馬來(lái)西亞檳城第二跨海大橋承臺(tái)大體積混凝土溫度裂縫控制

1、馬來(lái)西亞檳城第二跨海大橋工程承臺(tái)大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)中交三航寧波公司 馬金銘【摘 要】馬來(lái)西亞檳城第二跨海大橋承臺(tái)為大體積混凝土基礎(chǔ)，本文主要以p117排架承臺(tái)為例，介紹了大體積混凝土施工中采取的溫度控制措施，并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)溫控效果進(jìn)行了分析，實(shí)踐證明施工中所采取的措施是有效的?！娟P(guān)鍵詞】大體積混凝土 溫度裂縫控制一、工程概況馬來(lái)西亞檳城常年平均氣溫在26左右，而白天溫度基本在30以上，對(duì)于馬來(lái)西亞檳城第二跨海大橋（以下簡(jiǎn)稱(chēng)二橋）的承臺(tái)施工是個(gè)考驗(yàn)。本標(biāo)段中承臺(tái)直徑分9m和10m兩種，高度分別為2200mm和2800mm，施工分兩層澆筑，第一層為0.8m，第二層為1.4m或2.0m（

2、本文以2.0m厚承臺(tái)為例）；承臺(tái)第二層混凝土施工屬于大體積混凝土范疇。p117排架承臺(tái)混凝土澆筑， 是本標(biāo)段首個(gè)承臺(tái)施工，因此其溫控措施是否有效，將直接關(guān)系到后續(xù)混凝土施工質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。二、大體積混凝土溫度裂縫理論分析及溫控標(biāo)準(zhǔn)2.1 溫度裂縫理論分析由于水泥的水化熱作用，混凝土澆注后要經(jīng)歷升溫期、降溫期和溫度穩(wěn)定期三個(gè)階段。升溫階段，水泥產(chǎn)生的水化熱大量的聚集在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，內(nèi)外溫差使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，若大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力時(shí)就有可能產(chǎn)生裂縫；降溫階段，新澆混凝土受內(nèi)部鋼筋、封底混凝土及樁頭約束而不能自由收縮，此時(shí)彈性模量相對(duì)較低，若降溫梯度過(guò)大就容易產(chǎn)生較大

3、的溫度拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力大于相應(yīng)齡期的混凝土容許拉應(yīng)力時(shí)，也容易產(chǎn)生溫度裂縫，因此控制溫差盡量降低溫度梯度是保證不產(chǎn)生裂縫的根本。2.2 相關(guān)溫度計(jì)算2.2.1 混凝土拌和溫度計(jì)算拌和溫度按下式計(jì)算：或式中 tc混凝土拌和溫度，單位； ti材料溫度，單位；wc熱當(dāng)量，單位kj/；現(xiàn)場(chǎng)混凝土原材料溫度情況表1： 設(shè)計(jì)配合比（kg/m3）及原材料溫度（）設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)水泥砂石子水礦粉g40/202887791032158129現(xiàn)場(chǎng)材料溫度62031.531.527.056.0以上表1中現(xiàn)場(chǎng)原材料的溫度以最不利情況考慮，由于水泥出廠的溫度可達(dá)7080，儲(chǔ)存一段時(shí)間后會(huì)有所降低，取62；攪拌船中的砂石下料是

4、從底部開(kāi)始，與大氣溫度基本相近。拌和溫度計(jì)算過(guò)程見(jiàn)下表表2： 混凝土拌和溫度計(jì)算表材料質(zhì)量w(kg)（1）比熱c（kj/kg.)(2)熱當(dāng)量wc（kj/）（3）=（1）*（2）溫度t（）（4）熱量tiwc（kj）（5）=（3）*（4）混凝土拌和溫度tc()(6)=(5)/(3)水泥2880.84241.9262.0014999.04礦粉1290.84108.3656.006068.16砂7790.84654.3631.5020612.34碎石10320.84866.8831.5027306.72水1584.20663.6027.0017917.202535.1286903.4634.2混凝土拌

