论文部分内容阅读
［内容摘要］介绍了新通扬运河特大桥塔座大体积混凝土的温控设计与施工技术。
［关键词］大体积混凝土；温控；裂缝；透水模板布；冷却水管；测温元件
1、前言
新通扬运河特大桥塔座为正8边型棱台，顶面纵横向均长18m，底面纵横向均长21m，高2.5m，混凝土为C50,总方量为792.2m3。
2、大体积混凝土配合比设计和温控计算
塔座为典型的高性能大体积混凝土结构，极易产生裂缝。为尽量减少有害裂缝的产生，须对混凝土配合比进行专项设计，计算混凝土中心温度、表层温度和内表温差，从而制定有效的温控措施。
2.1、混凝土配合比设计
针对混凝土强度、温控和泵送的特点，混凝土采用高集料、低水灰比、低水泥用量和双掺材料，其性能指标如下：
①、混凝土抗压强度 ：混凝土28天强度> C50级
②、坍落度：18±2cm
③、含气量：<3.5%
④、凝结时间：混凝土浇筑时间约22h,则其初凝时间定为24小时左右,终凝时间26小时左右
其中：
水泥：采用P·O52.5水泥
细集料：采用级配良好的中砂，含泥量不大于1.5%。
粗集料： 5～31.5mm的连续级配碎石，含泥量不大于0.5%。
外加剂：采用PCA(Ⅰ)高性能缓凝减水剂。
水：深井水。
2.2、温控计算
根据混凝土配合比、水泥水化热值计算温控值。
2.2.1、温度计算
2.2.1.1、绝热温升
混凝土絕热温升的计算公式如下
（1-1）
其中：
—龄期（d）
水泥28天的水化热，混凝土比热
计算结果表明：在第28天龄期时，混凝土的绝热温升为67.808℃。绝热温升的变化曲线见图1。
图1混凝土绝热温升图
2.2.1.2、混凝土中心温度
塔座浇筑时间在8月份左右。查得桥位区8月份的历年平均气温为27.3℃，则混凝土浇筑温度定位T0=27.3℃。在考虑冷却降温的条件下，混凝土中心温度的计算公式为：
（1-2）
计算结果表明：采用冷却水降温，在第3天龄期时，混凝土内部温度最高，达到66.875℃，其温度曲线见图2。
2.2.1.3、混凝土表层温度和平均温度
塔座顶面采用循环水蓄水养护，蓄水深度为10cm，混凝土表层温度计算公式如下：
（1-3）
其中：
—施工期大气温度,为27.3℃ —混凝土计算厚度（m）
—混凝土实际厚度(m)，2.5m
—混凝土虚厚度(m)
计算结果表明：在第3天龄期时，混凝土表面温度最高，达到42.296℃。混凝土最大内表温差为24.579℃，其温度曲线见图2。
混凝土平均温度：
（1-4）
其温度曲线图2。
图2温度曲线图
2.2.2、温度控制标准
①、混凝土的上下层温差不超过20℃。
②、混凝土内表温差≤25℃。
③、混凝土降温速率不超过2℃/天。
3、防控裂缝的措施
为有效控制有害裂缝的产生，必须从控制混凝土水化升温、内表温差、减少混凝土收缩变形、提高混凝土抗裂能力和配筋等方面采取综合的防控措施。
3.1、降低混凝土的水化升温
3.1.1、混凝土配比
①、选用低水化热水泥。
②、采用双掺技术：掺入优质粉煤灰，降低水泥用量；掺入高性能缓凝减水剂，延缓混凝土的初凝时间。
3.1.2、降低混凝土的拌和、浇筑温度
①、水泥提前6d入罐，延长水泥的存放时间，降低水泥的拌和温度。
②、预冷集料，堆高骨料，堆放时间为5d以上，并采取措施避免骨料在日照下温度回升。
③、采用深井水拌和混凝土。
④、加快混凝土运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。
⑤、选择低温时段浇筑，尽量安排在夜间或阴天施工。
3.1.3、混凝土分层浇筑
为加快混凝土的内部散热，混凝土采用水平分层浇筑，每层铺筑厚度不超过30cm。
