特大型桥梁墩承台加冰混凝土供应全过程温控总结

陈文彬

（漳州路桥翔通建材有限公司 福建 漳州 363006）

特大型桥梁墩承台加冰混凝土供应全过程温控总结

陈文彬

（漳州路桥翔通建材有限公司 福建 漳州 363006）

厦漳同城大道 Ⅲ 标段是一座跨九龙江的特大型桥梁，其西溪大桥 2#主墩承台大体积混凝土施工温控要求高，商品混凝土供应运输距离远、温度控制难度大。本文简要总结了商品混凝土搅拌站生产供应过程中如原材料、冰水、拌合物加冰、拌合物出机及运输过程等温控技术及措施，抛砖引玉，互相交流。

大体积混凝土；预拌加冰混凝土温控；原材料温控；运输温控

1 工程概况

1.1 工程简介

厦漳同城大道Ⅲ标段是漳州市“十二五”综合交通运输体系发展规划中提升国道网络通行能力的重要组成部分，位于龙海市九龙江下游，是一座跨九龙江（北溪与西溪）、沙洲岛的特大型桥梁，桥梁全长 3.065km，包含北溪大桥、沙洲互通立交和西溪大桥。西溪主桥为独塔扭背索斜拉桥，跨径组成为 (88+200)m。边跨为预应力混凝土箱梁，主跨为钢箱梁。边跨侧为双索面空间扭面索，主跨为准单索面。桥塔为2#主墩基础为整体式高桩承台基础，承台尺寸30.5m×24m×6m，承台底标高为 -2.841m，顶标高为+3.159m。承台混凝土强度等级为 C35，方量为 4025.8m3，承台结构如图 2 所示。

图1 西溪主桥桥型布置图

图2 主桥 2#墩承台结构图

本工程为漳州市政府投资，项目业主为漳州市交通集团，施工单位为中交二航局，商品混凝土供应单位为漳州路桥翔通建材有限公司。

1.2 大体积加冰温控混凝土工程技术特点及难点

（1）计划 2#墩承台混凝土施工时间为 2015年 5月至6月间，气温在 30～34℃ 左右，地面温度可能达到 40℃ 左右，不利于混凝土拌合物温度控制，需要进行加冰温控，但加冰量较难确定。

（2）主塔承台混凝土为 4025m³，分两次浇筑，一次性浇筑的混凝土方量大，施工要求高，现场组织与协调难度大。

（3）混凝土搅拌站距离浇筑地点约 28km 左右，运输路途远且复杂，需要经过旧江东桥、沿北溪河道和几个村道，时间久（约 1～1.5h），混凝土运输温升要控制，难度大。

（4）承台虽为大体积混凝土，但采用 28d 标养强度评定，掺合料比例要求不能太大，水泥用量高，对入模温度、绝热温升控制不利。

（5）施工单位要求混凝土供应单位采用加冰控制混凝土入模温度，入模温度不大于 28℃；为延长内部绝热温升峰值提前发生，要求混凝土凝结时间控制在 44～46h。

2 配合比设计

2.1 原材料品种及技术参数

（1）水泥：春驰 P·O42.5，内控技术指标：28d 强度≥50MPa，标准稠度用水量≤135ml。

（2）外加剂：高性能聚羧酸 LQ-100-Z，内控技术指标：含固量 ≥14.0%，砂浆减水率 ≥19%（掺 1.15%）。

（3）粉煤灰：Ⅱ 级，内控技术指标：细度 ≤20%，烧失量小于 2.5%，且筛余留底灰在 80 倍放大镜下有可见明显数量的玻璃球体。

（4）矿渣粉：S95 级，内控技术指标：比表面积≥400m2/kg。

（5）河砂：中砂，内控技术指标：细度模数 2.4～2.7，含泥量≤3.0%，泥块含量≤1.0%。

（6）碎石：5～31.5mm 连续级配碎石，内控技术指标：含泥量≤1.0%，针片状≤15%； 压碎值≤12%。

2.2 混凝土配合比设计

配合比提前一个月设计、验证，经施工单位技术部门进行确认，其混凝土拌合物性能、力学性能等均能满足施工要求。所确定的 C35 承台配合比见表 1。

经多次验证，混凝土拌合物坍落度为：180～200mm，扩展度为：490～520mm，混凝土拌和物工作性能良好；混凝土28d 强度平均值 44.5MPa，标准差 3.2 MPa。

