承臺大體積溷凝土溫度裂縫控制

1、馬來西亞檳城第二跨海大橋工程承臺大體積混凝土溫度裂縫控制技術中交三航寧波公司 馬金銘【摘 要】馬來西亞檳城第二跨海大橋承臺為大體積混凝土基礎，本文主要以P117排架承臺為例，介紹了大體積混凝土施工中采取的溫度控制措施，并通過實測數(shù)據對溫控效果進行了分析，實踐證明施工中所采取的措施是有效的?！娟P鍵詞】大體積混凝土 溫度裂縫控制一、工程概況馬來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，對于馬來西亞檳城第二跨海大橋（以下簡稱二橋）的承臺施工是個考驗。本標段中承臺直徑分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厚承臺為例）；承臺第二層混凝土施工屬于大體積混凝土范疇。P117排架承臺混凝土澆筑，是本標段首個承臺施工，因此其溫控措施是否有效，將直接關系到后續(xù)混凝土施工質量目標的實現(xiàn)。二、大體積混凝土溫度裂縫理論分析及溫控標準2.1 溫度裂縫理論分析由于水泥的水化熱作用，混凝土澆注后要經歷升溫期、降溫期和溫度穩(wěn)定期三個階段。升溫階段，水泥產生的水化熱大量的聚集在混凝土內部不易散發(fā)，內外溫差使混凝土內部產生壓應力，外部產生拉應力，若大于相應齡期的容許拉應力時就有可能產生裂縫；降溫階段，新澆混凝土受內部鋼筋、封底混凝土及樁頭約束而不能自由收縮，此時彈性模量相對較低，若降溫梯度過大就容易產生較大的

3、溫度拉應力，當該拉應力大于相應齡期的混凝土容許拉應力時，也容易產生溫度裂縫，因此控制溫差盡量降低溫度梯度是保證不產生裂縫的根本。2.2 相關溫度計算2.2.1 混凝土拌和溫度計算拌和溫度按下式計算：或式中 TC混凝土拌和溫度，單位； Ti材料溫度，單位；WC熱當量，單位KJ/；現(xiàn)場混凝土原材料溫度情況表1： 設計配合比（kg/m3）及原材料溫度（）設計標號水泥砂石子水礦粉G40/202887791032158129現(xiàn)場材料溫度62031.531.527.056.0以上表1中現(xiàn)場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7080，儲存一段時間后會有所降低，取62；攪拌船中的砂石下料是從

4、底部開始，與大氣溫度基本相近。拌和溫度計算過程見下表表2： 混凝土拌和溫度計算表材料質量W(Kg)（1）比熱C（KJ/Kg.)(2)熱當量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混凝土拌和

5、溫度： Tc=(TiWc)/(Wc)=34.2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過泵送，該過程中增加溫度0.5，混凝土入模溫度：Tj=34.2+0.5=34.72.2.3承臺混凝土內部溫度計算膠凝材料水化熱總量按下式計算式中：水泥的水化熱( kJ /kg)，取289kJ /kg；k不同摻量摻合料水化熱調整系數(shù)，此處取0.92；=2890.92=265.88KJ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，= 2400 kg /m3

6、；t 混凝土齡期( d) ；m 常數(shù)，與水泥品種、澆筑時溫度有關?；炷磷罡呓^熱溫升：混凝土中心計算溫度：式中： t齡期時混凝土中心計算溫度( ) ；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 溫度控制標準本工程采用英國標準，其對大體積混凝土結構的溫控要求有 入模澆筑溫度36 內部最高溫度70 最大內表溫度差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，承臺混凝土澆筑的入模溫度、內部最高溫度能夠滿足規(guī)范要求，但還需采取措施最內表溫差以及升溫速度等指標進行控制，以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

7、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。在馬來西亞我們采用當?shù)厣a的粉煤灰水泥，盡量減少水泥水化熱。 骨料：采用當?shù)睾由埃ㄖ猩埃?，因為使用中砂可減少水及水泥的用量。在可泵送情況下，選用粒徑5-20mm級配石子。并嚴格控制粗細骨料的含泥量1.0%。良好的集料級配，能保證在滿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，