3.1.4、通水冷却
混凝土内埋设冷却水管通水冷却，以降低混凝土内部温度。
冷却水管采用Φ32×1.8mm黑铁皮管，冷却水采用深层运河水。塔座共布置3层冷却水管，每层冷却水管单根最大长度≤200m，以利于提高降温效果。为方便通水管理，各层水管的进、出口均设在塔座顶面，且伸出塔座30～50cm。冷却水管的布置见图3。
冷却水管安装完成后，须试通水检查，确保无漏水和阻塞现象。
冷却水采用集水箱供水，单只水箱容量为12m3左右。运河水进入集水箱沉淀过滤，
图3 塔座冷却水管布置图
图4 冷却系统布置图
减少泥沙含量。集水箱内设进水泵一台，压泵一台。压泵压水进入分流器，分流器分流进入冷却水管，以保证水的流速和流量，确保降温效果。每根冷却水管的通水流量按16～20L/min设计。集水箱、分流器的布置见图4。
考虑到混凝土的浇注时间较长，冷却水管应在混凝土覆盖一层即通水冷却一层，通水时间20天左右，直至混凝土内表温差小于25℃。在冷却过程中须根据温度监测情况及时调整水温和通水流量。
在通水冷却完毕后，采用同标号的水泥净浆压入冷却管内。
3.2、提高混凝土的抗裂能力
3.2.1、采用透水模板布
塔座斜面混凝土表面极易产生气泡、砂线、裂缝等质量通病，为了减少裂缝的产生，保证塔座混凝土外观质量，塔座模板采用透水模板布施工。透水布具有透气、吸水、排水功能，能够有效排除混凝土表面的气泡和泌水，同时在混凝土表面形成一层致密的保护膜，减少裂缝的产生。
3.2.2、混凝土配比
采用级配良好的粗骨料，严格按规范值控制砂石的含泥量，以提高混凝土的抗裂能力。
3.2.3、配置控裂钢筋
配置防裂钢筋的目的是减少混凝土收缩裂缝的宽度，使裂缝宽度小于设计规定的限值，一般≤0.2mm。
按设计，在塔座四周和顶面布置防裂钢筋网。钢筋网为定型产品，钢筋为φ8mm带肋筋，网格间距10×10cm。网片的净保护层严格控制在3～4cm。
3.2.4、保证混凝土的密实性
①、加强混凝土的振捣：采用振动棒振捣密实。
②、混凝土顶面的处理：在混凝土初凝前，按测量标高用木刮尺进行刮平，然后用木泥抹打磨压实，最后用铁抹收光压实。在施工过程中，为防止混凝土表面裂纹的出现，采用平板振捣器进行二次振捣，增加混凝土收面、压光遍数等办法。
3.3、混凝土表面蓄水、保温养护，控制混凝土内表温差
为使混凝土表面缓慢降温，避免温度骤降，确保混凝土内表温差控制在设计范围内，采取以下措施：
①、混凝土终凝后顶面开始蓄水养生，水深不小于10cm，养护4～5d。蓄水养护完毕后，覆盖塑料薄膜保湿并加盖双层土工布保温养护，养护时间不少于20d。
②、延缓拆模时间，一般不小于5天。模板拆除后，混凝土表面贴双层塑料薄膜保温。
4、温度监测
4.1、监测目的
采用测温元件监测混凝土内表温度，及时调整水温和通水流量，确保温控效果。
4.2、测温元件布置
仪器的布点按照突出重点、兼顾全局的原则，在满足监测要求的前提下，以尽量少的仪器获得所需的监测资料。根据对称性结构的温度变化般规律，仪器主要布置在塔座中心线上，以其中半个断面为重点。仪器的布置见图5。
图5测温元件的布置
4.3、温度监测
仪器埋入后即开始正常测量，测量频率先密后疏。混凝土初凝后4d内每2h一次，5～10d每4h一次，11～20d每天1～2次，20d以后每天一次。监测时间为28天左右。
由专人负责汇总监测结果，发现问题及时汇报，并研究应对措施，确保温控成功。
5结语
新通扬运河特大桥塔座大体积混凝土采取了有效的温控措施，成功避免了混凝土有害裂缝的产生，可为相似桥梁的建设提供有益的借鉴。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