根据混凝土浇筑用时及延迟最高绝热温升的要求，对混凝土凝结时间进行了调整，标准养护的初凝时间为 46～48h，室外（测试温度：30～34℃）初凝时间为 32～38h。

3 原材料温度控制

在可预见当时浇筑环境温度高（30～34℃）的情况下，要使混凝土入模温度控制到 28℃ 以下，原材料温度控制很关键，关键控制点有两个，一是水泥、矿粉等入罐温度较高的粉料的温度要尽量降低；二是砂石骨料避免暴晒，所以需要进行上述原材料专项温度控制管理。提前储备各种原材料，保证安全库存量，如表 1 所示。

表1 C35 承台配合比 kg/m3

3.2 采取各种措施，尽量降低各种原材料温度

3.2.1 水泥

要求水泥厂专用库储量约 800～1000吨，控制水泥出厂温度，到站水泥入罐前温度 ≤65℃。站内启用 2～3 个专用罐提前存放水泥 7～15d，温度降至 55℃ 以内才能使用。

3.2.2 矿粉

要求矿渣微粉厂专用库容量约 300～400 吨，控制矿粉温度，到站矿粉入罐前温度≤65℃。站内启用 1 个专用罐提前存放水泥 7～15d，温度降至 55℃ 以内才能使用。

3.2.3 砂石骨料

采用封闭搭盖料仓储存砂石骨料，避免砂石骨料直接暴晒于太阳底下。备用 2 个砂仓、3 个碎石仓，提前 2 天将材料入仓自然冷却，气温高时在料仓内通过喷淋、喷雾冷却，使其温度降至 30℃ 以下。

3.2.4 外加剂

站内清出 2 个专用罐储存高性能减水剂，避免外加剂直接暴晒于太阳底下，控制水剂温度与自然环境温度一致。

4 混凝土拌合物加冰温控措施的试验及控制

4.1 拌合水加冰温控

（1）要有效降低拌合物温度，除原材料尽量把温度降到最低外，水温的下降尤其重要。模拟试验发现，在水池中加入碎冰后能够快速降温至 5℃，但要在 5℃ 以下恒温就比较难，温度波动较大，所以 5℃ 拌合水温是合理的选择。

（2）拌合水加冰热工平衡

采用冰块加入拌合水中进行降温，加多少冰块量？通过验证的冰水热工平衡计算公式如下：

冰水混合热平衡方程：

式中：A——混合前水温，℃；

B——冰块量，kg；

X——混合后水温，℃；

λ——冰的溶化热 335kJ/kg；

W——配合比中的用水量，℃。

（3）混凝土供应是连续不断的，控制拌合冰水温度也是一个重点。试验结果发现，正常生产时采用边补水边加冰措施，160 吨拌合水每 3 个小时加入 10 吨冰块可以维持 5℃ 水温。

4.2 混凝土拌合物加冰温控

环境气温在 30℃ 以上时，混凝土拌合物出机温度要降低至 28℃ 下，还需要在搅拌过程中加入碎冰。混凝土拌合物温度热工计算常见于各种文献和施工方案中，公式有多种，算法不一，特别是对于加冰温控这一块阐述。笔者通过各种天气温度工况（30℃、32℃、34℃）进行模拟试验，取得了相关数据，对拌合物温度热工计算公式进行修正：

