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1、马来西亚槟城第二跨海大桥工程承台大体积混凝土温度裂缝控制技术中交三航宁波公司 马金铭【摘 要】马来西亚槟城第二跨海大桥承台为大体积混凝土基础，本文主要以P117排架承台为例，介绍了大体积混凝土施工中采取的温度控制措施，并通过实测数据对温控效果进行了分析，实践证明施工中所采取的措施是有效的。【关键词】大体积混凝土 温度裂缝控制一、工程概况马来西亚槟城常年平均气温在26左右，而白天温度基本在30以上，对于马来西亚槟城第二跨海大桥（以下简称二桥）的承台施工是个考验。本标段中承台直径分9m和10m两种，高度分别为2200mm和2800mm，施工分两层浇筑，第一层为0.8m，第二层为1.4m或2.0m（
2、本文以2.0m厚承台为例）；承台第二层混凝土施工属于大体积混凝土范畴。P117排架承台混凝土浇筑， 是本标段首个承台施工，因此其温控措施是否有效，将直接关系到后续混凝土施工质量目标的实现。二、大体积混凝土温度裂缝理论分析及温控标准2.1 温度裂缝理论分析由于水泥的水化热作用，混凝土浇注后要经历升温期、降温期和温度稳定期三个阶段。升温阶段，水泥产生的水化热大量的聚集在混凝土内部不易散发，内外温差使混凝土内部产生压应力，外部产生拉应力，若大于相应龄期的容许拉应力时就有可能产生裂缝；降温阶段，新浇混凝土受内部钢筋、封底混凝土及桩头约束而不能自由收缩，此时弹性模量相对较低，若降温梯度过大就容易产生较大
3、的温度拉应力，当该拉应力大于相应龄期的混凝土容许拉应力时，也容易产生温度裂缝，因此控制温差尽量降低温度梯度是保证不产生裂缝的根本。2.2 相关温度计算2.2.1 混凝土拌和温度计算拌和温度按下式计算：或式中 TC混凝土拌和温度，单位； Ti材料温度，单位；WC热当量，单位KJ/；现场混凝土原材料温度情况表1： 设计配合比（kg/m3）及原材料温度（）设计标号水泥砂石子水矿粉G40/202887791032158129现场材料温度62031.531.527.056.0以上表1中现场原材料的温度以最不利情况考虑，由于水泥出厂的温度可达7080，储存一段时间后会有所降低，取62；搅拌船中的砂石下料是
4、从底部开始，与大气温度基本相近。拌和温度计算过程见下表表2： 混凝土拌和温度计算表材料质量W(Kg)（1）比热C（KJ/Kg.)(2)热当量Wc（KJ/）（3）=（1）*（2）温度T（）（4）热量TiWc（KJ）（5）=（3）*（4）混凝土拌和温度Tc()(6)=(5)/(3)水泥2880.84241.9262.0014999.04矿粉1290.84108.3656.006068.16砂7790.84654.3631.5020612.34碎石10320.84866.8831.5027306.72水1584.20663.6027.0017917.202535.1286903.4634.2混凝土拌
5、和温度： Tc=(TiWc)/(Wc)=34.22.2.2混凝土入模温度本工程混凝土采用搅拌船泵送浇筑，考虑入模前混凝土经过泵送，该过程中增加温度0.5，混凝土入模温度：Tj=34.2+0.5=34.72.2.3承台混凝土内部温度计算胶凝材料水化热总量按下式计算式中：水泥的水化热( kJ /kg)，取289 kJ /kg；k不同掺量掺合料水化热调整系数，此处取0.92；=2890.92=265.88KJ2.2.4混凝土的绝热温升：式中：Tt 混凝土的绝热温升( ) ； mc 每m3混凝土胶凝材料用量； Q 胶凝材料水化热总量；c 混凝土比热容，c = 0.98kJ / ( kg) ；混凝土密度
6、， = 2400 kg /m3 ； t 混凝土龄期( d) ； m 常数，与水泥品种、浇筑时温度有关。 混凝土最高绝热温升： 2.2.5混凝土中心计算温度： 式中： t龄期时混凝土中心计算温度( ) ； 混凝土浇筑温度( ) ； 不同浇筑厚度的温度系数，本文取 0.57混凝土中心理论最高温度2.3 温度控制标准本工程采用英国标准，其对大体积混凝土结构的温控要求有 入模浇筑温度36 内部最高温度70 最大内表温度差27.7 升温速度10/30min三、混凝土温度控制措施从现有的条件可知，承台混凝土浇筑的入模温度、内部最高温度能够满足规范要求，但还需采取措施最内表温差以及升温速度等指标进行控制，以
7、防止温度裂缝的出现。具体措施如下：3.1混凝土原材料优选及配合比优化优选混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的控制混凝土的绝热温升。 水泥：由于水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温升，大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等，并尽可能减少水泥用量。在马来西亚我们采用当地生产的粉煤灰水泥，尽量减少水泥水化热。 骨料：采用当地河砂（中砂），因为使用中砂可减少水及水泥的用量。在可泵送情况下，选用粒径5-20mm级配石子。并严格控制粗细骨料的含泥量1.0%。良好的集料级配，能保证在满足混凝土工作性能的前提下，尽量减少水泥的用量。 掺合料：掺合矿粉，在混凝土中掺用的
