1、浅论大体积混凝土温控技术要点摘要：大体积混凝土（以下称砼）施工时，由于水泥水化过程中产生大量的水化热，由内向外传递，使砼内部温度逐步升高，而边缘受气温影响而降低，造成砼内表温差而产生温度应力。本文通过桃花山隧道近 3 万方砼浇筑，在温控方面取得的成功经验，介绍大体积砼温控设计、监控、实施步骤，探索防止温差裂缝的方法。 关键词：大体积砼；温控；监测；防裂；技术 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 1 温控项目概述 某隧道工程砼总方量约 3 万方，分两次浇筑成形，第一次浇筑高度约 3.2m，第二次浇筑高度约 6.8m，砼设计强度 C30。砼浇筑过程中，由于水泥水化热作用，结构内部温度
2、经历升温期、降温期、稳定期三阶段，与此同时砼的弹性模量不断增长，由于早期弹模较低，产生的压应力很小，而后期弹模增大，产生的拉应力较大使砼内部形成拉应力。经对结构砼内部温度场及仿真应力场计算，制定不出现有害温度裂缝的温控标准，并据此制定温控措施。 2 隧道大体积砼温控计算 温控计算采用大体积砼施工期温度场及仿真应力场分析程序包进行。该程序模拟砼施工情况，不仅考虑砼的浇筑分层、浇筑温度、养护、保温和砼的边界条件，而且考虑砼的弹性模量、徐变、自生体积变形、水化热散发规律等物理热学性能。计算参数根据招标文件、图纸和施工经验取值，施工时根据现场情况重新验算。 2.1 计算条件 2.1. 1 根据结构特点
3、，取 1/4 计算；砼分二次浇筑，浇筑厚度为3.2m 和 6.8m； 2.1. 2 气象资料：气温、水温根据资料取值，浇筑时间 9-12 月，上年同期温度最高 30.5，最低-1.7；平均风力按 6m/s 考虑。 2.1.3 结构内部用冷却水管控温；砼终凝后顶面洒水保温养护，侧面用 5cm 厚泡沫板保温。 2.1. 4 C30 砼弹性模量、热学参数、干缩变形和自生体积变形等按规范和经验取值。并考虑砼的徐变引起的应力松弛作用；砼泊松比为0.167，比热为 1.0kJ/kg。 2.1. 5 根据砼配合比，计算砼绝热温升为 40。 2.2 砼材料参数及数值模型 砼材料参数参考设计规范及试验结果。计算
4、中使用的绝热温升、弹性模量、徐变度公式分别为： 2.2. 1 水泥水化热： 水泥水化热公式取双曲线函数 =0 (1-e-m1 tm2)（2-1）2.2. 2 弹性模量：弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即 E()=E0 + E1(1e)（2-2） 2.2. 3 徐变度：根据工程经验，C30 砼徐变度如下（单位：10-6MPa）： （2-3） 3 计算结果及分析 3.1 温度场主要特征 砼浇筑后 23 天即达到温度峰值，温峰持续 1 天左右开始下降，初期降温速率较快，以后逐渐减慢，1520 天后降温平缓，温度趋于稳定状态。砼内部最高温度约 51，温度分布特征为中部高，四周较低。 3.
