填海区大体积承台混凝土内外温差计算与施工关键

王庆玺

摘要：大窑湾疏港高速公路桥梁地处填海区，跨越规划铁路处50m+80m+50m桥梁主墩承台为大体积混凝土，针对浇注产生的水化热易引起混凝土温度裂缝问题，通过对大体积承台混凝土的温控计算得出内外温差，采用混凝土内部敷设冷却水管、外部搭设遮阳布棚，行之有效地降低了混凝土的内外温差，避免出现温度裂缝，详细论述了内外温差和冷却管降温的计算要点与施工关键。

关键词：填海区 ， 大体积混凝土，温差计算 ， 冷却降温

Abstract: the highway bridge dredging port is located in the reclamation and across the planning railway place 50 m + 80 m + 50 m bridge pile caps is main piers for mass concrete, produced for pouring the hydration heat easy cause concrete temperature crack problems, through to the large volume of concrete temperature control of pile caps is calculated temperature difference between internal and external, the cooling water pipe laying concrete, external build-up shade cloth tent, and effective to reduce the temperature difference between internal and external concrete, avoid temperature crack, discusses the internal and external temperature difference and cooling pipe cooling calculated main points and construction key.

Keywords: reclamation, mass concrete, temperature difference computation, cooling down

中图分类号：TV544+.91文献标识码：A 文章编号：

一、前言

结构物混凝土水泥在水化过程中要产生大量的热量，由于大体积砼截面厚度大(实体最小边尺寸大于1m以上)，水化热聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度升高；砼内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5ｄ，当砼的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形、且成正比关系；当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝，这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因；填海区混凝土施工对其内外温差要求较高，即混凝土内部温度和表面温差不大于25度，因此需要对承台混凝土的内外温差进行计算并予以施工控制。

二、工程背景

大连保税区大窑湾疏港高速公路特大桥，其主桥25#、26#主墩承台结构尺寸长、宽、高分别为12.5米、8米、2.5米，单个承台混凝土体积为250m3，混凝土标号为C30，施工时最低环境气温为12℃。

三、大体积混凝土的温控计算

1、相关施工资料

1.1材料选用

根据混凝土配合比材料选用情况：每立方混凝土含大水P.O42.5水泥320Kg、登沙河中砂786 Kg、普兰店5～25mm连续级配碎石1108Kg、PC高效减水剂3.5Kg、拌合水160 Kg。

1.2气象资料

桥址区位于大陆季风性气候地区，具有四季分明、日照充足、海水资源充足的气候特征。年极端最高气温为32.1℃，极端最低气温为-11.7℃。

1.3混凝土拌和方式

采用自动配料机送料，拌和站集中拌和，混凝土泵输送混凝土至模内。

2、承台混凝土的温控计算

2.1 混凝土最高水化热温度及3d、7d的水化热绝热温度

承台混凝土相关参数：C=300Kg/m3；水化热Q=285J/Kg，混凝土比热c=0.96J/ Kg℃，混凝土密度ρ=2450Kg/m3。

①承台混凝土最高水化热绝热升温：

Tmax=CQ/cρ=(300 285)/（0.96 2450）=36.35℃

②3d的绝热温升

T（3）=36.35 （1-e-0.3*3）=21.57℃

T（3）=21.57-0=21.57℃

③7d的绝热温升

T（7）=36.35 （1-e-0.3*7）=31.91℃

T（7）=31.91-21.57=10.34℃

2.2承台混凝土各龄期收缩变形值计算

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查《简明施工计算手册》表5-55得：M1…M5，M7…M10为1.10，1.0，1.0，1.21，1.20，0.7，1.4，1.0，0.895；M6=1.09（3d），M6=1.0（7d）。

则有：M1×…×M5M7 …M10=1.401

①3d的收缩变形值

=3.24 10-4=0.146 10-4

②7d的收缩变形值

=3.24 10-4=0.307 10-4

2.3承台混凝土各龄期收缩变形换算成当量温差

①3d龄期： ℃

②7d龄期： ℃

2.4承台混凝土各龄期内外温差计算

假设入模温度：T0=15℃，施工时环境温度：Th=12℃

①3d龄期： =T0+2/3T(t)+Ty(t)-Th =15+2/3 21.57+1.46-12=18.84℃

②7d龄期： =T0+2/3T(t)+Ty(t)-Th =15+2/3 31.91+3.07-12=27.34℃

四、大体积混凝土承台施工控制

由以上计算可知，承台混凝土内外温差最大为27.34℃，大于设计要求的填海区大体积混凝土温度内外温差为25℃的规定。若需降低混凝土的内外温差，在混凝土中埋设冷却管是一种行之有效的方法，并按需要测量浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的25℃范围以内。

