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摘要：主墩承台大体积混凝土体型庞大，混凝土浇筑量大，温度失控造成的裂缝是影响混凝土结构性能的最主要问题。本文以某特大桥工程为例探讨了其主墩承台大体积混凝土施工温度控制措施。
关键词：主墩承台；大体积混凝土；温度控制
中图分类号：TU37文献标识码： A
一、工程概况
某特大桥全桥总长484.307m，主跨为（85m+150+85m）预应力混凝土连续刚构。主桥采用空心薄壁墩、左右幅为连体承台及钻孔灌注桩群桩基础。主墩承台平面尺寸为12*24.5m,高5m,体积为1470m3时,混凝土级别为C30,基桩嵌人承台内20m。本工程的关键点是大体积混凝土的温度控制。因为混凝土在浇筑后,由于水泥水化热将经历温升期、冷却期和稳定期三个阶段。在这些阶段中,混凝土体积亦随之伸缩,若受到桩基、地基约束或限制和不均匀体温的影响就要产生温度应力,如果应力超过混凝土的抗裂能力就要开裂。施工中为防止因温度所造成结构混凝土的破坏,我们采取优化混凝土配合比设计、埋置冷却管、加强内蓄外覆等措施进行控制。
二、温控思路及工作流程
（一）温控思路
大体积混凝土结构在施工及养护期间，将主要产生2种变形：因降温而产生的温度收缩变形及因水泥水化作用而产生的水化收缩变形，这些变形在受到约束的条件下，将在结构内部及其表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土相应龄期的抗拉强度时，结构开裂。因此大体积混凝土温控的本质是：控制大体积混凝土结构的温度拉应力不超过混凝土相应龄期的抗拉强度。就大体积混凝土开裂的力学机理和施工温控的目的而言，温控有2个基本途径：提高混凝土本身的抗裂性能；采取有效措施，降低大体积混凝土施工、养护过程中内部及其表面的拉应力。
（二）温控工作流程
施工之前，在全面了解实际工程概况(结构设计、基础地质条件等)、并取得相关资料(混凝土相关物理力学指标、环境气象资料等)的基础上，进行施工方案决策计算，即利用大体积混凝土施工温控程序，根据初拟施工方案进行施工各阶段温度场分析及结构应力检算，依据结构应力检算结果，决定施工方案(分层、分块浇筑)。根据施工方案决策计算结果拟定温控指标值，并合理确定应采取的温控措施及控制方案。实际施工过程中，根据温度监测的结果与温控指标的对比分析，相应调整、完善温控措施，并预测后续各施工阶段结构温度场及应力的变化趋势。
（三）温控标准
混凝土温度控制的原则是：（1）控制混凝土浇筑温度；（2）尽量降低混凝土的温升、延缓最高温度出现时间；（3）控制温峰过后混凝土的降温速率；（4）降低混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间的温差以及控制混凝土表面温度和气温之间的差值。
温度控制的方法需根据气温、混凝土配合比、结构尺寸、约束情况等具体条件确定。根据本工程的实际情况，对主墩承台制定如下温控标准：浇筑温度≤28℃；内部最高温度≤74℃；混凝土最大内表温差≤25℃；通水冷却过程中，冷却水管入水口水温与出水口水温之差≤15℃；温峰过后混凝土缓慢降温，通过保温控制混凝土最大降温速率≤2.5℃/d。
三、大体积混凝土施工温度控制
（一）混凝土原材料现场质量控制
择级配良好的砂、石料、性能优良的缓凝高效减水剂，选用低水化热的矿渣水泥掺加高品质的粉煤灰，是大体积混凝土温控施工的有效措施。
（1）水泥：采用南通华新42.5普通水泥，水泥使用温度不应超过60℃，否则必须采取措施降低水泥温度。水泥应分批检验，质量应稳定。如果存放期超过3个月应重新检验。
（2）粉煤灰：应尽量增加粉煤灰掺量，以推迟水化热温峰的出现，降低砼绝热温升。粉煤灰入场后应分批检验，质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-91）的规定。