［关键词］大体积混凝土；温控；裂缝；透水模板布；冷却水管；测温元件
1、前言
新通扬运河特大桥塔座为正8边型棱台，顶面纵横向均长18m，底面纵横向均长21m，高2.5m，混凝土为C50,总方量为792.2m3。
2、大体积混凝土配合比设计和温控计算
塔座为典型的高性能大体积混凝土结构，极易产生裂缝。为尽量减少有害裂缝的产生，须对混凝土配合比进行专项设计，计算混凝土中心温度、表层温度和内表温差，从而制定有效的温控措施。
2.1、混凝土配合比设计
针对混凝土强度、温控和泵送的特点，混凝土采用高集料、低水灰比、低水泥用量和双掺材料，其性能指标如下：
①、混凝土抗压强度 ：混凝土28天强度> C50级
②、坍落度：18±2cm
③、含气量：<3.5%
④、凝结时间：混凝土浇筑时间约22h,则其初凝时间定为24小时左右,终凝时间26小时左右
其中：
水泥：采用P·O52.5水泥
细集料：采用级配良好的中砂，含泥量不大于1.5%。
粗集料： 5～31.5mm的连续级配碎石，含泥量不大于0.5%。
外加剂：采用PCA(Ⅰ)高性能缓凝减水剂。
水：深井水。
2.2、温控计算
根据混凝土配合比、水泥水化热值计算温控值。
2.2.1、温度计算
2.2.1.1、绝热温升
混凝土絕热温升的计算公式如下
（1-1）
其中：
—龄期（d）
水泥28天的水化热，混凝土比热
计算结果表明：在第28天龄期时，混凝土的绝热温升为67.808℃。绝热温升的变化曲线见图1。
图1混凝土绝热温升图
2.2.1.2、混凝土中心温度
塔座浇筑时间在8月份左右。查得桥位区8月份的历年平均气温为27.3℃，则混凝土浇筑温度定位T0=27.3℃。在考虑冷却降温的条件下，混凝土中心温度的计算公式为：
（1-2）
计算结果表明：采用冷却水降温，在第3天龄期时，混凝土内部温度最高，达到66.875℃，其温度曲线见图2。
2.2.1.3、混凝土表层温度和平均温度
塔座顶面采用循环水蓄水养护，蓄水深度为10cm，混凝土表层温度计算公式如下：
（1-3）
其中：
—施工期大气温度,为27.3℃ —混凝土计算厚度（m）
—混凝土实际厚度(m)，2.5m
—混凝土虚厚度(m)
计算结果表明：在第3天龄期时，混凝土表面温度最高，达到42.296℃。混凝土最大内表温差为24.579℃，其温度曲线见图2。
混凝土平均温度：
（1-4）
其温度曲线图2。
图2温度曲线图
2.2.2、温度控制标准
①、混凝土的上下层温差不超过20℃。
②、混凝土内表温差≤25℃。
③、混凝土降温速率不超过2℃/天。
3、防控裂缝的措施
为有效控制有害裂缝的产生，必须从控制混凝土水化升温、内表温差、减少混凝土收缩变形、提高混凝土抗裂能力和配筋等方面采取综合的防控措施。
3.1、降低混凝土的水化升温
3.1.1、混凝土配比
①、选用低水化热水泥。
②、采用双掺技术：掺入优质粉煤灰，降低水泥用量；掺入高性能缓凝减水剂，延缓混凝土的初凝时间。
3.1.2、降低混凝土的拌和、浇筑温度
①、水泥提前6d入罐，延长水泥的存放时间，降低水泥的拌和温度。
②、预冷集料，堆高骨料，堆放时间为5d以上，并采取措施避免骨料在日照下温度回升。
③、采用深井水拌和混凝土。
④、加快混凝土运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。
⑤、选择低温时段浇筑，尽量安排在夜间或阴天施工。
3.1.3、混凝土分层浇筑
为加快混凝土的内部散热，混凝土采用水平分层浇筑，每层铺筑厚度不超过30cm。
3.1.4、通水冷却
