大体积混凝土温控方案

**高速**合同段起讫桩号为K****～K****，全长2.232km。其中**特大桥主桥为1100m单跨悬索桥，钢混叠合桥道系，**岸为隧道锚，**岸为重力式锚碇；引桥为3×34m及3×34m+3×34m连续梁桥。**岸主塔承台采用棱台型，每个塔柱对应一个承台。承台底面尺寸为28.8m×28.8m，顶面尺寸为12.0m（纵）×16.2m（横），高9.0m，等截面部分高7.5m，变截面部分高1.5m；系梁长13.829m，宽10.0m，高7.5m。承台混凝土设计标号C40，为大体积混凝土结构。

图1.1 承台总体平面布置图

2.仿真计算及分析 2.1模型参数

**岸承台底面尺寸为28.8m×28.8m，顶面尺寸为12.0m（纵）×16.2m（横），高9.0m，等截面部分高7.5m，变截面部分高1.5m；系梁长13.829m，宽10.0m，高7.5m。承台分四层浇筑，每一层高均为2.25m，系梁中间部分设2m后浇段。承台混凝土受0.2m厚C20垫层混凝土及2×25根D2.8m钻孔灌注桩约束。根据混凝土结构对称性，取承台混凝土1/4进行温度应力计算，计算模型网格剖分图见图2.1。

图2.1承台1/4（单次浇筑1/2）网格剖分图（附带垫层混凝土约束） 2.2混凝土配合比及性能

主塔承台混凝土设计强度等级为C40，原材料如下：水泥：P.O42.5水泥；粉煤灰：I级灰；外加剂：高性能聚羧酸减水剂；粗骨料：5-16mm、10-31.5mm两级配碎石；细骨料：机制砂，MX=3.16；拌合水：自来水。混凝土配合比设计与力学性能见表2.1； 表2.1 C40混凝土配合比及力学性能 材料用量（kg/m3） 水泥 255 粉煤灰 171 砂 767 碎石 1082 水 145 外加剂 抗压强度(MPa) 3d 7d 28d 3.32 19.0 32.5 47.0 混凝土劈裂抗拉强度、物理热学参数参考已有工程经验并根据配合比进行计算，见表2.2、表2.3。

表2.2 C40混凝土劈裂抗拉强度参考值 龄期 抗拉强度（MPa） 表2.3 混凝土物理热学参数 物理特性 承台 垫层 3d 1.5 7d 2.8 28d 3.5 半年 3.8 弹性模量(MPa) 比热(kJ/kg·℃) 比重kg/m3 热传导率(KJ/m*hr*℃) 绝热温升(℃) 28d抗拉强度(Mpa) 强度发展系数 抗拉强度系数 线膨胀系数 泊松比 构件理论厚度(m) 开始收缩砼材龄(d) 2.3边界条件 3.5×104 1.0 2420 10 42.0 40 3.0×104 0.8 2400 8 / 20 a=4.5；b=0.95；/ d=1.11[Japan(Hydration)] 0.44 1.0x10-5 0.17 2 3 / 1.0x10-5 0.17 / / ⑴浇筑温度：参考《公路桥涵施工技术规范》（JTGT F50-2011）“大体积混凝土的浇筑温度不宜高于28℃，冬天浇筑入模温度应不低于10℃”，控制为≥10℃且≤28℃，仿真计算取为28℃； ⑵模板材质：1.8cm厚木模板；

⑶冷却水：工况一不布设冷却水管；工况二考虑冷却水管的降温效果，采用直取水，冷却水管水平管间距为80cm、垂直管间距为70cm； ⑷浇筑间隔期：7d；

⑸养护方法：侧面土工布覆盖，顶面蓄水或覆盖塑料薄膜+土工布。 2.4工况一仿真计算结果 2.4.1温度计算结果

表2.6主塔承台仿真计算结果

浇筑层 内部最高温度/℃ 最大内表温差/℃ 18.2 18.8 19.2 18.9 温峰及最大内表温差出现时间 3d 3d 3d 3d 承台第一层 59.0 承台第二层 60.2 承台第三层 61.0 承台第四层 60.5 注：混凝土内表温差指混凝土内部最高温度与同一时刻距表面50mm处的混凝土最低温度之差。温峰及最大内表温差出现时间约为浇筑后第3天。内部最高温度计算值符合《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2009）“混凝土实际温升不超过50℃”的规定。内表温差符合《公路桥涵施工技术规范》（JTGT F50-2011）“大体积混凝土内表温差控制在25℃以内”的规定。 2.4.2应力计算结果

