東一路混凝土溫控報告

1、東一路跨楚河橋橋臺大體積混凝土溫控報告武 漢 理 工 大 學2011年7月東一路跨楚河橋橋臺大體積混凝土溫控報告1 總體完成情況東一路跨楚河橋單個橋臺基礎采用6根2.5m鉆孔灌注樁，其中0#橋臺長約42.00m，寬約10.20m，高約4.00m，混凝土澆筑方量約為1713.60m3；1#橋臺長約47.30m，寬約10.20m，高約4.00m，混凝土澆筑方量約為1929.84m3，0#和1#橋臺均屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。為防止混凝土由水化熱溫升而產(chǎn)生溫度裂縫，保證大橋的長期安全使用，受武漢市市政建設集團有限公司第一直屬項目部委托，武漢理工大學承擔了東沙連通工程東一路跨楚河橋橋臺混凝土的配合比優(yōu)化設

2、計、溫控施工方案設計及現(xiàn)場監(jiān)控工作。武漢理工大學綜合采用分層澆筑以及配合比優(yōu)化設計減少水泥用量的方法，降低水化熱，達到取消冷卻水管，抑制橋臺混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫產(chǎn)生的目的。采用密實骨架堆積設計方法對橋臺大體積混凝土的配合比進行了優(yōu)化設計，高摻粉煤灰和礦粉取代部分水泥，降低了混凝土的水化溫升，提高了混凝土的耐久性能和長期力學性能，并采用了有限元分析軟件對橋臺混凝土的溫度場和溫度應力場進行了計算，根據(jù)計算結(jié)果，橋臺大體積采用合理施工及養(yǎng)護措施可以取消冷卻水管并滿足設計要求。為防止本工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫，武漢理工大學根據(jù)東一路跨楚河橋橋臺的特點提出相應的溫控標準和溫控措施，并對東一路跨楚河

3、橋橋臺進行了內(nèi)部溫度的監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果指導砼的澆筑和養(yǎng)護工作。 0#橋臺和1#橋臺大體積混凝土施工從2011年5月24日開始到2011年6月18日截止，在各方共同努力下，東一路跨楚河橋橋臺大體積混凝土施工質(zhì)量優(yōu)良，沒有產(chǎn)生有害溫度裂縫。橋臺施工及后期養(yǎng)護于晝夜溫差較大的春夏交界期間進行，然而在取消冷卻水管的情況下，橋臺大體積混凝土內(nèi)表最大溫差仍小于25，混凝土的抗拉強度均大于同齡期降溫時產(chǎn)生的拉應力，具有較高的抗裂安全系數(shù)。2 橋臺混凝土配合比優(yōu)化設計及施工2.1 橋臺大體積混凝土配合比橋臺部位大體積混凝土設計強度等級為C40，由于屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，當混凝土中水泥用量大時，其水化溫升高，

4、收縮大，易產(chǎn)生溫度裂縫。為此，本課題組采用密實骨架堆積法進行混凝土配合比設計，從而達到了減少膠凝材料用量、提高混凝土耐久性和體積穩(wěn)定性的目的。密實骨架堆積設計法不僅可以優(yōu)化集料的組成級配，而且顯著提高了混凝土材料的結(jié)構(gòu)致密性，在保證混凝土具有良好工作性的條件下，最大限度的降低膠凝材料的用量進而提高混凝土的力學性能、耐久性和經(jīng)濟性。通過密實堆積計算過程，可得出配制高性能大體積混凝土的水泥、粉煤灰、礦粉、水、砂及粗集料的用量，從而確定橋臺大體積混凝土的初步基準配合比，再根據(jù)混凝土配合比的驗證試驗，確定最終的混凝土最優(yōu)化配合比。1）原材料：水泥：湖北華新P.O42.5水泥，比表面積為330 m2/k

5、g；粉煤灰：武漢青山熱電廠級灰，需水量比為102%，細度為4.8%（篩余）；礦粉：湖北華新S95級，比表面積400m2/kg，實測比表面積為428 m2/kg，流動度比為100%，7天活性指數(shù)為85%，28天活性指數(shù)為101%；砂：十堰五龍中砂，含泥量3.0%，細度模數(shù)2.52.9符合區(qū)顆粒級配；石：碎石，粒徑525mm連續(xù)級配碎石，壓碎值10%，針片狀12%；減水劑：湖北華爍聚羧酸高性能緩凝型減水劑，減水率為28.6%。2）配合比及性能表1 橋臺C40大體積混凝土配合比水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)礦粉(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)減水劑(kg/m3)