由于该基础施工在本年度的4月份进行，当地该季节气温在15℃左右，根据本基础特点，拟采取降低混凝土内部温度的措施来控制温差，即按施工组织设计要求，在混凝土内部埋设循环冷却水管，砂石骨料用凉水冲洗降温，泵送混凝土掺加缓凝剂，降低浇筑时的水化热等措施。表面温度的控制采取一层塑料薄膜加两层草袋，混凝土浇注完成做好测温工作。

1、冷却管的布置及混凝土的降温计算

1.1承台混凝土冷却管的布置形式

承台混凝土埋设冷却管，冷却管的直径：D=5cm；上下左右冷却管相临间距为1米，按上下在中央布置，分别设置4个进、出水口，见下图所示。

1.2承台混凝土由于冷却管作用的降温计算

①3d龄期：冷却管持续通水按t=1d计算，出、进水管的温差： =10℃。

℃

②7d龄期：冷却管持续通水按t=3d计算，出、进水管的温差： =10℃。

℃

1.3、预埋冷却管后各龄期承台混凝土内外温差值：

①3d龄期： 18.84-3.43/2=17.13℃（安全系数为2.0）

②7d龄期： 27.34-10.29/2=22.20℃ （安全系数为2.0）

2、冷却水管施工控制

为降低混凝土内部水化热温度，调节承台混凝土内表温差，现场采取在承台混凝土体内设冷却管通水降温措施。25#墩承台于2008年4月9日开始绑扎钢筋，4月11日安装冷却管，4月12日5点48分开始浇筑，12点零6分结束，共用C30砼248立方，养生时间自4月12日至4月26日结束。

2.1、冷却管采用壁厚2mm，直径φ50mm的薄壁钢管，其接口采用90度弯管钢管接口，按口安装时应设置防水胶带，确保接头不漏水。

2.2、冷却水管网按照冷却水由热中心区流向边缘区的原则分层分区布置，进水管口设在靠近混凝土中心处，出水口设在混凝土边缘区，每层水管网的进、出水口进行相互错开。

2.3、承台厚为2.5m，布管时沿承台竖向布置水管一层，水管网沿竖向设置在承台中央，水管间距为1m，最外层水管距离混凝土最近边1m，进、出口引出承台混凝土面1m以上，出水口设置有调节流量的水阀和测流量设备，冷却水管接头采用软管接头。

2.4、水管网设置架立钢筋，并将水管于架立钢筋绑扎牢靠，防止混凝土浇筑过程中，水管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。

2.5、水管网安装完成后，将进、出水管口与进出水总管、水泵接通，进行通水试验，以确保水管畅通且不漏水。

五、结论及建议

5.1结论

承台大体积混凝土在浇注过程中，由于混凝土在结硬过程中内部产生大量的热量使其内部温度升高，当内外温度相差过大时就容易出现温度裂缝，若需降低混凝土的内外温差，在混凝土中埋设冷却管是一种行之有效的方法。计算表明：混凝土中埋设冷却管后内外温差均小于25℃，满足填海区大体积混凝土内外温差的设计规定。

5.2建议

⑴、浇注混凝土避免阳光直晒，一般选择在傍晚开始直至第二天十点以前。对粗骨料进行喷水和护盖，施工现场设置遮阳设施，搭设彩条布棚。

⑵、承台混凝土冷却管按间隔1米埋设，严格观察入水口和出水口的水温差，根据水温差，及时调整泵水速度：水温差大时，提高水速；水温差小时，降低水速。通过冷却排水，带走混凝土体内的热量，本计算方案表明，此方法使大体积混凝土体内的温度日降低3～4℃。

⑶、浇注混凝土时，采用分层浇注，控制混凝土在浇注过程中均匀上升，避免混凝土拌和物局部堆积过大，混凝土的分层厚度控制在20～30cm。

⑷、浇注混凝土后，搭设遮阳布棚，避免阳光爆晒混凝土表面。混凝土表面用土工布覆盖保湿保温，要十分注意洒水养生，使混凝土缓慢降温，缓慢干燥，减少混凝土内外温差。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。