在工况一设定条件下，主塔承台温度应力计算结果见表2.7。 表2.7主塔承台仿真计算结果

温度应力/Mpa 浇筑层 3d 承台第一层 承台第二层 承台第三层 承台第四层 0.94 0.99 1.03 0.95 7d 1.12 0.82 0.89 0.72 28d 2.40 1.95 1.68 0.90 半年 2.35 2.08 1.63 0.76 承台各浇筑层混凝土早期膨胀，3d应力发展较快，集中于构件上表面及侧面，为内表温差引起的拉应力；混凝土后期收缩，7d后有部分应力向构件内部转移并逐渐发展至稳定水平。中后期于第一层系梁变截面处产生一定应力集中。各龄期温度应力较相应龄期的劈裂抗拉强度参考值小，具有较高的安全系数，抗开裂能力较强。在承台施工中，应加强以下控制：

⑴承台第一层中后期，系梁变截面处存在一定应力集中，建议该部位增设防裂钢筋网并加掺一定量的高能膨胀剂，保湿养护等附加防裂措施；

⑵计算浇筑间隔期为7d，应注意避免浇筑间隔期过长引起承台约束过大； （3）承台分层浇筑，每层2.25m，每层浇筑时分50cm浇筑一层，在浇筑过程中，应避免中午阳光直射，造成水分蒸发，表面形成硬壳，从而引起开裂与冷缝，应注意50cm层表面保湿，定期喷洒水雾，但不能喷水过多，影响混凝土水胶比；2.25m浇筑完成后，在混凝土初凝前应注意表面喷水雾保湿，凝结后应立即凿毛处理，清理干净后应蓄水20cm养护；

（4）每层脱模时间不得早于4d，以避免脱模过早后，保温保湿养护不到位，造成裂缝； 2.5工况二仿真计算结果 2.5.1温度计算结果

在工况二设定条件下，主塔承台内部最高温度及最大内表温差结果见表2.8，图略。

表2.8主塔承台仿真计算结果 浇筑层 最大内表温差内部最高温度/℃ /℃ 14.7 15.2 15.5 15.3 温峰及最大内表温差出现时间 3d 3d 3d 3d 承台第一层 54.1 承台第二层 55.3 承台第三层 56.0 承台第四层 55.6 2.5.2应力计算结果 在工况二设定条件下，主塔承台温度应力计算结果见表2.9，相应龄期应力场分布基本同工况一，图略。 表2.9主塔承台仿真计算结果

温度应力/Mpa 浇筑层 3d 承台第一层 0.81 7d 0.88 28d 2.15 半年 2.06 承台第二层 承台第三层 承台第四层 2.6计算结果分析 0.88 0.92 0.85 0.73 0.79 0.64 1.69 1.46 0.78 1.68 1.40 0.68 ⑴工况一（不加冷却水）承台内部最高温度为59.0~61.0℃，3d最大温度应力0.94~1.03Mpa，7d最大温度应力0.72~1.12MPa；工况二（考虑冷却水）承台内部最高温度为54.1~56.0℃，3d最大温度应力

0.81~0.92Mpa，7d最大温度应力0.64~0.88MPa，工况一与工况二3d、7d温度应力均小于同龄期的劈裂抗拉强度，有较高的安全系数。布设冷却水管有利于大体积构件的降温削峰，可有效降温约5.0℃，并降低各龄期温度应力，可有效降低约10%，但是工况一同样满足施工要求。 3.温控标准

根据本工程的实际情况，参考《公路桥涵施工技术规范》（JTGT F50-2011）、《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2009）相关规定，根据本工程的实际情况，根据仿真计算结果，对主塔承台大体积混凝土制定温控标准见表3.1。

表3.1 主塔承台大体积混凝土温控标准 构件 承台 标号 浇筑温度(℃) 内部温度(℃) 内表温差(℃) 降温速率(℃/d) C40 ≥10且≤28 ≤65 ≤20 ≤2.0 4.温度控制措施 在混凝土施工中，将从混凝土的原材料选择、配比设计以及混凝土的拌和、运输、浇筑、振捣到通水、养护等全过程进行控制，以达到控制其混凝土质量、混凝土内部最高温度、混凝土内表温差及表面约束，从而控制温度裂缝的形成及发展的目的。根据仿真计算结果及构件性能要求对主塔承台大体积混凝土控裂给出建议。 4.1配合比优化

4.1.1原材料优选原材料选取需考虑的因素见表4.1。表4.1混凝土原材料选取考量因素 原材料 考量因素 水泥 粉煤灰 细骨料 粗骨料 外加剂 比表面积、强度、C3A含量、碱含量 烧失量、需水量比 含泥量、细度模数 含泥量、级配 减水率、适应性 ⑴为改善混凝土的抗裂性能，应选用低水化热和含碱量偏低的水泥。水泥应符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175)标准中相应等级要求，尽可能避免使用早强水泥、磨细水泥和C3A含量高的水泥。不得使用新出厂的水泥，需放置至温度≤60℃再使用。

⑵应优选组分均匀、各项性能指标稳定的矿物掺和料，注重需水量比、细度和烧失量等关键指标。

⑶应选用质地均匀坚固粒形和级配良好、吸水率低、孔隙小的洁净骨料。骨料应符合国标《建筑用砂》（GB/T14684）和《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685）的技术要求。选择料场时必须对骨料进行潜在活性的检测，不得采用可能发生碱骨料反应的活性骨料。