（3）细骨料：宜采用中粗砂。细度模数在2.7左右，砂含泥量必须小于2%，并无泥团，其它指标应符合规范规定，砂入场后应分批检验。
（4）粗骨料：石子级配必须优良，来源稳定。入场后分批检验，严格控制其含泥量不超过1.0%，如果达不到要求，石子必须用水冲洗合格后才能使用，其它指标必须符合规范要求。
（5）外加剂：采用缓凝高效减水剂，以最大限度降低水泥用量，推迟水化热温峰的出现。外加剂入场后应分批堆放，分批检验，如发现异常情况应及时报告。外加剂在使用前尽量配成溶液，拌和均匀后方可使用，配制应有专人负责，做好配制记录；若直接使用固体外加剂，则需提前分袋称好，并适当延长搅拌时间。外加剂的减水率应大于15％，其缓凝成分禁止使用糖类化合物。
（6）水：拌合用水应符合有关规范规定。
（二）優化混凝土配合比，降低水化热温升
优化混凝土配合比，降低水泥用量，混凝土绝热温升控制在44℃。混凝土应具有良好的粘聚性，不离析、不泌水，初始坍落度应控制在16-18cm，初凝时间应大于15h。
（三）合理的布置散热及测温系统
1、散热管的布置
共设置4层直径50mm的散热管，竖向层距1.0m，每层水平间距1.5m。散热管采用耐腐蚀的镀锌钢管，与钢筋一起绑扎。在使用前要求通水进行密闭性试验，防止管道在焊接接头位置处漏水或阻塞。通水散热后对散热管作压浆处理。
2、测温设备
为提供可靠的数据控制混凝土内外温差，考虑承台平面对称性，在承台平面1/4位置及对角线上布置温度应变片，用温度显示仪采集数据。采集的数据主要包括不同施工时段的入模温度、每个温度应变片处混凝土不同龄期温度、草袋内温度、外界气温、散热管进出水温度。
3、通水散热
承台基坑的顶部和底部各放置一个6m3水箱，利用高差形成的势能完成水循环。进出水管之间用塑料管连接，在散热管的每个出水口设置一阀门控制流量。当混凝土浇注至该层散热管标高时，即通水散热，单根散热管流量按不小于1.5m3/h控制，通水时间不小于12天。
（四）现场监测异常的应对措施
如果现场监测温度超出温控标准，可采取下列应对措施：
（1）浇筑温度超过控制范围：可以通过砂石料洒水、遮阳通风降温，拌合水加冰冷却，水泥存放散热等措施以降低出机口温度，输送泵管覆盖麻袋洒水以降低输送摩擦热。
（2）最高温度偏高：可以采取加大冷却水通水流量、降低冷却水温度的措施，但注意冷却水温度控制在比混凝土中心温度低15~25℃之间。
（3）内外温差偏高：可以加大通水流量、降低进水温度以加强内部降温，使用冷却出水进行蓄水养护以减少混凝土表面热量散失，做到外保内散。
（五）承台的保温
（1）承台表面的保温：从浇筑后混凝土初凝后(工作人员可上承台表面)将承台表面完全用麻袋或土工布覆盖并安排人员24小时撒水保湿，保证承台表面保湿，砼浇筑36小时后根据现场情况可将出水口的热水直接放入承台表面，保证承台表面保留5-10cm的温水来保温并达到养生的效果。
（2）承台四周模板及拆模板后的保温：用麻袋内挂，外覆盖土工布外塑料薄膜严实包裹的方式，为模板保温以达将四周混凝土保温，具体保温措施的施行时间为在混凝土开始浇筑前。
结束语
对于大型桥梁工程中的大体积混凝土基础来说，其结构截面尺寸大，抵抗外载能力强，导致裂纹的主要原因是水泥在硬化过程中释放大量水化热所产生的温度应力超过了混凝土极限抗拉强度。因此，如何控制大体积混凝土水化热升温和混凝土结构物体内外温差成了大体积混凝土能否产生裂纹的关键。为了降低水化热，延缓温升值及温升速度，要优化配合比，采用低热水泥，适当掺粉煤灰及外加剂来提高混凝土品质，合理的布置散热及测温系统，分层浇注混凝土，加强表面覆盖及养护，这样对降低内外温差能收到良好效果。
参考文献
[1]张宏伟,董红伟,史俊涛,庞颖,李智,夏争志.新造珠江特大桥主墩承台大体积混凝土温度控制与分析[J].中外公路,2012年3期.
