連續(xù)剛構(gòu)橋整體式承臺大體積混凝土施工溫度控制

連續(xù)剛構(gòu)橋整體式承臺大體積混凝土施工溫度限制1工程概況新廠特大橋中心樁號K18+160,橋梁全長左幅830m,右幅860m,主橋跨越峽谷，主跨為100m+180+100m預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)剛構(gòu)。6#、7#主墩采納20根直徑62.0m樁基礎(chǔ)，左右幅一體整體式承臺結(jié)構(gòu)，承臺長寬高分別為23.2X18.2X5in,每個承臺C30混凝土方量2nlm3。由于承臺澆筑時間在8月份，屬于夏季施工，山區(qū)夏季晝夜溫差較大，混凝土溫度限制難度較大。為防止分層施工造成分層位置混凝土結(jié)合不緊密，承臺實(shí)行一次澆筑工藝，混凝土方量2111nl3,連續(xù)澆筑50h以上，混凝土澆筑倉面面積422nl2。為保證混凝土澆筑的連續(xù)性，具有混凝土布料難度大、水泥砂石料儲藏時間長、便道通行壓力大、混凝土施工組織難度大等特點(diǎn)。2大體積混凝土溫度限制的必要性大體積混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度改變，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力易形成混凝土裂縫。由于水泥的水化熱作用，混凝土澆注后要經(jīng)驗(yàn)升溫期、降溫期和溫度穩(wěn)定期三個階段。升溫階段，水泥產(chǎn)生的水化熱大量聚集在混凝土內(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。假設(shè)大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力時，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，此時彈性模量相對較低。假設(shè)降溫梯度過大，就簡單產(chǎn)生較大的溫度拉應(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，也簡單產(chǎn)生溫度裂縫，因此限制溫差盡量降低溫度梯度是保證不產(chǎn)生裂縫的根本。大體積混凝土在硬化期間，水泥水化熱在1-3天可放出熱量的50%。由于熱量的傳遞、積存，混凝土內(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆注后的3-5天。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和外表的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度高，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應(yīng)力。溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。施工過程中實(shí)行冷卻水管通水冷卻等溫控措施限制混凝土內(nèi)外部溫差過大，能有效避開溫度裂縫的產(chǎn)生。3混凝土溫度限制標(biāo)準(zhǔn)在混凝土施工及養(yǎng)護(hù)過程中，依據(jù)實(shí)際的施工及氣候條件及技術(shù)規(guī)范要求，大體積混凝土溫度限制須要到達(dá)以下目標(biāo)：(1)盡量降低溫升，延緩最高溫度出現(xiàn)的時間。(2)降低承臺混凝土外表和混凝土中心的溫差，降低新老混凝土間的溫差，限制混凝土外表和大氣溫度間的溫差。(3)限制混凝土的出廠溫度，要求W25C。(4)承臺的最大內(nèi)外溫差要求W25℃。(5)混凝土外表養(yǎng)護(hù)水和混凝土外表的溫差應(yīng)W15C。(6)通過溫度限制，盡量減緩降溫度速度，溫度降低速率W2C/天。4主要溫度限制措施4.1優(yōu)化協(xié)作比設(shè)計(jì)由于承臺混凝土澆筑倉面面積422nl2,每層混凝土按50cm計(jì)算，每層需澆筑方量約211ni3。依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況，混凝土供應(yīng)實(shí)力約60m3每小時，考慮肯定的平安系數(shù)，每層混凝土澆筑時間約為5h。為保護(hù)上下層混凝土連接良好，將混凝土初凝時間限制在6h以上。摻加適量優(yōu)質(zhì)粉煤灰，選用優(yōu)質(zhì)緩凝高效減水劑，削減砂用水量和水泥用量，降低混凝土內(nèi)部水化熱，削減收縮，增加緩凝時間，以利于混凝土自然散熱。