摘要：介绍大体积混凝土承台施工技术及混凝土的理论热工计算，通过混凝土的理论热工计算结果控制现场混凝土的入摸温度，并结合技术措施防止温度裂缝的产生，保证大体积混凝土的施工质量。
关键词：大体积混凝土热工计算温差施工技术
工程概况
本工程为湖南炎陵至汝城（湘粤界）高速公路?水河特大桥左线3#主墩承台，承台尺寸为19.8m×14.4m×4.5m，混凝土方量为1265.22m3，属大体积混凝土。混凝土标号为C30。承台位于一陡坡上，大里程方向为一峡谷，有一部分桩基外漏，因搭设支架较为困难，故在桩基内预埋32工字钢作为承台底模支撑。承台大体积混凝土施工难度较高，分两次浇筑（第一次混凝土方量为421m3，第二次混凝土方量为843.48m3），采用内散外蓄方案，即混凝土内部采用冷却管降温，同时加强混凝土表面保温蓄热，降低内外温差，防止产生裂缝。
大体积混凝土施工温度计算
2.1 混凝土配合比的选择
承台混凝土为C30，为降低混凝土的水化热，混凝土配合比选用低水化热硅酸盐水泥，并掺入一定量的外加剂。所配制的混凝土，到达浇筑面时的塌落度应低于160±20mm，水泥用量宜控制在230―450kg/m3；拌合用水量不大于190kg/m3；粉煤灰的掺量不宜大于水泥用的40%，矿渣粉的掺量不宜大于水泥用量的50%，且两种掺合料的总量不能超过50%；水胶比不宜大于0.55；砂率宜为38-45%；拌合物的泌水率小于10L/m3。配合比为水泥：砂：石：水：外加剂=334:836:1059:112:63.72。
2.2 混凝土施工温度计算
1）混凝土拌合温度计算参数见表1。混凝土拌合温度T0=∑TiMC/∑MC=21.7℃
2) 混凝土出机温度TI
由于混凝土搅拌机为封闭式，TI=22℃
3）混凝土浇筑温度Tj
Tj=T0+(Ta-TO)( θ1+θ2+θ3)
式中，Ta为室外温度，取15℃，θ1、θ2、θ3分别为各施工阶段温度损失系数，混凝土装卸和运转时θ1取0.032；混凝土运输时θ2=Aty，ty为运输时间（min），A可查表得0.0042；浇筑过程中θ3=0.003tj，tj为浇筑时间（min）；混凝土装卸和运转考虑3次，混凝土运输时间ty为40min，浇筑时间tj为15min。θ1+θ2+θ3=0.245
混凝土浇筑温度Tj=T0+(Ta-TO)( θ1+θ2+θ3)=21.7+（15-21.7）×0.245=20.1℃
4） 水化热绝热温升值T（t）
T（t）=（1-e-mt）mcQ/(Cρ)
Tmax=mcQ/（Cρ)
式中 T（t）――t天龄期内的混凝土绝热温升值，℃；
Tmax――混凝土最大水化热温升值，℃；
mc――每立方米混凝土水泥用量，kg/m3；
Q――水泥水化热量，J/kg；
C――混凝土的比热，一般取0.92-1.00，取0.97J/kg?K；
m――与水泥品种、浇筑时的温度有关的经验系数，查表得0.35
ρ――混凝土的质量密度，取2400kg/m3；
t――混凝土浇筑后至计算时的天数，d。
由水泥厂提供的实验报告知，水泥3d龄期水化热为314J/kg，7d龄期水化热为354J/kg，3d龄期的绝热温升Tmax（3）= 45.05℃，7d龄期的绝热温升Tmax（7）=50.79℃
5）混凝土内部实际最高温度Tmax
Tmax=Tj+T(t) ζ
式中，ζ为不同浇筑厚度的降温系数，
①： 第一次浇筑1.5m，查表得龄期3d的降温系数取0.49；7d龄期降温系数取0.46；
计算得龄期3d的混凝土内部实际最高温度
T3max=20.1+40.05×0.49=39.7℃
7d混凝土内部实际最高温度T7max=20.1+50.79×0.62=50.6℃
②： 一次浇筑3m，查表得龄期3d的降温系数取0.68；7d龄期降温系数取0.65；计算得龄期3d的混凝土内部实际最高温度
T3max=20.1+40.05×0.68=47.3℃
7d混凝土内部实际最高温度T7max=20.1+50.79×0.65=53.1℃
6）混凝土表面温度Tb（t）
Tb（t）=Ta（t）+（4/H2）h′（H- h′）ΔT（t）
式中，Ta――大气平均气温，取15℃；
H――混凝土计算厚度H=h+2 h′，H=4.66m
h′――混凝土的虚厚度，h′=Gλ/β, h′=1.58m；λ为混凝土热导系数，取2.33W/m?K；β为热传导系数，混凝土表面采用草帘被，β=1/（δ/λi+1/βa）=1/（0.05/0.05+1/58）=0.98, δ为保温材料厚度，取0.05m；λi为材料导热系数，草棉被0.05；βa为钢模板导热系数，取58W/m?K；G为计算折减系数，取0.666；