8、而且能夠大幅度提高混凝土后期強度，推移溫升峰值出現(xiàn)時間。同時也改善了混凝土的可泵性。 外加劑：選用高效緩凝減水劑。要求外加劑初凝時間18h，盡量降低用水量，同時減緩水泥水化過程。優(yōu)化后的配合比如下表表3： 優(yōu)化后配合比（kg/m3）設計標號水泥砂石子水礦粉G40/2028881810401111293.2 現(xiàn)場混凝土施工控制 混凝土拌和料中，影響混凝土出機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)境溫度相對較低時段進行混凝土澆筑施工。剛生產的水泥嚴禁用于混凝土澆筑，必須是儲藏半個月以上，以控制水泥溫度。 通水冷卻：在承臺上層混凝土澆注施工時，布置冷卻水管

9、，并準確測定承臺混凝土的溫度后決定是否通水，以便決定后續(xù)承臺是否繼續(xù)布設冷卻水管。通水冷卻可以有效地削減混凝土的早期溫峰，降低其內部最高溫度。根據混凝土內部溫度分布特征，在承臺混凝土中埋設一層冷卻水管，在現(xiàn)澆承臺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、出水口應集中布置，以利于統(tǒng)一管理。冷卻水管布置示意圖見下圖。圖1：冷卻水管布置示意圖冷卻水管使用及其控制：a) 冷卻水管使用前進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水；b) 冷卻水管的循環(huán)水采用淡水，通水流量應達到25L/min，通水時間一般為34天或根據測溫結果確

10、定；c) 在施工平臺上應設置1個容量為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振搗，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，保證振搗密實，嚴防漏振及過振，確?；炷辆鶆蛎軐崳蛔龊矛F(xiàn)場協(xié)調、組織管理，要有充足的人力、物力，保證施工按計劃順利進行，保證混凝土供應，確保不留冷縫。承臺混凝土結構平面面積較大，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行必要的處理以控制表面龜裂，同時混凝土澆筑過程中，嚴格控制混凝土拌合物坍落度。 混凝土養(yǎng)護在承臺初凝過后即采取覆蓋雙層土工布的方法進行保溫保濕，并對土工布灑水養(yǎng)護，防止混凝土

11、內外溫差過大。四、溫度監(jiān)控4.1測溫元件表4： 測溫元件型號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測溫棒泰仕電子工業(yè)股份有限公司-50200-50392/4.2測溫點的布置原則承臺混凝土測點布置。在承臺豎向至上而下布置3層，分別距承臺上表面0.1m、0.55m、1.2m；再在中間0.55m的層面上至承臺中心向外直線布置5點，分別距中心0.0m處1點，3.0m處2點，距承臺側面0.1m處2點。在另外兩個層面上布置2點，分別為距承臺側面0.1mm處,具體布置如下圖：23圖2：P117排架承臺第二層測溫點

12、布置圖4.3測溫原則 自混凝土開始澆筑起記錄各測點及環(huán)境溫度，并在澆筑后的72h內，每2h讀取數(shù)據1次；澆筑后（47）d內，每4h讀取數(shù)據1次；以后則可根據測溫結果和外界環(huán)境溫度變化情況每天選取2次進行溫度觀測記錄。 （在混凝土內部及外部設置溫度測點，現(xiàn)場溫度監(jiān)測數(shù)據采集后并進行整理分析，每一測點的溫度值及各測位中心測點與表層測點的溫差值，作為研究調整控溫措施的依據，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。4.4數(shù)據整理及分析根據測得的溫度，繪出溫度曲線，可以得出最高內部溫度、內表溫差等曲線圖，詳見圖3，圖4，根據曲線圖，混凝土內部溫度最高溫度66.7（略高于計算溫度）出現(xiàn)在澆筑后21h左右，升溫速度3.3/30min、最大溫差為21.5均滿足規(guī)范要求。通過數(shù)據分析，P117排架承臺混凝土溫控各項指標均滿足規(guī)范要求。圖3：時間溫度曲線圖圖4：最大溫差曲線圖結束語：P117排架承臺施工完成后，項目部組織業(yè)主、監(jiān)理、設計等相關技術人員對承臺進行表觀質量檢查，檢查結論為：承臺表面平整，光潔，無溫度裂縫，表觀質量合格。實踐證明對P117承臺采取的溫控措施是有效的，后續(xù)整個承臺分項工程于2011年12月4日全部結束，