２０１０年第３１卷第２期 高强大体积混凝土桥墩的温度变化与控制措施 王 威，万惠文 （武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉４３００７０） 摘 要： 水泥的水化反应除生成一系列水化产物外，还会产生大量的水化热，因此，在进行大体积混凝土施工时， 混凝土结构往往会因为内部温升过高而出现温度裂缝，不利于工程质量的控制。文章结合了客运专线某特大桥Ｃ５０ 桥墩温度控制施工的实践，对大体积混凝土内部温度的变化规律进行监测，同时对相应的温度控制措施进行探讨。 关键词： 高强；桥墩；大体积混凝土；温度控制 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｈａｎｇｅｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｍａｓｓｉｖｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｉｅｒ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ．ＷＡＮ Ｈ ｉ—ｗｅｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｃＳｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｗｉｌｌ ｇｉｖｅ ｏｕｔ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｈｅａｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎ ｔｈｅ ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｗｉｌｌ ｐｒｏｄｕｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｒａｃｋｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｎｏｔ ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｄｕｒ— ｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｍｅ ｅｘｔｒａ—ｌａｒｇｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎｓｉｄｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｅｒｅ ｔｉｍｅｌｙ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒ；ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ 由于现代化工程建设发展的需要，大体积混凝 高的混凝土强度等级要求增加胶凝材料的用量，这 土结构在建筑工程、水工坝体和桥梁建设中的应用 将导致混凝土内部温升的相应提高，使得施工过程 变得越来越广泛。然而，混凝土体积大，内部温升 中的温度控制变得更加重要。该文结合位于渤海湾 高，往往会导致混凝土表面产生裂缝，严重影响施工 的某特大桥温度控制的施工实践，对高强大体积混 质量，因此，大体积混凝土的温度控制已越来越引起 凝土桥墩的温度变化规律进行了监测，并提出了相 人们的重视。 应的温度控制措施。 大多数研究者认为，对于现浇混凝土结构而言， 如果不采取温控技术措施，水化热引起的内外温差 １ 原材料和混凝土配合比设计 超过２５℃，或混凝土结构最小断面任一方向尺寸≥ １．１原材料的选择 １ Ｉｎ，或当构件受边界条件约束比较大时，混凝土结 水泥选用大连天瑞水泥股份有限公司生产的 构内部，胶凝材料的水化放热所产生的温度、收缩变 Ｐ Ｏ ４２．