大体积混凝土温控技术摘 要：大体积混凝土（以下称砼）施工时，由于水泥水化过程中产生大量的水化热，由内向外传递，使砼内部温度逐步升高，而边缘受气温影响而降低，造成砼内表温差而产生温度应力。

本文通过国内第一大承台，即五河口特大桥主墩承台近万方砼浇筑，在温控方面取得的成功经验，介绍大体积砼温控设计、监控、实施步骤，探索防止温差裂缝的方法。

关键词：大体积砼 温控 监测 防裂 技术1 温控项目概述五河口斜拉桥位于江苏淮安京杭运河、废黄河等五条河交汇处，故名五河口特大桥，其主塔承台平面尺寸为49.5m ×33.1m 的矩形截面，高6m 。

该承台号称国内第一大承台，砼方量9830m 3，分两次浇筑成形，第一次浇筑厚度3.2m ，砼5240m 3，第二次浇筑厚度2.8m ，砼4590m 3，砼设计强度C30。

砼浇筑过程中，由于水泥水化热作用，承台内部温度经历升温期、降温期、稳定期三阶段，与此同时砼的弹性模量不断增长，由于早期弹模较低，产生的压应力很小，而后期弹模增大，产生的拉应力较大使砼内部形成拉应力。

如果该应力超过其抗裂能力，砼就会开裂。

而施工时间11、12月，正值当地年最低温季节，砼表面受气温影响而降温，更加剧了内外温差幅度，因此必须对承台大体积砼采取温控防裂措施。

经对承台砼内部温度场及仿真应力场计算，制定不出现有害温度裂缝的温控标准，并据此制定温控措施。

2 承台大体积砼温控计算温控计算采用《大体积砼施工期温度场及仿真应力场分析程序包》进行。

该程序模拟砼施工情况，不仅考虑砼的浇筑分层、浇筑温度、养护、保温和砼的边界条件，而且考虑砼的弹性模量、徐变、自生体积变形、水化热散发规律等物理热学性能。

计算参数根据招标文件、图纸和施工经验取值，施工时根据现场情况重新验算。

2.1计算条件2.1. 1 根据承台结构特点，取1/4计算；砼分二次浇筑，浇筑厚度为3.2m 和2.8m ；2.1. 2 气象资料：气温、水温根据资料取值，浇筑时间11、12月，上年同期温度最高16.5℃，最低-8.7℃；平均风力按6m/s 考虑。

2.1.3 承台内部用冷却水管控温（图1,2）；砼终凝后顶面洒水保温养护，侧面用5cm 厚泡沫板保温。

2.1. 4 C30砼弹性模量、热学参数、干缩变形和自生体积变形等按规范和经验取值。

并考虑砼的徐变引起的应力松弛作用；砼泊松比为0.167，比热为1.0kJ/kg 。

取值见表1,2,3,4。

[2]2.1. 5 根据砼配合比，计算砼绝热温升为40℃。

2.2砼材料参数及数值模型砼材料参数参考设计规范及试验结果。

计算中使用的绝热温升、弹性模量、徐变度拟合公式分别为：2.2. 1 水泥水化热：水泥水化热公式取双曲线函数 θ=θ0(1-е-m 1 t m 2) （2-1）式中： θ0－最终绝热温升，τ－时间，m 1, m 2 －参数。