5、2 应力场主要特征 根据计算结果，结构各层砼主要龄期的最大主拉应力(见表 1)，砼早期（14 天左右）最大温度应力为 1.60MPa，而此时 C30 砼劈裂抗拉强度一般应大于 2.0Mpa（见表 2） ，抗裂安全系数 k1.5，后期也有 1.5 倍以上的抗裂安全系数。如果砼施工质量良好，不会产生有害温度裂缝。根据计算结果，结构内部温度应力呈现出四周边缘应力较大，而中间应力较小的特征。 4 温度控制标准 根据计算结果，在施工期内为保证隧道不出现有害温度裂缝，宜采取如下温控标准： 4.1 砼浇筑温度：指砼平仓振捣后，上层砼覆盖前，距砼表面1015cm 处温度，浇筑温度25； 4.2 砼内表温差：指
6、砼内部平均最高温度与表面最低温度之差，砼内表温差25； 4.3 砼内部最高温度：指砼内部平均温度最高值，砼内部最高温度65 4.4 砼降温速率：2.0/d。 5 温控措施 5.1 优化砼配合比，降低水化热 合理选择砼原材料，选择级配良好的砂、石料，选择优良的砼外加剂，增强砼强度，提高抗裂能力，降低水泥用量，是降低砼内部水化热温升的重要环节，因此必须进行砼配合比优化设计。 5.1.1 控制原材料质量，减少水泥用量 1）水泥：采用 PC32.5 水泥，使用温度55，否则降低水泥温度。水泥分批检验，质量稳定。 2）粉煤灰：根据粉煤灰砼技术规范，大体积砼可按 60d 作为砼强度等级考核指标，在规范允许
7、范围内尽量增加粉煤灰掺量，以推迟水化热温峰的出现，降低绝热温升，粉煤灰采用级灰。 3）集料：细集料采用江苏宿迁中粗砂，细度模数 2.42.6，含泥量2；粗骨料采用江苏盱眙二级配碎石，516mm 占 30，1631.5mm占 70，级配优良，含泥量2，其他指标符合规范要求。 4）外加剂：采用缓凝高效减水剂，最大限度降低水泥用量，推迟水化热温峰的出现。掺量 0.6%(占胶凝材料)。使用前配成溶液，拌和均匀，做好配制记录；固体外加剂提前分袋称好。 5.1.2 砼配合比 由于优化砼配合比，选用 P.C32.5 复合水泥，掺入 20%级粉煤灰和超缓凝剂。粗集料采用二级配，选出最低空隙率和最佳级配曲线，在
8、保证强度的前提下，尽量降低胶凝材料用量，从而大大降低了水化热，起到了早期抑制温升的效果。经检测比同等级砼最高温度推迟三天左右，最高温度降低 30%左右。砼强度按 60d 龄期考核，但 14 天应达到22.MPa，28 天应达到 30 MPa。砼粘聚性良好，不离析、不泌水，坍落度16-18cm，初凝时间35h。 5.2 控制砼浇筑温度 砼开盘前，测水泥、砂石、水的温度，计算砼出机温度，并估算浇筑温度如超过 25，应在夜间 20 时以后浇筑，并控制原材料的温度，如骨料遮阳洒水降温，水泥温度过高应要求厂家在出厂前放一段时间。 5.2.1 砼的出机温度：T0 T0=(0.20+Qs)WsTs+(0.2
9、0+Qg)WgTg+0.20WcTc+(Ww-QsWs-QgWg)Tw0.20(Ws+Wg+Wc)+Ww 5.2.2 砼浇筑温度：Tp Tp=To+(Tn-To)(1+2+3+.+n) 5.3 埋设冷却水管，控制砼内部温度 5.3.1 冷却水管位置 冷却水管采用 50mm 薄壁钢管（壁厚 2.5mm） ；冷却水管调整沿垂直方向布置 5 层，层间距 1m，水平间距 1m，每根管长度40m。进出水口集中布置，以便统一管理，进水口利用阀门控制冷却水流量。冷却水用自来水。 5.3.2 冷却水管使用及其控制 1）冷却水管使用前进行压水试验，防止漏水、阻水。 2）砼浇筑到各层冷却管标高后即通水，通水时间
10、1015 天，具体时间根据检测结果确定，通水流量大于 25L/min； 3）设置水箱以循环水冷却控制进出水温，在保证冷却管进水温度与砼内部最高温差25条件下，尽量降低冷却水温度。 4）第一层砼浇筑时第一、第二层冷却水管通水；第二层砼浇筑时，第三四五层冷却水管通水。 5）通水冷却全部结束后，用同标号水泥浆或砂浆压注管道。 5.4 内降温、外保温、加强养护 由于隧道涉及冬季施工，要特别重视砼的保温工作，控制砼内外温差25。措施：钢模板外嵌 5厚泡沫板，吊挂麻袋，再用土工布围裹，碘钨灯照射增加砼表面温度，顶面覆盖土工布。砼终凝后在表面洒水养护，顶面尽量采取蓄水养护。养护对砼强度增长及减少温差、收缩裂