５水泥；粉煤灰选用丹东华能电厂干排Ｉ级 形必须采取措施予以控制。因此，大型混凝土桥墩 粉煤灰；矿粉选用鞍钢生产的￥９５级矿粉；细集料采 的墩身也属于大体积混凝土范畴，但目前对大体积 用大连复州河河砂，细度模数为２．８；粗集料采用大 混凝土墩身的温度控制却未得到重视，相关研究也 连金州林场生产的二级配碎石，５～１０ ｍｍ占４０％， 较少。特别是沿海地区一些重要桥梁工程，考虑到 １０－－２０占６０％；外加剂采用深圳迈地ＰＣＡ聚羧酸 海水侵蚀及冻融破坏等环境因素的影响，其墩身往 系高效减水剂，液态，固含量为２２．９％，减水率为 往要求采用强度等级达Ｃ５０的高性能混凝土。更 ２８．２％（对胶凝材料掺量为１％）。 ３５ ２０１０年１．２混凝土配合比优化设计 第３ｌ卷第２期 在保证混凝土强度等级和性能的前提下，对混 凝土的配合比进行了优化。为降低混凝土浇筑时内 部的水化热，除选用水化热较低的水泥外，还掺加了 优质矿物掺合料（２３％粉煤灰和ｌ７％矿粉）和高效 减水剂。经过大量试验，并结合现场材料及施工情 况进行调整，最后混凝土配合比确定如表１所示。 表１大体积Ｃ５０混凝土墩身配合比 ｋｇ／ｍ 水泥粉煤灰矿粉总胶材用水量河砂碎石外加剂 ２９０ １ｌ０ ８０ ４８０ １４４ ６７６ １ １０４ ４．８ 经现场检测，按照上述配合比生产的新拌混凝 土坍落度在２１０～２２０ ｍｍ之间，扩展度在６３０ ｎｌｍ 左右，无泌水现象，可泵性良好，硬化混凝土各龄期 抗压强度均达到设计强度要求。 ２ 大体积混凝土墩身温度监测 ２．１测点布置 本次监测所选取的桥墩墩身尺寸为６×２．３×８ ｍ，墩头部分的尺寸为７．６×３×３ ｍ，其混凝土设计 强度为Ｃ５０。根据结构的对称性和温度变化的一般 规律，在混凝土结构中心线附近布置温度监测点。 靠近表面区域因混凝土温度梯度较大，测点布置较 密，间距较小；中心区域因混凝土温度梯度较小，测 点布置较少，间距较大。温度测点具体布置情况如 图１，图２所示。 Ｊ ＂－ Ｃ Ａ 寸 图ｌ桥墩温度测点布置区域 ２．２温度监测 混凝土浇筑后，立即对混凝土温度进行不问断 地监测，温度达到峰值前每２ ｈ记录一次数据，峰值 出现后每４ ｈ记录一次数据。在监测混凝土温度变 化的同时，还对环境温度、混凝土浇筑温度、海水温 度等进行了监测。 ３６ 图２桥墩温度测点布置图 ３ 墩身内部温度监测结果及分析 ３．１监测结果 各测点温度变化规律及最高温度出现时段如图 ３和表２所示。 ３．２结果分析 １）根据上述记录，大体积混凝土墩身区域 的测点温升值较高，邻近表面的测点１、９、１１的温升 值较低。位于区域的测点最高温度出现较晚， 降温幅度也较小，温峰持续时间也较长。这主要是 因为混凝土的温升和散热受边界影响，混凝土与基 础和空气间的温度传递快于混凝土间温度传递的缘 故。 ２）各个测点的温度随时间变化的规律基本一 致。测点温度均在开始浇筑后２～４ ｄ达到最高值， 最高温度达到７９．３℃，持续较短时间后开始回落， 且升温阶段的曲线斜率大于降温阶段的曲线斜率， 即表现为“快升慢降”。 ３）对比同一中心线上２个测点的温度变化曲线 （如测点６和测点ｌ１），可以看出，位于墩身内部的 测点温度变化较为平缓稳定，而邻近表面的测点温 度变化较为剧烈且波动较大，结构温度梯度较大。 这说明混凝土的温度受外界养护条件和大气气候干 扰影响明显。而桥墩属于薄壁混凝土结构，且表面 与空气接触，这一现象显得尤为明显。 擘 ２０１０年第３１卷第２期 赠 ０ ２０ ４０ ６０ ８０ １Ｏ０ ｌ２Ｏ ｌ４０ ｌ６０ ｌ８０ ０ 时间ｍ 时间／ｈ （ａ）１号测点温度变化 （ｂ）４ｑ测点温度变化 （ｃ）６号测点温度变化 赠 赠 赠 ０ ２０ ４０ ６０ ８Ｏ ｌ０Ｏ １ ２０ ｌ４０ｌ６０ ｌ ８０ ０ ２０ ４０ ６０ ８０ ｌ００ １２０ Ｉ４０１６０ ｌ８０ ０ ２０ ４０ ６０ ８０ ｌＯ０ｌ２０ ｌ４０ｌ６Ｏ ｌ８０ 时间／ｈ 时间，ｈ 时间，ｈ （ｄ）８９测点温度变化 （ｅ）９号测点温度变化 （Ｄ ｌｌ号测点温度变化 图３桥墩各测点温度变化 ４温度控制措施 ４．