作者简介：叶松（1976），男，湖北人，工程师，大本，主要从事道路与桥梁监理，（E -mai: songye163@ ，goodyez@ ）2.2. 2 弹性模量：弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即E(τ)=E 0 + E 1(1－e －ατβ)（2-2）式中：E 0初始弹模；E 1最终弹模与初始弹模之差；α,β与弹模增长速率有关的两个参数，其值分别表1 胶凝材料水化热试验结果 水 泥% 粉煤灰 (%)外加剂% 水化热（J ／g ）1d 3d 7dP.C 32.5 80 Ⅱ级灰 20 0.6 147 192 214 P.S 32.5 75 Ⅱ级灰 25 0.6 102 157 188矿渣42.5 Ⅱ级灰 25 0.6 132.8 189.6 239.8表2 C30砼弹性模量取值(×104 Mpa) 龄期 3d 7d 28d 60d 90d 180d数值 1.28 2.03 3.24 3.32 3.66 3.96表3 C30砼热学参数取值线胀系数α (10－6/℃) 导温系数 m 2/h 导热系数 kcal/m.h.℃ 最大绝热温升℃7.9 0.0051 2.7 40 表4 C30砼自身体积变形取值(×10-6)龄期 3d 7d 14d 21d 28d 60d 90d 180d数值 1.02 10.54 15.03 5.06 -4.88 -7.25 -20 -50.3注：表中“－”表示收缩取0.14和0.17。

2.2. 3 徐变度：根据工程经验，C30砼徐变度如下（单位：10-6／MPa ）：)1)(141)(602()1)(303(),()(025.0025.0)(5.091.0)(04.08.1τττττττ--------+-++-+=t t t eeeet C （2-3）3 计算结果及分析3.1温度场主要特征砼浇筑后2～3天即达到温度峰值，温峰持续1天左右开始下降，初期降温速率较快，以后逐渐减慢，15～20天后降温平缓，温度趋于稳定状态。

砼内部最高温度约51℃，温度分布为中部高，四周较低。

3.2应力场主要特征根据计算结果，承台各层砼主要龄期的最大主拉应力见表5，砼早期（14天左右）最大温度应力为1.60MPa ，而此时C30砼劈裂抗拉强度一般应大于2.0Mpa （见表6），抗裂安全系数k ＞1.5，后期也有1.5倍以上的抗裂安全系数。

如果砼施工质量良好，不会产生有害温度裂缝。

根据计算结果，承台内部温度应力呈现出四周边缘应力较大，而中间应力较小的特征。

4 温度控制标准根据计算结果，在施工期内为保证承台不出现有害温度裂缝，宜采取如下温控标准：4.1砼浇筑温度：指砼平仓振捣后，上层砼覆盖前，距砼表面10～15cm 处温度，浇筑温度≤25℃； 4.2砼内表温差：指砼内部平均最高温度与表面最低温度之差，砼内表温差≤25℃； 4.3砼内部最高温度：指砼内部平均温度最高值，砼内部最高温度≤65℃ 4.4砼降温速率：≤2.0℃/d 。

5 温控措施5.1优化砼配合比，降低水化热合理选择砼原材料，选择级配良好的砂、石料，选择优良的砼外加剂，增强砼强度，提高抗裂能力，降低水泥用量，是降低砼内部水化热温升的重要环节，因此必须进行砼配合比优化设计。

5.1.1控制原材料质量，减少水泥用量1）水泥：采用PC32.5水泥，使用温度≤55℃，否则降低水泥温度。

水泥分批检验，质量稳定。

2）粉煤灰：根据粉煤灰砼技术规范，大体积砼可按60d 作为砼强度等级考核指标，在规范允许范围内尽量增加粉煤灰掺量，以推迟水化热温峰的出现，降低绝热温升，粉煤灰采用Ⅱ级灰。

[3]3）集料：细集料采用江苏宿迁中粗砂，细度模数2.4～2.6，含泥量<2％；粗骨料采用江苏盱眙二级配碎石，5～16mm 占30％，16～31.5mm 占70％，级配优良，含泥量<2％，其他指标符合规范要求。