選用級配良好、低熱膨脹系數(shù)、低吸水率的粗集料，以滿意大體積混凝土施工須要。經(jīng)過多方案必選，材料選擇如下：水泥采納廣西華潤水泥（田陽）XX公司生產(chǎn)的P.042.5水泥，細(xì)集料采納龍留石場生產(chǎn)的機(jī)制砂，粗集料采納龍留石場生產(chǎn)的5-31.5mm碎石，外摻料采納廣西田東電廠生產(chǎn)的H級粉煤灰，外加劑采納山西黃騰化工XX公司生產(chǎn)的HT-HPC型緩凝高效減水劑。經(jīng)協(xié)作比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，砂率為45%,坍落度為160-220mm,協(xié)作比設(shè)計(jì)如表1所示。4.2承臺混凝土澆筑工藝單個承臺混凝土方量為2nlm3。依據(jù)有關(guān)專家的詢問看法,為防止分次澆筑造成分次澆筑間層間粘結(jié)效果差易形成層間裂縫，承臺混凝土采納一次澆筑成型工藝。由于一次澆筑體量大，作業(yè)倉面較大。為保證混凝土分層連續(xù)施工，采納兩臺混凝土汽車泵同時澆筑混凝土，一臺泵車布置在大里程左側(cè)處，由承臺左側(cè)向線路中心澆筑，另一臺泵車布置在承臺右側(cè)，由承臺右側(cè)向線路中心澆筑,承臺頂面布置4條布料口，混凝土采納分層澆筑,分層厚度為50cm。由于拌和站距離承臺位置較遠(yuǎn)、便道保通壓力大，混凝土由兩個拌和站同時生產(chǎn)供應(yīng)，并對拌和出的混凝土進(jìn)行坍落度測定，坍落度不滿意要求的不允許運(yùn)用。4.3冷卻系統(tǒng)(1)冷?s水管布置。布設(shè)冷卻水管降溫為防止混凝土水化熱造成溫升、溫差過大，造成承臺混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，承臺施工時內(nèi)部采納循環(huán)冷卻水來對混凝土進(jìn)行冷卻降溫。承臺內(nèi)共埋設(shè)4層冷卻水管，距上下面各1.0m,豎向?qū)娱g距1m；冷卻管端頭距承臺邊1.1m,橫向距承臺邊lm0冷卻管采納熱傳導(dǎo)性好并有肯定強(qiáng)度的專用鐵管，外徑50mm,壁厚3.Omm。冷卻管順橋向布置，每兩層冷卻管一個進(jìn)口，一個出口。承臺冷卻管布置如圖1所示。(2)冷卻水循環(huán)。在主墩左側(cè)山坡上修建一個50m3蓄水池,高差10m以上，以保證進(jìn)水口有足夠的壓力，同時進(jìn)水口處設(shè)置閥門，調(diào)控水流量大小，以此調(diào)控混凝土內(nèi)部溫度。升溫時段加大水流速度，降溫時段，可通過水閥限制減緩水流速度，使水流平緩，以層流狀態(tài)循環(huán)冷卻混凝土。為調(diào)整進(jìn)水口水溫，在承臺外側(cè)設(shè)置出水口熱水收集池，將熱水泵至蓄水池，利用出水口熱水及山澗流水調(diào)整進(jìn)水口水溫，以滿意溫控水溫要求。冷卻管運(yùn)用前進(jìn)行密水試驗(yàn)，防止管道漏漿、漏水。為保證冷卻管不被混凝土漿液堵塞，在混凝土澆筑至將冷卻管埋住時就通水，以保證冷卻水的正常循環(huán)。4.4降低材料溫度由于承臺大體積混凝土澆筑時間為夏季，白天氣溫較高、日照強(qiáng)度大，材料溫度高，會造成混凝土入模溫度高。因此，砂石材料均設(shè)置了遮陽棚避開日照溫度上升，盡量降低砂石料溫度，嚴(yán)格限制水泥溫度及其進(jìn)場時間，水泥溫度不得高于50℃。依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，工程所在地山區(qū)的山澗水環(huán)境溫度為17.3℃,采納該山澗水拌合降溫效果特別顯著。另外，在混凝土拌合前采納冷水沖洗骨料。通過以上措施，有效地降低了混凝土的溫度。4.5保溫保濕養(yǎng)護(hù)保溫保濕養(yǎng)護(hù)可以起到削減混凝土外表和內(nèi)部溫差過大的效果，且有利于混凝土的強(qiáng)度增長，是防止混凝土外表干縮裂縫的一個重要手段?；炷翝仓瓿珊?，側(cè)壁采納鋼模板帶模養(yǎng)護(hù),上外表實(shí)行冷卻管排出的溫水澆淋混凝土外表并覆蓋土工布保溫保濕，使外表始終保持潮濕，避開干濕循環(huán)；模板撤除后剛好回填基坑，以便更好地保溫保濕。養(yǎng)護(hù)時間不得少于20天。4.6?y溫限制為了明確在混凝土協(xié)作比及氣候條件下澆注大體積混凝土所引起的水化熱溫升值，并隨時駕馭塊體內(nèi)部混凝土的溫度，限制溫度裂縫的產(chǎn)生，對早期的混凝土溫度場進(jìn)行監(jiān)測，于澆注混凝土前在承臺內(nèi)埋設(shè)熱電偶測點(diǎn)。