浅析大体积混凝土的温控措施

浅析大体积混凝土的温控措施

胡青松

云南云桥建设股份有限公司    

摘要：整体浇筑的大体积混凝土结构在我国建筑工程中得到了广泛应用，并且取得了良好的应用效果，大体积混凝土在实际养护的过程中经常会出现变形现象，其主要原因是外界天气的温度变化以及水泥的水化作用等，在水化作用和温度的影响下，其变形的程度相对较为严重，所以需要对变形的约束条件进行全面分析，并且要保证大体积混凝土结构的应用性能能够得到显著提升，同时要对其拉应力进行相应的检测，并且要避免出现结构开裂问题，尤其是要对温度应力进行全面的控制，进而防止因为温度问题导致其裂缝范围扩大。本文将结合具体工程实例，对大体积混凝土施工控制进行介绍，以期指导施工。

关键词：大体积混凝土；收缩变形；抗拉强度；温度控制

1. 工程简介

在本次实验探究过程中所选择的某一省份内的桥梁工程。承台桩基础；谦迈河特大桥主墩承台采用C30混凝土施工，规格尺寸为32×21×5.5m，单体体积为3696m³。过渡墩承台采用C30混凝土施工，规格尺寸为14.4×8.9×4m，单体体积为512.64m³。

通过对以上数据进行分析，并且设计了相应的施工方案，通过调查分析发现此次所选择的工程案例，其承重台使用了大体积的混凝土，并且在水化的作用下所产生的热量也相对较大，因此在实际施工过程中，必须要选择合理的施工工艺技术，既要明确混凝土在混合过程中相关原材料的实际使用量，又要对混凝土的入膜温度进行全面的控制，进而防止对大体积混凝土的使用性能造成影响，同时要加强温度的监测力度，确保混凝土的内外温差能够控制在合理的范围内，避免因为温度以及水泥水化作用影响产生较大的裂缝，影响桥梁主墩承重台的整体使用性能。

2.温度控制方法

2.1大体积混凝土温度控制的本质

就现阶段大体积混凝土的温度控制本质进行全面分析，能够为明确其相应的温度控制方法，奠定良好的基础，并且提供更多的理论依据，所以相关工作人员应该对其开裂的原理进行深入的研究，并且要加强对温度控制的力度。对于大体积混凝土来说，采取合理的温度控制措施，不仅能够使其拉应力得到全面的控制，还能够避免超过其抗拉强度，进而防止混凝土结构出现较大的裂缝。通过调查研究分析发现，如果大体积混凝土出现了裂缝，将会对整个工程造成严重的影响，并且使工程的使用寿命和使用安全性均得不到保障，因此相关管理人员和技术人员必须要明确其温度控制的本质，并且要加大对大体积混凝土温度控制力度。

2.2温度控制思路

从大体积混凝土温度控制本质出发可以明确在针对混凝土结构进行温度控制的过程中，既要通过采取合理的管控措施，使混凝土自身的抗裂性能得到显著提升，又要对混凝土的养护过程以及施工过程等进行全面的控制，并且要保证其温度应力能够保持在合理的范围内。通过对混凝土进行降温，以及在混凝土浇筑的过程中控制原材料的使用性能和浇筑的条件等，使其温度控制效果得到显著提升。在制定温度控制思路的过程中，必须要搜集更多的成功案例，并且要针对大体积混凝土的实际使用过程，以及使用寿命相对较长的大体积混凝土使用案例进行深入的探究，进而为后期温度控制效果的提升提供更多的参考依据。