6、坍落度(cm)抗壓強度（MPa）0h1h28d14516013013078511004.821.019.547.9表2 橋臺C40大體積混凝土各項性能實測結(jié)果標號坍落度（mm）抗壓強度（MPa）劈裂抗拉強度（MPa）0h1h28d3d7d28dC4021019047.71.62.73.32.2 施工經(jīng)有限元軟件分析計算，在采用合適的預留后澆段分段澆筑方案下，橋臺混凝土可實現(xiàn)取消冷卻水管施工。同時，為確保大體積混凝土施工質(zhì)量，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，施工單位加強對混凝土每一施工環(huán)節(jié)的控制，武漢理工大學和監(jiān)理單位對橋臺大體積混凝土拌合、輸送、澆筑、振搗到養(yǎng)護、保溫整個過程實行了監(jiān)控。本次大體

7、積混凝土施工嚴格按照公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）進行，實施如下：（1）混凝土拌制配料前，各種計量設備進行了計量標定，稱料誤差符合規(guī)范要求。通過及時的檢測粗、細骨料的含水率，調(diào)整用水量，嚴格控制了新拌混凝土質(zhì)量，使混凝土的坍落度保持在18cm21cm，具有優(yōu)良的泵送施工性能。（2）澆筑混凝土前對模板、鋼筋、預埋件、監(jiān)控元件及線路等進行了檢查，同時檢查了倉面內(nèi)沖毛情況是否有碎碴異物等，檢驗合格后開盤施工。（3）澆注混凝土時，通過采用串筒，溜管等設施，并且在串筒出料口下面，混凝土堆積高度不宜超過0.5米，即時攤平，分層振搗，分層澆注厚度（0.5m），保持從倉面一側(cè)向另一側(cè)澆筑的順序

8、和方向，有效防止了混凝土離析。（4）澆筑混凝土時，采用振動器振實：（1）使用插入式振動器，移動間距不應超過振動器作用半徑的1.5倍，與側(cè)模保持5-10cm距離，避開預埋件或監(jiān)控元件10-15cm，插入下層混凝土5-10cm；（2）對每一部位混凝土振動到密實為止，密實的標志是：混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿。（5）嚴格按公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-89）要求進行了各層間和各塊間水平和垂直施工縫處理。（6）各層混凝土澆筑完之后即用塑料薄膜覆蓋混凝土表面進行了養(yǎng)護，一方面避免塑性收縮裂縫的出現(xiàn)，另一方面起到保溫的作用。當遇到寒潮時，混凝土各面使用棉毯進行了表面保溫覆蓋并采取灑水

9、保濕，作法如下：在混凝土表面覆蓋兩層毛毯，上面再包一層彩條布，并適當推遲混凝土的拆模時間，拆模后涂刷養(yǎng)護液并及時保溫覆蓋，以滿足內(nèi)表溫差要求，且拆模時間選擇一天中較高溫度的時刻。待混凝土澆筑到一定的高程后，經(jīng)檢查認可及時回填。3 檢測實施方案及所用儀器3.1 檢測工作順序檢測工作按下列框圖進行：標 定具中器中器具器具器選購溫度傳感器具中器中器具器具器接長電纜具中器中器具器具器選購屏蔽電纜具中器中器具器具器預埋傳感器具中器中器具器具器購保護材料具中器中器具器具器電纜保護具中器中器具器具器連接儀器具中器中器具器具器實施測量具中器中器具器具器成果整理分析具中器中器具器具器溫控效果分析具中器中器具器具

10、器3.2 檢測所用儀器溫度傳感器為PN結(jié)溫度傳感器，溫度檢測儀采用采用LD218型多路數(shù)據(jù)巡記錄控制儀，溫度傳感器的主要技術(shù)性能：（1）測溫范圍-50150 （2）工作誤差±0.5 （3）分辨率0.1 （4）平均靈敏度-2.1(mV/)3.3 監(jiān)測方案為做到信息化施工，真實反映各層混凝土的溫控效果，以便出現(xiàn)異常情況及時采取有效措施，施工過程中對混凝土進行了相關(guān)溫度監(jiān)測。測點布置平面示意圖見圖3-1至3-3。各項監(jiān)測項目在混凝土澆筑后立即進行，連續(xù)不斷。混凝土的溫度監(jiān)測，在升溫階段每隔2h巡回監(jiān)測各點溫度一次。到達峰值后每隔4h監(jiān)測一次，隨著混凝土溫度變化減小，逐漸延長監(jiān)測間隔時間，直