在混凝土澆注后，對混凝土內(nèi)的水化熱溫度進(jìn)行監(jiān)測，以便實(shí)行針對性的養(yǎng)護(hù)措施。基于承臺結(jié)構(gòu)是雙對稱結(jié)構(gòu)，因此在主墩承臺結(jié)構(gòu)中埋置溫度傳感器，承臺溫度傳感器布置如圖2所示。通過每2-3h測試混凝土內(nèi)部的溫度以及進(jìn)出水口水溫。依據(jù)監(jiān)控細(xì)那么及溫控計(jì)算，調(diào)整進(jìn)水口水溫及進(jìn)水流速，到達(dá)溫度限制的目的。5大體積混凝土溫度限制計(jì)算5.1混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算混凝土的絕熱升溫是在絕熱條件下，即碎既不散失又不吸熱的條件下，由水化熱產(chǎn)生的溫度上升值?；炷聊硞€齡期的絕熱溫升由下式計(jì)算：式中：C：每立方米碎水泥用量，取306kg/m3Q：每千克水泥水化熱，3天取163kJ/kg,7天取335kJ/kg；C：碎比熱，取0.96J/kq.k；P：碎密度，取2400kg/m3；m：和水泥品種、振搗溫度有關(guān)的閱歷系數(shù)，取0.404；t：齡期（天）。由以上公式計(jì)算得知，混凝土在其不吸熱、也不失熱的狀況下，完全由水化熱而導(dǎo)致的溫升隨齡期的增長呈遞增的趨勢，但齡期到達(dá)20天后，溫升基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，保持在49.29℃而不在增長。碎在7天齡期溫度增長最快，其溫升占整個溫升的94%o由此可見，限制前7天齡期的溫升，是碎溫控施工的關(guān)鍵時期。5.2通水冷卻計(jì)算因管道分四層布置，層距1m,水平間距1.0m,管徑50mm,流量限制在2.2-2.8m3/h左右，出水口溫度和構(gòu)件內(nèi)部溫度差值不宜大于25℃,同時和入水口溫度差值不宜大于25℃,可以通過進(jìn)水口水壓限制?；炷羶?nèi)部起先降溫后，為防止其內(nèi)部由于降溫過快，而產(chǎn)生裂縫，其每天的降溫速度限制在L5℃/d。每層設(shè)出水口2個，每套循環(huán)水管降溫的有效范圍為23.24-2X22.5義1=261m3。循環(huán)水管日降溫計(jì)算公式如下：通過計(jì)算，按進(jìn)出水口的溫差為9℃,通水量為1.8ni3/h時,到第7天齡期時，碎內(nèi)部溫度到達(dá)最高，為50℃,比外界溫度高20℃,滿意規(guī)范要求。從第8天起先，碎內(nèi)部溫度以每天3.77℃所謂溫度起先下降，大于每天2℃的要求，須要調(diào)整進(jìn)出水口的溫差及通水量。因此從第8天起先，調(diào)整進(jìn)出水口的溫差為4℃,通水量降為1.5m3/h,混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算如表2所示。從表2計(jì)算可見，從第8天調(diào)整進(jìn)出水口溫差及通水量后，碎內(nèi)部溫度以每天1.44C的速度下降。到第20天，碎內(nèi)部溫度已經(jīng)降至34.76C,和環(huán)境溫度30℃已經(jīng)接近，可以停止通水降溫。6溫控效果分析(1)依據(jù)監(jiān)控方案，經(jīng)過高密度的監(jiān)測，得到大量測試數(shù)據(jù)，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并和理論計(jì)算值進(jìn)行比照將中心測點(diǎn)溫度和靠近兩側(cè)模板的測點(diǎn)溫度進(jìn)行比擬。澆注n天后，依據(jù)溫控?cái)?shù)據(jù)反映，承臺內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定。通過實(shí)測，6號墩承臺混凝土澆筑60h左右，混凝土內(nèi)部中心溫度到達(dá)最高，為58.3℃,其后溫度略有波動，最高溫度和理論計(jì)算溫度50C略高；混凝土中心溫度和外表溫度之差最大為18.69℃,且能保持在25°。以內(nèi)，能滿意溫差要求，溫差改變?nèi)鐖D3所示。(2)從實(shí)測數(shù)據(jù)說明，混凝土澆筑后第3天，內(nèi)部溫度達(dá)到最高，最高溫度和計(jì)算溫度也略有偏差，主要是計(jì)算的冷卻水溫度及水流和實(shí)際略有差異導(dǎo)致。(3