2.3温度控制工作流程

大体积混凝土的制作过程相对较为简单便捷，并且已经形成了规范的制作流程，但是在大体积混凝土的浇筑和使用过程中，仍然会存在温度控制力度不佳等问题，影响大体积混凝土的使用效果，进而对整个工程的使用性能造成严重的影响，所以需要明确温度控制的具体工作流程。在施工过程中温度控制工作的难度相对较大，并且也需要对其控制目标进行动态的调整，所以为了保证温度控制工作能够稳定持续的进行，必须要事先制定好全面合理的工作流程，在实际施工之前应该获取充足的工程资料，例如必须要事先对当地进行全面的勘测，明确其地质条件以及周围的自然气候条件等。同时还要对温度以及自然条件的变化情况等进行全面的分析和预判，在获取相关资料的过程中，应该明确其资料的主要内容，既要明确混凝土在使用过程中的各项力学指标以及物理指标，又要对环境气象资料等进行全面的收集，并且在相关资料的支持下，制定合理的施工方案，进而通过对温度进行分析及计算，确保其应力能够得到全面的控制。同时还要对计算后的应力结果进行全面的验算，进而保证其整体的施工方案具有更强的合理性，对于温度控制的相关指标要进行明确，并且确定其最终的控制指标数据。在实际施工操作的过程中，还应该对所有的检测结果进行相应的判断，并且要通过计算程序明确检测结果是否具有准确性，同时要根据施工现场的实际情况，对外界温度的变化趋势以及应力的变化趋势等进行相应的分析，如果发现其变化趋势不容乐观，则应该及时采取控制和调整措施，进而使温度控制方案能够更加完善合理，要利用更多现代化信息技术，使大体积混凝土的裂缝防治效果能够得到显著提升。

图 2‑1  温度控制工作流程如图

2.4温控标准

表 2‑1  承台温控标准

3.大体积混凝土温度应力仿真计算

3.1设计资料

承台混凝土设计强度等级为C30，配合比见表 3‑1，混凝土劈裂抗拉强度参考值及物理热学参数按经验取值，见表 3‑2、表 3‑3，胶凝材料水化热实测结果为268.058J/g，见图 3‑1。

图 3‑1  胶凝材料水化热测试结果

表 3‑1  C30混凝土配合比  （kg/m3）

表 3‑2  混凝土劈裂抗拉强度参考值(MPa)

表 3‑3  混凝土物理热学参数

计算时考虑徐变对混凝土应力的影响，混凝土的徐变取值按经验数值模型，如下式所示：

式中：C1＝0.23/E2，C2＝0.52/E2，E2为最终弹模。

3.2承台温度应力有限元仿真计算

3.2.1模型参数

★承台平面形状为矩形，根据结构对称性，取承台混凝土1/4进行温度应力计算。

★ 承台C30混凝土受封底混凝土及桩基约束，计算时取基础弹模为2.7×104MPa；

★ 承台砼开始施工日期预设为2018年5月底，浇筑温度按28℃计算。

★ 参考气候资料，风速按≥4.0m/s考虑。

★ 采用钢模板施工，其侧面等效表面放热系数取1400.0 kJ/(m2·d·℃)，混凝土上表面散热系数取1200 kJ/(m2·d·℃)。

★ 承台混凝土沿厚度方向布置5层φ42mm的冷却水管，冷却水管水平间距为1.2m，计算考虑冷却水管的影响；

★ 温度及温度应力计算从混凝土浇筑开始，模拟之后半年的温度应力发展。

3.2.2计算结果

在以上设定条件下，承台、内部最高温度为60℃，温峰出现时间约为浇筑后第2~3天。承台温度应力场分布见图3-2，应力计算结果见表3-4。

A1：承台第一层混凝土3d应力场  A2：承台第一层混凝土7d应力场

A3：承台混凝土28d后应力场              A4：承台半年后应力场

图 3‑2  承台、横梁部分龄期应力及变形场包络图（单位：0.01MPa）

表 3‑4  承台温度应力场计算结果

从图2中可以明确在混凝土浇筑的过程中，其内部的整体温度相对较高，并且因为混凝土表面的整体散热能力相对较差，所以如果只依靠混凝土自身进行相应的降温，其难度相对较大，所以还需要采取人为影响措施，例如可以对混凝土的内部进行相应的温度控制，并且通过使用冷却水管使内部的热量得以全面的释放。在内部冷却水管应用的过程中，必须要事先明确水管的具体位置，并且要通过加入冷却水，使其温度的下降速度能够满足整体的温度控制需求。在针对图4进行分析时发现，如果温度在不断增加，则混凝土结构的整体膨胀效果会相对较大，进而使混凝土结构出现严重的变形问题，因此需要对其表面应力进行全面的控制，并且明确拉应力和表面应力之间的关系。通过调查研究分析发现，在承台使用的过程中，其温度应力一般会集中在表面位置，所以当温度到达一定的峰值以后，混凝土的整体结构会出现严重的变形现象，进而使其拉应力不断向内部传递，影响混凝土的整体稳定性以及使用安全性，所以需要对表面应力进行全面的控制，并且要防止出现早期开裂问题。在早期开裂以后需要加强对混凝土的养护力度，并且要通过对裂缝的深度进行相应的分析，采取合理的控制措施，进而使其后期开裂现象得到全面的控制。

