℃。

本承臺(tái)澆筑分兩次澆筑，第一次澆筑1.5m，第二次澆筑3m。在每次澆筑混凝土中沿豎向水平布置2層散熱管。散熱管采用直徑42mm，壁厚1.2mm的鋼管，采用回形布置。下一層散熱管距混凝土底面0.7m，上一層散熱管距混凝土頂面0.7m。為加強(qiáng)散熱效果，每層散熱管設(shè)置1個(gè)進(jìn)水口,2個(gè)出水口，且單獨(dú)通循環(huán)水，以便根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整冷卻水的循環(huán)速度，來(lái)降低混凝土內(nèi)外溫差。

在通水冷卻過(guò)程中，要加強(qiáng)混凝土溫度及冷卻水溫度的監(jiān)測(cè)和管理，及時(shí)調(diào)整混凝土養(yǎng)護(hù)措施，尤其是加強(qiáng)保溫措施，延緩混凝土升降溫速率，減小混凝土的溫差梯度，保證混凝土不開(kāi)裂。

在養(yǎng)護(hù)中通過(guò)測(cè)溫記錄來(lái)指導(dǎo)降溫和保溫工作的進(jìn)行，通過(guò)調(diào)整散熱管內(nèi)的水溫及冷卻水的流速，控制混凝土內(nèi)表溫差，從而將混凝土內(nèi)外溫差控制在20℃左右。

4)混凝土的內(nèi)外溫度控制技術(shù)

為加強(qiáng)混凝土內(nèi)外部溫度控制，預(yù)埋測(cè)溫管,進(jìn)行人工測(cè)溫，測(cè)溫管布置在承臺(tái)縱、橫軸線上，每個(gè)軸線上連續(xù)布置3根測(cè)溫管，縱軸線上管間距8.0m，橫軸線上管間距為5m，管深5m，管口高出混凝土面50cm，管底用鋼板密封。每個(gè)測(cè)溫管內(nèi)灌滿水，通過(guò)放入電子溫度計(jì)測(cè)量水溫的方法來(lái)間接測(cè)量混凝土溫度。

為了能夠更好地掌握混凝土的內(nèi)部溫度， 24h連續(xù)測(cè)溫。待混凝土終凝后，每2h測(cè)溫一次，并認(rèn)真記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算混凝土中心與混凝土表面溫度差、混凝土表面與大氣溫度差、冷卻水進(jìn)、出口水溫差，若超過(guò)規(guī)范溫差，及時(shí)調(diào)整冷卻水進(jìn)水口速度，來(lái)調(diào)整溫差。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算混凝土施工的溫度，并采取相應(yīng)措施控制混凝土的入模溫度，采取混凝土內(nèi)布置散熱管通冷卻水降溫、頂面蓄水養(yǎng)護(hù)并覆蓋保溫層及連續(xù)測(cè)溫等技術(shù)措施來(lái)防止溫度裂縫的出現(xiàn)，保證大體積混凝土構(gòu)件的質(zhì)量，在實(shí)際施工時(shí)，采取以上措施能夠保證大體積混凝土構(gòu)件的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]丁克勝.《建筑施工工程常用數(shù)據(jù)速查手冊(cè)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2005

[2]周水興，何兆益，周毅松.《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》.人民交通出版社.2001

[3]中華人民共和國(guó)交通部. JTJ041-2000 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》.人民交通出版社.2000

---

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自：http://www.jinnzone.com/kejilw/jianzhushigonglw/17273.html