混凝土内埋设冷却水管通水冷却，以降低混凝土内部温度。
冷却水管采用Φ32×1.8mm黑铁皮管，冷却水采用深层运河水。塔座共布置3层冷却水管，每层冷却水管单根最大长度≤200m，以利于提高降温效果。为方便通水管理，各层水管的进、出口均设在塔座顶面，且伸出塔座30～50cm。冷却水管的布置见图3。
冷却水管安装完成后，须试通水检查，确保无漏水和阻塞现象。
冷却水采用集水箱供水，单只水箱容量为12m3左右。运河水进入集水箱沉淀过滤，
图3 塔座冷却水管布置图
图4 冷却系统布置图
减少泥沙含量。集水箱内设进水泵一台，压泵一台。压泵压水进入分流器，分流器分流进入冷却水管，以保证水的流速和流量，确保降温效果。每根冷却水管的通水流量按16～20L/min设计。集水箱、分流器的布置见图4。
考虑到混凝土的浇注时间较长，冷却水管应在混凝土覆盖一层即通水冷却一层，通水时间20天左右，直至混凝土内表温差小于25℃。在冷却过程中须根据温度监测情况及时调整水温和通水流量。
在通水冷却完毕后，采用同标号的水泥净浆压入冷却管内。
3.2、提高混凝土的抗裂能力
3.2.1、采用透水模板布
塔座斜面混凝土表面极易产生气泡、砂线、裂缝等质量通病，为了减少裂缝的产生，保证塔座混凝土外观质量，塔座模板采用透水模板布施工。透水布具有透气、吸水、排水功能，能够有效排除混凝土表面的气泡和泌水，同时在混凝土表面形成一层致密的保护膜，减少裂缝的产生。
3.2.2、混凝土配比
采用级配良好的粗骨料，严格按规范值控制砂石的含泥量，以提高混凝土的抗裂能力。
3.2.3、配置控裂钢筋
配置防裂钢筋的目的是减少混凝土收缩裂缝的宽度，使裂缝宽度小于设计规定的限值，一般≤0.2mm。
按设计，在塔座四周和顶面布置防裂钢筋网。钢筋网为定型产品，钢筋为φ8mm带肋筋，网格间距10×10cm。网片的净保护层严格控制在3～4cm。
3.2.4、保证混凝土的密实性
①、加强混凝土的振捣：采用振动棒振捣密实。
②、混凝土顶面的处理：在混凝土初凝前，按测量标高用木刮尺进行刮平，然后用木泥抹打磨压实，最后用铁抹收光压实。在施工过程中，为防止混凝土表面裂纹的出现，采用平板振捣器进行二次振捣，增加混凝土收面、压光遍数等办法。
3.3、混凝土表面蓄水、保温养护，控制混凝土内表温差
为使混凝土表面缓慢降温，避免温度骤降，确保混凝土内表温差控制在设计范围内，采取以下措施：
①、混凝土终凝后顶面开始蓄水养生，水深不小于10cm，养护4～5d。蓄水养护完毕后，覆盖塑料薄膜保湿并加盖双层土工布保温养护，养护时间不少于20d。
②、延缓拆模时间，一般不小于5天。模板拆除后，混凝土表面贴双层塑料薄膜保温。
4、温度监测
4.1、监测目的
采用测温元件监测混凝土内表温度，及时调整水温和通水流量，确保温控效果。
4.2、测温元件布置
仪器的布点按照突出重点、兼顾全局的原则，在满足监测要求的前提下，以尽量少的仪器获得所需的监测资料。根据对称性结构的温度变化般规律，仪器主要布置在塔座中心线上，以其中半个断面为重点。仪器的布置见图5。
图5测温元件的布置
4.3、温度监测
仪器埋入后即开始正常测量，测量频率先密后疏。混凝土初凝后4d内每2h一次，5～10d每4h一次，11～20d每天1～2次，20d以后每天一次。监测时间为28天左右。
由专人负责汇总监测结果，发现问题及时汇报，并研究应对措施，确保温控成功。
5结语
新通扬运河特大桥塔座大体积混凝土采取了有效的温控措施，成功避免了混凝土有害裂缝的产生，可为相似桥梁的建设提供有益的借鉴。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。