[2]张洪波,陈胜.嘉绍大桥主墩承台大体积混凝土裂缝控制[J].水运工程,2012年8期.
关键词：主墩承台；大体积混凝土；温度控制
中图分类号：TU37文献标识码： A
一、工程概况
某特大桥全桥总长484.307m，主跨为（85m+150+85m）预应力混凝土连续刚构。主桥采用空心薄壁墩、左右幅为连体承台及钻孔灌注桩群桩基础。主墩承台平面尺寸为12*24.5m,高5m,体积为1470m3时,混凝土级别为C30,基桩嵌人承台内20m。本工程的关键点是大体积混凝土的温度控制。因为混凝土在浇筑后,由于水泥水化热将经历温升期、冷却期和稳定期三个阶段。在这些阶段中,混凝土体积亦随之伸缩,若受到桩基、地基约束或限制和不均匀体温的影响就要产生温度应力,如果应力超过混凝土的抗裂能力就要开裂。施工中为防止因温度所造成结构混凝土的破坏,我们采取优化混凝土配合比设计、埋置冷却管、加强内蓄外覆等措施进行控制。
二、温控思路及工作流程
（一）温控思路
大体积混凝土结构在施工及养护期间，将主要产生2种变形：因降温而产生的温度收缩变形及因水泥水化作用而产生的水化收缩变形，这些变形在受到约束的条件下，将在结构内部及其表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土相应龄期的抗拉强度时，结构开裂。因此大体积混凝土温控的本质是：控制大体积混凝土结构的温度拉应力不超过混凝土相应龄期的抗拉强度。就大体积混凝土开裂的力学机理和施工温控的目的而言，温控有2个基本途径：提高混凝土本身的抗裂性能；采取有效措施，降低大体积混凝土施工、养护过程中内部及其表面的拉应力。
（二）温控工作流程
施工之前，在全面了解实际工程概况(结构设计、基础地质条件等)、并取得相关资料(混凝土相关物理力学指标、环境气象资料等)的基础上，进行施工方案决策计算，即利用大体积混凝土施工温控程序，根据初拟施工方案进行施工各阶段温度场分析及结构应力检算，依据结构应力检算结果，决定施工方案(分层、分块浇筑)。根据施工方案决策计算结果拟定温控指标值，并合理确定应采取的温控措施及控制方案。实际施工过程中，根据温度监测的结果与温控指标的对比分析，相应调整、完善温控措施，并预测后续各施工阶段结构温度场及应力的变化趋势。
（三）温控标准
混凝土温度控制的原则是：（1）控制混凝土浇筑温度；（2）尽量降低混凝土的温升、延缓最高温度出现时间；（3）控制温峰过后混凝土的降温速率；（4）降低混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间的温差以及控制混凝土表面温度和气温之间的差值。
温度控制的方法需根据气温、混凝土配合比、结构尺寸、约束情况等具体条件确定。根据本工程的实际情况，对主墩承台制定如下温控标准：浇筑温度≤28℃；内部最高温度≤74℃；混凝土最大内表温差≤25℃；通水冷却过程中，冷却水管入水口水温与出水口水温之差≤15℃；温峰过后混凝土缓慢降温，通过保温控制混凝土最大降温速率≤2.5℃/d。
三、大体积混凝土施工温度控制
（一）混凝土原材料现场质量控制
择级配良好的砂、石料、性能优良的缓凝高效减水剂，选用低水化热的矿渣水泥掺加高品质的粉煤灰，是大体积混凝土温控施工的有效措施。
（1）水泥：采用南通华新42.5普通水泥，水泥使用温度不应超过60℃，否则必须采取措施降低水泥温度。水泥应分批检验，质量应稳定。如果存放期超过3个月应重新检验。
（2）粉煤灰：应尽量增加粉煤灰掺量，以推迟水化热温峰的出现，降低砼绝热温升。粉煤灰入场后应分批检验，质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-91）的规定。
（3）细骨料：宜采用中粗砂。细度模数在2.7左右，砂含泥量必须小于2%，并无泥团，其它指标应符合规范规定，砂入场后应分批检验。