5、和溫度： tc=(tiwc)/(wc)=34.22.2.2混凝土入模溫度本工程混凝土采用攪拌船泵送澆筑，考慮入模前混凝土經(jīng)過(guò)泵送，該過(guò)程中增加溫度0.5，混凝土入模溫度：tj=34.2+0.5=34.72.2.3承臺(tái)混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算膠凝材料水化熱總量按下式計(jì)算式中：水泥的水化熱( kj /kg)，取289 kj /kg；k不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)，此處取0.92；=2890.92=265.88kj2.2.4混凝土的絕熱溫升：式中：tt 混凝土的絕熱溫升( ) ； mc 每m3混凝土膠凝材料用量； q 膠凝材料水化熱總量；c 混凝土比熱容，c = 0.98kj / ( kg) ；混凝土密度

6、， = 2400 kg /m3 ； t 混凝土齡期( d) ； m 常數(shù)，與水泥品種、澆筑時(shí)溫度有關(guān)。 混凝土最高絕熱溫升： 2.2.5混凝土中心計(jì)算溫度： 式中： t齡期時(shí)混凝土中心計(jì)算溫度( ) ； 混凝土澆筑溫度( ) ； 不同澆筑厚度的溫度系數(shù)，本文取 0.57混凝土中心理論最高溫度2.3 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)本工程采用英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫控要求有 入模澆筑溫度36 內(nèi)部最高溫度70 最大內(nèi)表溫度差27.7 升溫速度10/30min三、混凝土溫度控制措施從現(xiàn)有的條件可知，承臺(tái)混凝土澆筑的入模溫度、內(nèi)部最高溫度能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求，但還需采取措施最內(nèi)表溫差以及升溫速度等指標(biāo)進(jìn)行控制，以

7、防止溫度裂縫的出現(xiàn)。具體措施如下：3.1混凝土原材料優(yōu)選及配合比優(yōu)化優(yōu)選混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比的目的控制混凝土的絕熱溫升。 水泥：由于水泥的用量直接影響著水化熱的多少及混凝土溫升，大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥，如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等，并盡可能減少水泥用量。在馬來(lái)西亞我們采用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的粉煤灰水泥，盡量減少水泥水化熱。 骨料：采用當(dāng)?shù)睾由埃ㄖ猩埃?，因?yàn)槭褂弥猩翱蓽p少水及水泥的用量。在可泵送情況下，選用粒徑5-20mm級(jí)配石子。并嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料的含泥量1.0%。良好的集料級(jí)配，能保證在滿(mǎn)足混凝土工作性能的前提下，盡量減少水泥的用量。 摻合料：摻合礦粉，在混凝土中摻用的

8、礦粉不僅能夠節(jié)約水泥，降低水泥水化熱，增加混凝土和易性，而且能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度，推移溫升峰值出現(xiàn)時(shí)間。同時(shí)也改善了混凝土的可泵性。 外加劑：選用高效緩凝減水劑。要求外加劑初凝時(shí)間18h，盡量降低用水量，同時(shí)減緩水泥水化過(guò)程。優(yōu)化后的配合比如下表表3： 優(yōu)化后配合比（kg/m3）設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)水泥砂石子水礦粉g40/2028881810401111293.2 現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工控制 混凝土拌和料中，影響混凝土出機(jī)溫度的主要因素是砂、石和水的溫度。在施中，由于白天氣溫較高，選在早上、傍晚或雨后環(huán)境溫度相對(duì)較低時(shí)段進(jìn)行混凝土澆筑施工。剛生產(chǎn)的水泥嚴(yán)禁用于混凝土澆筑，必須是儲(chǔ)藏半個(gè)月以上，以控制水泥溫

9、度。 通水冷卻：在承臺(tái)上層混凝土澆注施工時(shí)，布置冷卻水管，并準(zhǔn)確測(cè)定承臺(tái)混凝土的溫度后決定是否通水，以便決定后續(xù)承臺(tái)是否繼續(xù)布設(shè)冷卻水管。通水冷卻可以有效地削減混凝土的早期溫峰，降低其內(nèi)部最高溫度。根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征，在承臺(tái)混凝土中埋設(shè)一層冷卻水管，在現(xiàn)澆承臺(tái)混凝土中布置適量冷卻水管（大橋縱向布置），冷卻水管采用外徑為a25mm，壁厚為1.8mm的薄壁鋼管，其水平間距為1m，冷卻水管進(jìn)、出水口應(yīng)集中布置，以利于統(tǒng)一管理。冷卻水管布置示意圖見(jiàn)下圖。圖1：冷卻水管布置示意圖冷卻水管使用及其控制：a) 冷卻水管使用前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水；b) 冷卻水管的循環(huán)水采用淡水，通水流量應(yīng)