式中：

To——混凝土拌合物温度，℃；

mc——水泥用量，kg；

mf——粉煤灰用量，kg；

mk——矿渣粉用量，kg；

ma——外加剂用量，kg；

mw——水用量，kg；

ms——砂用量，kg；

mg——石用量，kg；

mb——碎冰用量，kg；

Tw——水的温度，℃；

Tc——水泥温度，℃；

Tf——粉煤灰温度，℃；

Tk——矿渣粉温度，℃；

Ta——外加剂温度，℃；

Ts——砂温度，℃；

Tg——石温度，℃；

βg——石含水率 ，%；

βs——砂含水率 ，%。

Cc——水泥的比热容，kJ/kg·k；

Cf——粉煤灰的比热容，kJ/kg·k；

Ck——矿渣粉的比热容，kJ/kg·k；

Cs——砂的比热容，kJ/kg·k；

Cg——石的比热容，kJ/kg·k；

Ca——外加剂的比热容，kJ/kg·k；

Cw——水的比热容，kJ/kg·k；

λ——碎冰的溶化热，kJ/kg.k；

ε——碎冰的冷量利用率，取 0.85；

mb×5×Cw——碎冰溶化成 5℃ 拌合水时的热当量。

5 运输供应过程的温控

5.1 出机温度控制

在加冰控制拌合物温度的状况下，模拟不同气温环境下搅拌机内与下料至搅拌车后拌合物出机温度的变化，试验发现环境气温升高 1℃，混凝土出机温度升高约为 0.1～0.3℃，且气温超过 32℃ 时出机温度升高值越大。所以当气温超过32℃ 时，就需要采用喷淋冰水降温的方式对搅拌楼内部、出机口的温度进行控制。

5.2 搅拌运输温控

运输时间对混凝土拌合物温度影响也很大。从搅拌站到施工现场运输时间正常情况下平均需要 1h，在上下班高峰期，则平均需要 1.5h。选取环境气温最高、地面辐射温度最大的时间段（14：00～16：00）做试验，获取混凝土拌合物温度与运输时间的关系数据，便于采取措施对混凝土运输过程进行温控。试验设定拌合物初始温度为 26℃，模拟试验的结果如表 2。

表2 模拟试验结果

试验结果说明：① 运输时间不变，环境温度越高，拌合物温度越高，且升高趋势越大；② 环境温度不变，运输时间越长，拌合物温度越高，且随环境温度越高，变化值越大；③ 环境气温达到 32℃ 以上时，需要对搅拌车采取隔热措施（覆盖或罐外喷洒冰水）或者降低拌合物出机温度（26℃ 以下），否则，到现场混凝土入模温度将超过 28℃；④ 实际施工时，须注意选择气温较低的日子（30℃ 以下），并且多配备搅拌车和泵车数量，在最短时间内，利用傍晚到第二天中午这段时间集中力量供应温控混凝土。

6 主桥2#墩承台混凝土拌合物加冰温控成效

（1）2015年 5月 14日 18：00 开始供应西溪主桥 2#墩承台第一层加冰混凝土，浇筑时间总共 19h，供应方量1633.49m3，平均供应量 86m3/h，现场浇筑顺利完成。期间气温 28～34℃，分割几个时间段按不同气温工况进行加冰温控，平均总用冰量 92kg/m3。

拌合物出机口加冰温控实际成果见表 3。

表3 实际温控数值

（2）2015年 5月 22日 19：50 开始供应西溪主桥 2#墩承台第二层加冰混凝土。浇筑时间总共 25h，供应方量 2299.05m3，平均供应量 92m3/h, 现场浇筑顺利。期间气温 28～34℃，预冷水提前 3 个小时，160t 自来水中加入碎冰 27t，冰水混合温度为5℃，按 9 个时间段进行加冰温控，保持冰水恒温加入冰块 90t，通过碎冰加入混凝土中降低拌合物温度，混凝土出机温度 23.5～25.5℃，平均总用冰量102kg/m3，总车数 287 车，到现场车车实测入模温度均未超过 28℃，坍落度 160～210mm，扩展度 480～550mm，混凝土拌和物工作性能良好。

（3）2#墩承台两次凝结时间经现场实测为 40h 左右，内部最高温度为 72℃，最高温度峰值出现在 72 小时左右。

（4）2#墩承台混凝土凝结后未出现温度裂缝，达到了温度控制目标要求。

[通讯地址] 福建省漳州市登科村漳州路桥翔通建材有限公司（363000）

陈文彬（1975—），男，助理工程师，漳州路桥翔通建材有限公司，现主要从事混凝土生产技术管理工作。