（4）粗骨料：石子级配必须优良，来源稳定。入场后分批检验，严格控制其含泥量不超过1.0%，如果达不到要求，石子必须用水冲洗合格后才能使用，其它指标必须符合规范要求。
（5）外加剂：采用缓凝高效减水剂，以最大限度降低水泥用量，推迟水化热温峰的出现。外加剂入场后应分批堆放，分批检验，如发现异常情况应及时报告。外加剂在使用前尽量配成溶液，拌和均匀后方可使用，配制应有专人负责，做好配制记录；若直接使用固体外加剂，则需提前分袋称好，并适当延长搅拌时间。外加剂的减水率应大于15％，其缓凝成分禁止使用糖类化合物。
（6）水：拌合用水应符合有关规范规定。
（二）優化混凝土配合比，降低水化热温升
优化混凝土配合比，降低水泥用量，混凝土绝热温升控制在44℃。混凝土应具有良好的粘聚性，不离析、不泌水，初始坍落度应控制在16-18cm，初凝时间应大于15h。
（三）合理的布置散热及测温系统
1、散热管的布置
共设置4层直径50mm的散热管，竖向层距1.0m，每层水平间距1.5m。散热管采用耐腐蚀的镀锌钢管，与钢筋一起绑扎。在使用前要求通水进行密闭性试验，防止管道在焊接接头位置处漏水或阻塞。通水散热后对散热管作压浆处理。
2、测温设备
为提供可靠的数据控制混凝土内外温差，考虑承台平面对称性，在承台平面1/4位置及对角线上布置温度应变片，用温度显示仪采集数据。采集的数据主要包括不同施工时段的入模温度、每个温度应变片处混凝土不同龄期温度、草袋内温度、外界气温、散热管进出水温度。
3、通水散热
承台基坑的顶部和底部各放置一个6m3水箱，利用高差形成的势能完成水循环。进出水管之间用塑料管连接，在散热管的每个出水口设置一阀门控制流量。当混凝土浇注至该层散热管标高时，即通水散热，单根散热管流量按不小于1.5m3/h控制，通水时间不小于12天。
（四）现场监测异常的应对措施
如果现场监测温度超出温控标准，可采取下列应对措施：
（1）浇筑温度超过控制范围：可以通过砂石料洒水、遮阳通风降温，拌合水加冰冷却，水泥存放散热等措施以降低出机口温度，输送泵管覆盖麻袋洒水以降低输送摩擦热。
（2）最高温度偏高：可以采取加大冷却水通水流量、降低冷却水温度的措施，但注意冷却水温度控制在比混凝土中心温度低15~25℃之间。
（3）内外温差偏高：可以加大通水流量、降低进水温度以加强内部降温，使用冷却出水进行蓄水养护以减少混凝土表面热量散失，做到外保内散。
（五）承台的保温
（1）承台表面的保温：从浇筑后混凝土初凝后(工作人员可上承台表面)将承台表面完全用麻袋或土工布覆盖并安排人员24小时撒水保湿，保证承台表面保湿，砼浇筑36小时后根据现场情况可将出水口的热水直接放入承台表面，保证承台表面保留5-10cm的温水来保温并达到养生的效果。
（2）承台四周模板及拆模板后的保温：用麻袋内挂，外覆盖土工布外塑料薄膜严实包裹的方式，为模板保温以达将四周混凝土保温，具体保温措施的施行时间为在混凝土开始浇筑前。
结束语
对于大型桥梁工程中的大体积混凝土基础来说，其结构截面尺寸大，抵抗外载能力强，导致裂纹的主要原因是水泥在硬化过程中释放大量水化热所产生的温度应力超过了混凝土极限抗拉强度。因此，如何控制大体积混凝土水化热升温和混凝土结构物体内外温差成了大体积混凝土能否产生裂纹的关键。为了降低水化热，延缓温升值及温升速度，要优化配合比，采用低热水泥，适当掺粉煤灰及外加剂来提高混凝土品质，合理的布置散热及测温系统，分层浇注混凝土，加强表面覆盖及养护，这样对降低内外温差能收到良好效果。
参考文献
[1]张宏伟,董红伟,史俊涛,庞颖,李智,夏争志.新造珠江特大桥主墩承台大体积混凝土温度控制与分析[J].中外公路,2012年3期.
[2]张洪波,陈胜.嘉绍大桥主墩承台大体积混凝土裂缝控制[J].水运工程,2012年8期.