8、矿粉不仅能够节约水泥，降低水泥水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度，推移温升峰值出现时间。同时也改善了混凝土的可泵性。 外加剂：选用高效缓凝减水剂。要求外加剂初凝时间18h，尽量降低用水量，同时减缓水泥水化过程。优化后的配合比如下表表3： 优化后配合比（kg/m3）设计标号水泥砂石子水矿粉G40/2028881810401111293.2 现场混凝土施工控制 混凝土拌和料中，影响混凝土出机温度的主要因素是砂、石和水的温度。在施中，由于白天气温较高，选在早上、傍晚或雨后环境温度相对较低时段进行混凝土浇筑施工。刚生产的水泥严禁用于混凝土浇筑，必须是储藏半个月以上，以控制水泥温
9、度。 通水冷却：在承台上层混凝土浇注施工时，布置冷却水管，并准确测定承台混凝土的温度后决定是否通水，以便决定后续承台是否继续布设冷却水管。通水冷却可以有效地削减混凝土的早期温峰，降低其内部最高温度。根据混凝土内部温度分布特征，在承台混凝土中埋设一层冷却水管，在现浇承台混凝土中布置适量冷却水管（大桥纵向布置），冷却水管采用外径为A25mm，壁厚为1.8mm的薄壁钢管，其水平间距为1m，冷却水管进、出水口应集中布置，以利于统一管理。冷却水管布置示意图见下图。图1：冷却水管布置示意图冷却水管使用及其控制：a) 冷却水管使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水；b) 冷却水管的循环水采用淡水，通水流量应
10、达到25L/min，通水时间一般为34天或根据测温结果确定；c) 在施工平台上应设置1个容量为3 m3的水箱，以供冷却水循环； 混凝土浇筑控制控制混凝土入模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振及过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力，保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝。承台混凝土结构平面面积较大，采用水平分层的方法连续浇筑混凝土，分层浇筑厚度不得超450mm。浇筑后混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理以控制表面龟裂，同时混凝土浇筑过程中，严格控制混凝土拌合物坍落度。 混凝土养护在承台初凝过后即采取覆盖双层
11、土工布的方法进行保温保湿，并对土工布洒水养护，防止混凝土内外温差过大。四、温度监控4.1 测温元件表4： 测温元件型 号厂 家范 围精 度温度表TES-1319数位温度表泰仕电子工业股份有限公司-501300-5019990.1，10.1，1传感器TP-K01测温棒泰仕电子工业股份有限公司-50200-50392/4.2测温点的布置原则承台混凝土测点布置。在承台竖向至上而下布置3层，分别距承台上表面0.1m、0.55m、1.2m；再在中间0.55m的层面上至承台中心向外直线布置5点，分别距中心0.0m处1点，3.0m处2点，距承台侧面0.1m处2点。在另外两个层面上布置2点，分别为距承台侧面0
12、.1mm处,具体布置如下图：23 图2：P117排架承台第二层测温点布置图4.3测温原则 自混凝土开始浇筑起记录各测点及环境温度，并在浇筑后的72h内，每2h读取数据1次；浇筑后（47）d内，每4h读取数据1次；以后则可根据测温结果和外界环境温度变化情况每天选取2次进行温度观测记录。 （在混凝土内部及外部设置温度测点，现场温度监测数据采集后并进行整理分析，每一测点的温度值及各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。4.4数据整理及分析根据测得的温度，绘出温度曲线，可以得出最高内部温度、内表温差等曲线图，详见图3，图4，根据曲线图，混凝土内部温度最高温
13、度66.7（略高于计算温度）出现在浇筑后21h左右，升温速度3.3/30min、最大温差为21.5均满足规范要求。通过数据分析，P117排架承台混凝土温控各项指标均满足规范要求。图3：时间温度曲线图图4：最大温差曲线图结束语：P117排架承台施工完成后，项目部组织业主、监理、设计等相关技术人员对承台进行表观质量检查，检查结论为：承台表面平整，光洁，无温度裂缝，表观质量合格。实践证明对P117承台采取的温控措施是有效的，后续整个承台分项工程于2011年12月4日全部结束，验收检查全部通过，结合整个承台施工过程，得出以下结论供同类承台施工借鉴： 完善的施工方案、充分的原材料准备、合理的人员和机械设备配置是大体积混凝土顺利完成的基本要素。 大体积混凝土的施工必须从原材料、混凝土的配合比开始控制。实践证明采用矿物质超细粉等量代换一定量的水泥可以明显起到降低水化热和延迟温度峰值出现时间的作用 合理的设置降温系统、严格的施工过程控制和周密的养护措施是大体积混凝土成功的关键。