⑷使用聚羧酸类高效减水剂，可有效降低单方混凝土用水量，提高混凝土和易性。聚羧酸系高性能减水剂进场后必须进行匀质性检验，使用前应进行混凝土适应性试验，质量应符合《聚羧酸系高性能减水剂》（JG/T 223）要求。 4.1.2配合比优化

⑴采用新型胶材体系，降低水泥用量以降低水化热。在满足混凝土工作性和强度条件下，最大限度地减少胶凝材料用量及浆体率，这是提高混凝土体积稳定性和抗裂性的一条重要措施。在胶材总量确定的情况下，尽量减小水泥用量，使用大掺量矿物掺合料，实现混凝土的高性能化。⑵选择适宜的水胶比，控制最大用水量。将拌和水最大用量作为控制混凝土耐久性的重要指标，比控制最大水胶比更为有利。因为控制水胶比不能解决混凝土中因浆体过多引起的收缩、水化热增加等负面影响。为尽量降低胶凝材料用量，增加集料所占的比例，提高混凝土抗渗、防裂性能。

⑶采用矿物掺和料与高效减水剂双掺。矿物掺和料可以改善混凝土中细微颗粒的级配，提高浆体和界面的致密性；改善混凝土拌合物的施工性能；降低混凝土内部由于水泥水化热而产生的温升；改善胶凝材料的组

分，提高抵抗环境中化学介质腐蚀的能力；调整混凝土内部实际强度的发展。矿物掺和料与高效减水剂的叠加效应可达到减少水泥用量和用水量、密实混凝土内部结构的目的，使混凝土强度、耐久性得以改善。 ⑷延长混凝土缓凝时间以推迟并削弱温峰。C40承台混凝土常温期施工实验室凝结时间控制至25~30h，高温期施工实验室凝结时间控制至30~35h。 4.2浇筑温度控制

控制混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。相同混凝土，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。本桥施工对大体积混凝土浇筑温度的要求为不低于10℃且不高于28℃。浇筑温度主要受原材料温度、气温等影响。因砂、石、水的温度均受气温影响，在胶材温度一定的情况下混凝土浇筑温度主要取决于环境温度，因此选择合适的时间段浇筑混凝土比较重要。桥址所在地泸定市降水少、日照多、昼夜温差大，多年月平均温度见表4.2。 表4.2 **市月平均气温 月份 平均温度(℃) 月份 平均温度(℃) 1月 -11~5 7月 9~21 2月 -8~8 8月 8~21 3月 4月 5月 4~18 6月 7~20 12月 -11~6 -4~11 0~15 9月 6~19 10月 11月 1~15 -6~10 桥址所在地夏无酷暑，冬无严寒，夏季日均最高气温为21℃，浇筑温度较易控制。需着重注意胶凝材料应放置至充分冷却后使用，尤其水泥一定要冷却至≤60℃，禁止使用刚出厂的新鲜水泥。一般可采取多次倒仓的措施降温，其冷却效果与倒仓的次数密切相关，受场地和胶凝材料筒仓数目的限制。 4.3保温保湿养护

桥址所在地昼夜温差较大，需通过加强混凝土保温养护，降低混凝土内表温差；通过加强混凝土保湿养护，减少混凝土收缩膨胀引起的表面应力。

表4.3 大体积混凝土养护措施 结构部位 主要养护对策 混凝土侧面 养护时间不少于14d。散热面较大，采取带模养护。拆模后在立面外包裹养护布进行保温保湿养护。 第一至第三浇筑层上表面面蓄水养护，第四浇筑层顶面覆盖塑料薄膜后加盖土工 混凝土上表面 布保温或蓄水养护；分层面养护至下一层浇筑（7d）为止，永久暴露面养护时间不少于14d。养护用水使用淡水，蓄水深度大于30cm。 5.现场监控 在本工程混凝土浇筑期间，埋设监测元件对混凝土的温度、湿度进行监控，对数据分析总结后，进行温控方案的进一步优化。

⑴测温仪器及元件。采用智能化数字多回路温度巡检仪，数字温度传感器，实现温度、湿度实时监控和调整。

⑵典型温度参数监控。监控混凝土的出机温度、入模温度、内部温度以及养护温湿度，对混凝土的温度发展历程和养护情况进行监控。其中内部温度测点的布置①根据对称性，选择单次浇筑1/4对称面布设；②布设包括表面温度测点（在构件中心部位短边长边中心线表面以下5cm布置），内部测温点（布置在构件中心处）。

⑶混凝土内部温度监测频率为：浇筑过程中，每2h测量一次温度；浇筑块混凝土浇筑完毕后至水化热升温阶段，每2h测量一次；水化热降温阶段第一周，每4h测量一次，之后每天选取气温典型变化时段测量，每天测量2~4次。