10、達(dá)到25l/min，通水時(shí)間一般為34天或根據(jù)測(cè)溫結(jié)果確定；c) 在施工平臺(tái)上應(yīng)設(shè)置1個(gè)容量為3 m3的水箱，以供冷卻水循環(huán)； 混凝土澆筑控制控制混凝土入模溫度并加強(qiáng)振搗，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，保證振搗密實(shí)，嚴(yán)防漏振及過(guò)振，確?；炷辆鶆蛎軐?shí)；做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)、組織管理，要有充足的人力、物力，保證施工按計(jì)劃順利進(jìn)行，保證混凝土供應(yīng)，確保不留冷縫。承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)平面面積較大，采用水平分層的方法連續(xù)澆筑混凝土，分層澆筑厚度不得超450mm。澆筑后混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理以控制表面龜裂，同時(shí)混凝土澆筑過(guò)程中，嚴(yán)格控制混凝土拌合物坍落度。 混凝土養(yǎng)護(hù)在承臺(tái)初凝過(guò)后即采取覆蓋雙層

11、土工布的方法進(jìn)行保溫保濕，并對(duì)土工布灑水養(yǎng)護(hù)，防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大。四、溫度監(jiān)控4.1 測(cè)溫元件表4： 測(cè)溫元件型 號(hào)廠 家范 圍精 度溫度表tes-1319數(shù)位溫度表泰仕電子工業(yè)股份有限公司-501300-5019990.1，10.1，1傳感器tp-k01測(cè)溫棒泰仕電子工業(yè)股份有限公司-50200-50392/4.2測(cè)溫點(diǎn)的布置原則承臺(tái)混凝土測(cè)點(diǎn)布置。在承臺(tái)豎向至上而下布置3層，分別距承臺(tái)上表面0.1m、0.55m、1.2m；再在中間0.55m的層面上至承臺(tái)中心向外直線布置5點(diǎn)，分別距中心0.0m處1點(diǎn)，3.0m處2點(diǎn)，距承臺(tái)側(cè)面0.1m處2點(diǎn)。在另外兩個(gè)層面上布置2點(diǎn)，分別為距承臺(tái)側(cè)面0

12、.1mm處,具體布置如下圖：23 圖2：p117排架承臺(tái)第二層測(cè)溫點(diǎn)布置圖4.3測(cè)溫原則 自混凝土開(kāi)始澆筑起記錄各測(cè)點(diǎn)及環(huán)境溫度，并在澆筑后的72h內(nèi)，每2h讀取數(shù)據(jù)1次；澆筑后（47）d內(nèi)，每4h讀取數(shù)據(jù)1次；以后則可根據(jù)測(cè)溫結(jié)果和外界環(huán)境溫度變化情況每天選取2次進(jìn)行溫度觀測(cè)記錄。 （在混凝土內(nèi)部及外部設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集后并進(jìn)行整理分析，每一測(cè)點(diǎn)的溫度值及各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與表層測(cè)點(diǎn)的溫差值，作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù)，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。4.4數(shù)據(jù)整理及分析根據(jù)測(cè)得的溫度，繪出溫度曲線，可以得出最高內(nèi)部溫度、內(nèi)表溫差等曲線圖，詳見(jiàn)圖3，圖4，根據(jù)曲線圖，混凝土內(nèi)部溫度最高溫度66.7（略高于計(jì)算溫度）出現(xiàn)在澆筑后21h左右，升溫速度3.3/30min、最大溫差為21.5均滿(mǎn)足規(guī)范要求。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，p117排架承臺(tái)混凝土溫控各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。11圖3：時(shí)間溫度曲線圖圖4：最大溫差曲線圖結(jié)束語(yǔ)：p117排架承臺(tái)施工完成后，項(xiàng)目部組織業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)人員對(duì)承臺(tái)進(jìn)行表觀質(zhì)量檢查，檢查結(jié)論為：承臺(tái)表面平整，光潔，無(wú)溫度裂縫，表觀質(zhì)量合格。實(shí)踐證明對(duì)p117承臺(tái)采取的溫控措施是有效的，后續(xù)整個(gè)承臺(tái)分項(xiàng)工程于2011年12月4日全部結(jié)束