ΔT（t）――龄期为t时，混凝土内部最高气温与外界气温差；
龄期3d内部最高温度与外界最低气温差ΔT（3）=39.7-15.0=24.7℃，；龄期7d内部最高温度与外界最低气温差ΔT（7）=50.6-15.0=35.6℃。龄期3d混凝土表面温度Tb （3）=37.1℃，T3max - Tb （3）=2.6℃
表2 混凝土拌合物运输时间限制
2）混凝土的浇筑
承台混凝土浇筑时配备1台混凝土固定输送泵，确保上、下层及交接带处前后混凝土浇筑间隔不超过初凝时间，确保混凝土在初凝前接茬（不超过10h），不出现冷凝缝。因承台长度超过厚度的3倍，混凝土需斜向分层浇筑，斜面坡度小于1:3，每层厚度控制在30cm左右，每层混凝土方量84.3m3 。为避免出现冷缝，混凝土连续泵送。
混凝土振捣采用直径70mm的插入式振捣器，振捣棒操作遵循“快插慢拔”的原则。振捣中控制好振动棒的移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍，既要防止漏振，也要防止过振，特别注意加强各区浇筑的汇合区，防止漏振。每点振捣时间以20-30s为宜，混凝土以表面不再显著下降、不再冒气泡及表面泛浆为密实。振动器与侧模保持5-10cm的距离，插入下层混凝土10cm左右，并保证在下层混凝土初凝前进行振捣，使混凝土具有良好的密实度和整体性，防止出现施工冷缝。严禁振捣棒触及钢筋、预埋件等；对振捣人员划分施工区域，明确责任，以防漏振、过振。
为保证两次混凝土接触面的连接性，当第一次浇筑混凝土强度达到2.5MPa时，混凝土开始进行人工凿毛，随着混凝土龄期增长，混凝土强度达到10MPa时，开始用风镐进行混凝土的凿毛。凿毛后，用高压水冲洗干净，保证新旧混凝土的连接质量。
3）混凝土防温度裂缝的措施
根据规范要求，混凝土内外温差不得超过20℃。根据大体积混凝土理论热工计算，不能满足规范要求，必须在承台内布设散热管，通冷却循环水降低混凝土内部温度，调整进水口冷却水流速，以满足混凝土内外温差的规范要求。
严格控制混凝土的入模温度（不得高于22℃，根据计算得出），如入模温度高于22℃，拌合站必须采取降温措施，现场浇注时测量混凝土温度为18℃。
本承台浇筑分两次浇筑，第一次浇筑1.5m，第二次浇筑3m。在每次浇筑混凝土中沿竖向水平布置2层散热管。散热管采用直径42mm，壁厚1.2mm的钢管，采用回形布置。下一层散热管距混凝土底面0.7m，上一层散热管距混凝土顶面0.7m。为加强散热效果，每层散热管设置1个进水口,2个出水口，且单独通循环水，以便根据测温数据相应调整冷却水的循环速度，来降低混凝土内外温差。
在通水冷却过程中，要加强混凝土温度及冷却水温度的监测和管理，及时调整混凝土养护措施，尤其是加强保温措施，延缓混凝土升降温速率，减小混凝土的温差梯度，保证混凝土不开裂。
在养护中通过测温记录来指导降温和保温工作的进行，通过调整散热管内的水温及冷却水的流速，控制混凝土内表温差，从而将混凝土内外温差控制在20℃左右。
4）混凝土的内外温度控制技术
为加强混凝土内外部温度控制，预埋测温管,进行人工测温，测温管布置在承台纵、横轴线上，每个轴线上连续布置3根测温管，纵轴线上管间距8.0m，横轴线上管间距为5m，管深5m，管口高出混凝土面50cm，管底用钢板密封。每个测温管内灌满水，通过放入电子温度计测量水温的方法来间接测量混凝土温度。
为了能够更好地掌握混凝土的内部温度， 24h连续测温。待混凝土终凝后，每2h测温一次，并认真记录数据，计算混凝土中心与混凝土表面温度差、混凝土表面与大气温度差、冷却水进、出口水温差，若超过规范温差，及时调整冷却水进水口速度，来调整温差。
4结束语
通过计算混凝土施工的温度，并采取相应措施控制混凝土的入模温度，采取混凝土内布置散热管通冷却水降温、顶面蓄水养护并覆盖保温层及连续测温等技术措施来防止温度裂缝的出现，保证大体积混凝土构件的质量，在实际施工时，采取以上措施能够保证大体积混凝土构件的质量。
参考文献
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[2]周水兴，何兆益，周毅松.《路桥施工计算手册》.人民交通出版社.2001
[3]中华人民共和国交通部. JTJ041-2000 《公路桥涵施工技术规范》.人民交通出版社.2000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。