根据温度应力计算结果，对不同龄期的混凝土采取不同的温控要求：承台3d、7d及28d最小抗裂安全系数仅为1.07、1.19和1.27，安全系数较低(＜1.4)，抗开裂能力不足，早龄期需采取较严苛的温控措施，保持冷却水的正常、大流量运转，并加强其上表面及侧面的保温保湿养护；必要时可采取一定的防裂附加措施；承台后期的最小抗裂安全系数安全系数较高(＞1.4)，应根据工况采取相应温控措施，严格控制内表温差，做好表面保温保湿养护工作，以避免承台混凝土出现干缩裂缝及有害温度裂缝。

4.现场温度控制措施

4.1混凝土浇筑温度的控制

控制混凝土的浇筑温度对于保障混凝土的浇筑质量具有非常重要的作用，所以需要对其浇筑环节给予高度的关注，通过调查研究分析发现对于相同种类的混凝土来说，其在入模的过程中温度变化情况相对较高，所以需要对此环节进行全面的控制，并且要保证其浇筑温度能够低于28℃，通过对浇筑温度的影响因素进行分析发现其主要受到了原材料使用性能以及外界气温的影响，所以在混凝土相关原材料浇筑之前，需要对所有原材料的温度进行全面的检测，并且要对其温度进行相应的控制，同时要对外界环境温度进行监测确保在浇筑的过程中能够控制在合理的温范围内。在混凝土浇筑的过程中，其所使用的原材料种类相对较多，并且砂石以及水等受到外界气温的影响相对较大，所以需要对外界环境温度给予高度的重视，并且要尽量选择在适宜的温度下完成浇筑环节。

如果在夏季进行施工，则必须要保证水泥的温度能够低于60℃，并且要尽量将水泥放置在干燥阴冷处一段时间以后再使用，对于新出厂的水泥应该对其温度进行监测，并且要尽量使用已经出厂一段时间的水泥。对于骨料的温度也应该进行全面的控制，应该保证骨料的温度低于30℃，并且对于骨料的堆放位置应该设置相应的遮阳棚，在骨料选取的过程中必须要从底层开始进行使用，尤其是对于粗骨料来说事先应该使用喷水降温的措施，确保骨料的温度能够显著降低，而对于细骨料来说，则应该将其放置在阴凉通风处，为其进行降温处理。同时在天气将对较为炎热的夏天，应该避免进行混凝土的浇筑，要对外界温度进行全面的控制，防止浇筑完成后的混凝土放置在阳光下进行直晒。

4.2冷却水管的埋设及控制

在冷却水管埋设的过程中应该注意以下几点，首先要保证冷却水管的埋设位置能够相对合理，并且要保证在后期冷却水管使用的过程中，可以具有较高的通水速率。其次要在冷却水管安装完成以后，事先进行加压通水试验操作，判断水流量是否符合混凝土浇筑的温度控制需求，对于冷却水管的连接位置要进行全面的控制，防止出现漏水现象。最后要在冷却水管使用的过程中对其最大水流量进行全面的检测，并且在冷却水管使用完成以后，要对其进行养护处理，防止冷却水管破裂。

4.3施工控制

4.3.1浇筑和振捣

承台混凝土在浇筑的过程中必须要使用相应的机械设备，所以必须要严格按照事先设计好的浇筑方向以及浇筑顺序完成相应的施工过程。

4.3.2养护

混凝土养护环节对于提高混凝土使用寿命和使用质量具有非常重要的作用，所以要在温度和湿度等各个不同的方面完成混凝土的养护工作，既要保证混凝土表面的温度能够和内部的温度大致相同，又要对混凝土的湿度进行全面的控制，如果风速相对较大应该事先在浇筑完成以后进行覆盖处理，同时要完成湿养护措施。