４保温措施 考虑到施工现场的基体情况，采用了土工布作 ４．１混凝土配合比的优化 为保温材料，并在土工布上洒水以保持混凝土表面 在从材料特性出发，主动控制混凝土的温度值 的湿度。这有效地保证了混凝土的温度差值，避免 的同时，还对混凝土配合比进行了优化设计。在保 了温差过大引起开裂。 证混凝土强度等级和性能的前提下，减少水泥的用 量，同时掺入适量粉煤灰和矿粉以替代水泥。 ５ 结 语 ４．２选用缓凝型高效减水剂 高强大体积混凝土桥墩内部最高温度近８０℃。 优良的缓凝剂可有效延缓水泥水化热放热速 严格将降温速率控制在２℃／ｄ有利于防止混凝土 率，避免集中放热，改善混凝土浇筑面的黏结，提升 表面产生裂缝。优化混凝土配合比，在保证混凝土 混凝土防水、抗裂和整体强度等性能。因此，在施工 强度等级和性能的前提下减少水泥用量，掺人适量 中采用了缓凝型高效减水剂。 粉煤灰和矿粉；选用混凝型高效减水剂；在混凝土终 ４．３适当延长拆模时间 凝时，及时覆盖土工布进行保温等措施，是防止大体 将桥墩的拆模时间延长至７ ｄ。适当地延长拆 积混凝土表面开裂的有效措施。考虑到桥墩的薄壁 模时间，有利于提高混凝土的早期强度，提高混凝土 结构，受外界气温影响较大，建议在今后施工时在大 的抗裂能力。 体积混凝土桥墩内布置冷却水管。（下转第４２页） ３７ ２０１０年第３１卷第２期 ２１）时刻观测混凝土表面的湿润程度（薄膜的内 表面必须有水珠），若混凝土表面干燥，必须在浇热 水养护后及时盖上薄膜和草垫，混凝土养护时间不 得少于１４ ｄ。 ４ 结 语 大体积混凝土要从各环节来控制混凝土质量， 但最重要应该从材质和保温保湿养护着手，这２个 环节一旦出现问题，大体积混凝土裂缝将不会避免， 图１混凝土测温布置 但其它环节也不可忽视。 土进行保温保湿养护，效果较好，局部因混凝土抹压 通过以上各项措施的落实，台玻成都玻璃有限 后薄膜覆盖不及时导致混凝土表面失水过快，我们 公司９００ ｔ／ｄ浮法玻璃生产线熔窑工程大体积混凝 采取了在混凝土表面浇热水后迅速覆盖薄膜和草垫 土的施工满足了设计和规范要求，减少了因出现有 的措施。 害裂缝而必须处理的费用，得到甲方和监理方的肯 １９）薄膜和草垫必须前后左右搭接（约１００ 定，为公司带来了良好的经济效益和社会效益。 ｍｍ）覆盖严密（特别是薄膜），该混凝土局部薄膜没 盖严密，导致薄膜接缝处混凝土失水过块而出现龟 收稿日期：２０１０—０１—１２． 裂。 作者简介：郭皓（１９６７一），工程师 ２０）在浇筑好的混凝土表面薄膜下面每５ ｍ加 Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｎｃａｉｓｊ＠ｃｔｉｅｅ．ｎｅｔ 设一根两面钻孔的ＰＶＣ管，以便在混凝土表面加养 护水养护水必须是热水（只在夏季施工采用）。 （上接第３７页） ［Ｊ］．广州大学学报：自然科学版，２００３，２（１）：７８．８Ｏ． 参考文献 ［５］郭仕万，肖 欣，赵和平．混凝土施工中的裂缝控制 ［１］ＧＢ ５０２０４－－２００２，混凝土结构工程施工质量验收规范 ［Ｊ］．山西水利科技，２０００． ［Ｓ］． ［６］段峥．现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治［Ｊ］．混 ［２］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制［Ｍ］．北 凝土，２００３． 京：中国电力出版社，１９９９．． ［３］王铁梦．工程结构裂缝控制［Ｍ］．北京：中国建筑工业 收稿日期：２０１０．０３—０８． 出版杜，１９９７． 作者简介：王威（１９８３一），硕士生 ［４］李冬青．钢筋混凝土结构温度裂缝的原因分析与对策 Ｅ—ｍａｉｌ：Ｗ１ＴＩｃｘｊｍｗｗ＠１６３．ｃｏｒｎ ４２