11、缝具有重要意义。 5.5 控制浇筑质量，提高抵抗温差拉应力强度 为提高砼均匀性和抗裂能力，必须加强各环节控制：（1）砼拌合运输、浇筑振捣、保温养护全过程监控，严格按规范施工。 （2）为增强砼的抗裂能力，在承台外表面布设一层防裂钢筋网。 （3）短间歇连续施工，两次浇筑间歇期控制在 10 天内。 6 砼现场温度监控 为了随时跟踪砼内部温度变化情况，浇筑前按照全面控制结构内部温度变化的要求布置测温传感器。真实反映各层砼的温控效果，使之控制在温控范围内，利于异常情况及时采取措施。 6.1 测点布设：根据温度计算成果，在结构内部布置 12 层测温点，每层沿 X、Y 方向布置 4 个测点，测点总数 48
12、个。测点沿隧道的 14 部位水平布置。 6.2 监测仪器：采用 PN 结温度传感器， PN4C 型数字多路巡回检测控制仪。温度传感器的主要技术性能：测温范围-50150；工作误差0.5；分辨率 0.1；平均灵敏度-2.1mv/。 6.3 测试要求：砼浇筑后立即测试，连续进行。温度测试，峰值出现前 2h 监测一次，峰值后 4h 监测一次，持续 5 天，然后每天测 2 次，直到温度稳定。 6.4 测试内容：浇筑开始，连续监测各点温度变化情况，同时监测砼入仓温度、气温、冷却管进出口水温、浇筑温度，计算内表温差，进行现场控制，做好记录(表 4)。 7 温度监测结果及分析 7.1 整体分析 如图 4，升
13、温初期呈缓慢上升，之后急剧升温，升温阶段在 3-6 天，达到峰值后，温度稳定 2 天左右，随后缓慢下降。第一层最高温度为30.2，断面平均最高温 30；第二层最高温度为 35.6, 断面平均最高温 34.6。与升温相比，降温阶段长得多。降温速率较缓慢，最大降温速率 1.8/d。分层施工时，第一层在施工间歇期内，温度先急剧上升，然后缓慢降温，当被第二层砼覆盖后，因第二层砼急剧升温，使第一层砼温度不同程度的回升。表面测点温度与断面平均温度相比，总体趋势不变，但温度变化起伏较多，由于表面测点距表面 5cm，向外界散热快，受气温的影响大，故随气温的变化而变化。第二层砼在温峰过后，顶层测点温度缓慢上升，
14、是因顶面良好保温和侧面回填土的保温所致。 7.2 隧道中心到边缘的温度变化 图 5 绘出了隧道中心到边缘的温度曲线，可以看出：从中心到距边缘 3.5m 范围温度分布较均匀，隧道边缘 3.5m 外温度变化剧烈，降温速率快，越靠近中心温度变化越平缓。隧道中心与边缘温度，下降速率早期控制在 0.50.8/d，后期也未超过 1.5/d，由于隧道侧面的良好保温，故边缘温度虽变化剧烈，但下降幅度不甚大，随着中心温度向外传递逐步在边缘形成缓变区，起到了保温作用，在最寒冷季节，两次最低气温降到-1.7时未出现太大的影响。 7.3 冷却水的降温效果、温控效果 冷却效果：两次浇筑，冷却水管的进、出口水温差分别为
15、5.7-11.6和 5.8-10.，起到了早期削温峰及防止温度回升的效果。根据内部温度变化，有序地分层通水降温，对缩小内表温差起到了极为重要的作用。温峰过后，用冷热水调合成合适的水量和进水温度，调整降温的速率，达到后期温度缓慢下降的保温效果，内表温差未超过温控标准。 8 结语 在隧道施工过程中，采取了一系列的温控措施，砼最大绝热升温没有超过 40，砼内外温差没有超过 25，隧道表面没有出现温度裂缝，从而保证了隧道的施工质量。结果表明其温控措施是成功的，有效的控制温度裂缝的产生，对同类施工积累了成功经验。 参考文献： 1 公路桥涵施工技术规范S.（JTJ0412000）. 北京：人民交通出版社，2001 2江正荣、朱国梁编著 M简明施工计算手册（第二版） 北京：中国建筑工业出版社，1999