[1]4）外加剂：采用缓凝高效减水剂，最大限度降低水泥用量，推迟水化热温峰的出现。

掺量0.6%(占胶凝材料)。

使用前配成溶液，拌和均匀，做好配制记录；固体外加剂提前分袋称好。

[3]5.1.2砼配合比由于优化砼配合比，选用P .C32.5复合水泥，掺入20%Ⅱ级粉煤灰和超缓凝剂。

粗集料采用二级配，选出最低空隙率和最佳级配曲线，在保证强度的前提下，尽量降低胶凝材料用量，从而大大降低了水化热，起到了早期抑制温升的效果。

经检测比同等级砼最高温度推迟三天左右，最高温度降低30%左右。

砼强度按60d 龄期考核，但14天应达到22.MPa ，28天应达到30 MPa 。

砼粘聚性良好，不离析、不泌水，坍落度16-18cm ，初凝时间≥35h 。

5.2 控制砼浇筑温度砼开盘前，测水泥、砂石、水的温度，计算砼出机温度，并估算浇筑温度如超过25℃，应在夜间20时以后浇筑，并控制原材料的温度，如骨料遮阳洒水降温，水泥温度过高应要求厂家在出厂前放一段时间。

表7 承台C30砼施工配合比水胶 比 配合比水泥 kg/m 3 粉煤灰 kg/m 3 外加剂% 砂 率 坍落度cm 抗压强度MPa 5d 7d 28d 0.40 0.40:1:1.91:2.637 297 105 0.8 0.42 16.5 21.6 28.6 45.8表5 第一层砼最大温度主拉应力（MPa ）龄期(d) 7 14 28 60 90 120 140 第一层砼 应力 1.25 1.60 2.40 2.95 3.20 3.10 3.05 第二层砼 应力 1.25 1.62 2.43 2.98 3.27 3.16 3.10表6 C30砼劈裂抗拉强度取值龄 期(d) 7 14 28 60 Rpl （MPa ）1.792.573.34.035.2.1 砼的出机温度：T0T0=（0.20+Qs ）WsTs+(0.20+Qg)WgTg+0.20WcTc+(Ww-QsWs-QgWg)Tw0.20(Ws+Wg+Wc)+Ww 式中：Qs 、Qg 分别为砂、石的含水量，以%计；Ws,Wg,Wc,Ww分别为每方砼中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰计入水泥中）；Ts,Tg,Tc,Tw 分别为砂石、水泥和水的温度。

5.2.2 砼浇筑温度：Tp T p =T o +(T n -T o )(θ1+θ2+θ3+...+θn ) 式中：Tn 砼运输和浇筑时气温；θ1,θ2,θ3,θn 有关系数，数值如下：（1）砼装、卸和转运，每次θ=0.03；（2）运输时θ=A τ,τ运输时间，A 表8；（3）浇筑时θ=0.003τ,τ浇筑时间。

5.3埋设冷却水管，控制砼内部温度5.3.1冷却水管位置冷却水管采用φ50mm 薄壁钢管（壁厚2.5mm ）；冷却水管沿垂直方向布置5层，层间距1m ，水平间距1m ，每根管长度≤180m 。

进出水口集中布置，以便统一管理，进水口利用阀门控制冷却水流量。

（如图1、图2），冷却水用江水。

5.3.2冷却水管使用及其控制1）冷却水管使用前进行压水试验，防止漏水、阻水。

2）砼浇筑到各层冷却管标高后即通水，通水时间10～15天，具体时间根据检测结果确定，通水流量大于25L/min ； 3）设置水箱以循环水冷却控制进出水温，在保证冷却管进水温度与砼内部最高温差≤25℃条件下，尽量降低冷却水温度。

4）第一层砼浇筑时第一、第二层冷却水管通水；第二层砼浇筑时，第三四五层冷却水管通水。

5）通水冷却全部结束后，用同标号水泥浆或砂浆压注管道。

5.4内降温、外保温、加强养护由于承台冬季施工，要特别重视砼的保温工作，控制砼内外温差≤25℃。

措施：钢模板外嵌5㎝厚泡沫板，吊挂麻袋，再用土工布围裹，碘钨灯照射增加砼表面温度，顶面覆盖土工布。

砼终凝后在表面洒水养护，顶面尽量采取蓄水养护。

养护对砼强度增长及减少温差、收缩裂缝具有重要意义。

5.5控制浇筑质量，提高抵抗温差拉应力强度为提高砼均匀性和抗裂能力，必须加强各环节控制：（1）砼拌合运输、浇筑振捣、保温养护全过程监控，严格按规范施工。