通过对内部温度变化曲线进行全面分析发现在不同的阶段内，其温度的变化情况就有一定的区别，所以需要对各个不同阶段内的温度采取针对性的控制措施，进而增加混凝土的抗裂性能。

5. 现场监测

图 5‑1  温控实施流程图

通过对以上图形进行全面分析发现，在现场监测的过程中需要明确其温度控制的实际实施流程图，并且要严格按照相应的仿真计算结果，对温度进行全面的控制，通过实时监控的方式及时对反馈的信息数据进行处理，最终形成相应的温度控制机制，通过减少温控措施，避免浪费。

5.1监测元件的埋设

参照《大体积混凝土温度测控技术规范》，由具有埋设技术和经验的专业人员操作。为保护导线和测点不受混凝土振捣的影响，用等边角钢36mm×4mm进行保护，监测元件埋设示意图见5-2。

图 5‑2  监测元件埋设示意图

温度测点布置原则：

⑴ 承台为对称结构，可选取承台的1/4块布置测点；

⑵ 根据温度场的分布规律，对测点层间距作适当调整；

⑶ 充分考虑温控指标的测评。

5.2现场监测内容及要求

对现场监测内容进行全面的分析，具有非常重要的作用，所以必须要明确监测的实际要求以及实际的监测内容，尤其是对于温度数据要进行相应的计算，并且要从理论知识出发，对温度变化情况进行预判，同时要通过对相关参数进行调整，加强对施工现场的监测力度，进而保证温度应力能够低于抗拉强度，避免出现较为严重的温度裂缝问题。

5.3温控监测流程

在混凝土浇筑前完成传感器的选购及铺设工作，并将屏蔽信号线连接到测试棚，各项测试工作在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。温控监测流程图见图 6‑10。

图 5‑3  温控监测流程

5.4现场监测异常的应对措施

如果出现了异常数据，则应该及时采取针对性的处理措施。例如要通过启动冷却水管完成降温处理，并且要加强通风效果。

5.5对可能发生的问题的处理措施

（1）夏季炎热天气的施工时,严格控制混凝土入模温度，建议施工方将粗、细骨料存放在棚屋内或进行遮盖，以减少烈日暴晒引起的原材料温升；采取降低拌和水的温度或对粗骨料进行喷水、风冷等降温措施，尽量降低原材料的入仓温度；在混凝土泵送过程中，对泵送钢管用湿麻袋进行遮盖，并且派专人进行定时来回浇水降温，降低输送过程中由烈日暴晒引起的温升。

（2）冬季施工时，寒潮形成的“冷击”通常是导致表面裂缝的重要原因，而季节温差（冬季降温）也是引起表面裂缝甚至深层裂缝的重要原因，虽然气温日变化的周期较短、影响较小，但在某些特殊天气条件下，也会导致大体积混凝土表面开裂。为保证混凝土施工质量，控制温度裂缝的产生，针对不同环境气温变化情况和温度场计算结果，采取适当的方式养护。冬季施工过程时，沙石原材料中不得含有冻块，混凝土拌和物要保持有良好的工作性能。

（3）如在温度监控过程中遇突发的紧急情况时，温控技术人员在发生紧急情况后及时口头先向业主或监理反映问题，并可建议立即停工，随后向业主和监理人提出书面报告和处理建议，并由业主和监理在审核确定后下发处理措施。

（4）大体积混凝土温度控制是涉及工程建设各方的一个系统工程和动态的目标控制问题，在实施过程中，需要根据环境和施工条件、温度场监测实时结果，灵活采取相应的控制措施，总体需坚持

“预防为主，外蓄内降，抗放兼施”的原则。

6.结束语

从以上分析结果可以明确，在针对大体积混凝土进行温度控制的过程中可以采取外界降温以及环境控制等各种措施，并且要加强对混凝土结构的养护及控制力度，进而使其温度控制效果能够得到显著提升，提高混凝土结构的使用寿命以及使用性能。

参考文献

1、《大体积混凝土温度测控技术规范》（GBT 51028-2015）

2、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）

3、《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004)

4、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）；

5、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB／T1596－2005)

6、《大体积混凝土施工规范》（GB 504962009）

7、《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS202-1-2010）