11、至溫度變化基本穩(wěn)定。圖3-1 0#橋臺溫度測點平面布置圖（單位：mm）圖3-2 1#橋臺溫度測點平面布置圖（單位：mm）圖3-3 橋臺混凝土測溫點剖面布置圖（單位：mm）4 橋臺大體積混凝土溫度監(jiān)測結(jié)果及分析東一路跨楚河橋橋臺大體積混凝土各層測溫點的測溫記錄及內(nèi)表溫差計算結(jié)果（見附表1-2）。4.1 1#橋臺混凝土溫度經(jīng)時曲線4.1.1 1#橋臺第一次澆筑混凝土溫度經(jīng)時曲線圖4-1 1#橋臺-第一層測點溫度經(jīng)時變化曲線圖4-2 0#橋臺-第二層測點溫度經(jīng)時變化曲線4.1.2 1#橋臺第二次澆筑混凝土溫度經(jīng)時曲線圖4-3 2#橋臺-澆筑塊1-第三層測點溫度經(jīng)時變化曲線4.1.2 1#橋臺第二次澆

12、筑混凝土溫度經(jīng)時曲線圖4-4 2#橋臺-澆筑塊2-第一層測點溫度經(jīng)時變化曲線圖4-5 2#橋臺-澆筑塊2-第二層測點溫度經(jīng)時變化曲線圖4-6 2#橋臺-澆筑塊2-第三層測點溫度經(jīng)時變化曲線圖4-7 橋臺養(yǎng)護期間氣溫經(jīng)時變化曲線 4.3 應力分析上述監(jiān)測結(jié)果可知，由于0#橋臺養(yǎng)護期間遇大幅降溫天氣，內(nèi)外溫差較1#橋臺大，由內(nèi)外溫差引起的溫度應力大于1#橋臺，故此處僅對0#橋臺進行相關(guān)應力分析。通過監(jiān)測結(jié)果調(diào)整混凝土水化放熱特征數(shù)據(jù)采用有限元軟件再次匹配進行溫度應力模擬，從而得出各齡期下大體積混凝土內(nèi)部的溫度應力水平。應力模擬結(jié)果見下圖：圖4-8 橋臺第一層第3d混凝土內(nèi)部溫度應力場圖4-9 橋臺

13、第一層第7d混凝土內(nèi)部溫度應力場圖4-10橋臺第一層第28d混凝土內(nèi)部溫度應力場圖4-11 橋臺第二層第3d混凝土內(nèi)部溫度應力場圖4-12橋臺第二層第7d混凝土內(nèi)部溫度應力場圖4-19橋臺第二層第28d混凝土內(nèi)部溫度應力場各齡期下混凝土的最大拉應力分析結(jié)果見表3：表3 橋臺混凝土最大拉應力表（MPa） 齡期編號第3天第7天第28天2#橋臺第一層0.560.761.112#橋臺第二層0.620.801.30由上述分析結(jié)果以及混凝土相關(guān)力學性能可知，經(jīng)設置后澆段分塊澆筑及配合比優(yōu)化設計后的東一路跨楚河橋橋臺大體積混凝土其澆筑后各齡期下的溫度應力均小于其各齡期下混凝土的劈裂抗拉強度，且具有較高安全系

14、數(shù)，滿足相關(guān)設計要求。5 結(jié)果分析由橋臺大體積混凝土的監(jiān)測記錄可得：各層混凝土溫度變化都有迅速的升溫和緩慢降溫的特征，直到最后達到穩(wěn)定階段。在未進行預埋冷卻水管施工的情況下：0#橋臺第一次澆筑（2.5m厚），入模溫度21-23，最高溫度為60.5，斷面最高平均溫度為52.1，最大內(nèi)外溫差為16.3；0#橋臺第二次澆筑（1.5m厚），入模溫度20-24，最高溫度為55.1，斷面最高平均溫度為53.8，最大內(nèi)外溫差為22.6。1#橋臺第一次澆筑（2.5m厚），入模溫度18-22，最高溫度為59.8，斷面最高平均溫度為58.9，最大內(nèi)外溫差為17.8；1#橋臺第二次澆筑（1.5m厚），入模溫度22-

15、25，最高溫度為59.7，斷面最高平均溫度為57.4，最大內(nèi)外溫差為11.7?；炷翝仓K體的里表溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）均滿足大體積混凝土施工規(guī)范中規(guī)定不宜大于25的要求，其混凝土澆筑體表面與大氣溫差滿足大體積混凝土施工規(guī)范中規(guī)定不宜大于20的要求。為避免日間太陽輻射及較高環(huán)境溫度對大體積混凝土產(chǎn)生不利影響，本工程橋臺混凝土施工均于夜間進行，橋臺混凝土入模溫度均在25以內(nèi)，較低的入模溫度延緩了混凝土的水化過程，使得礦粉、粉煤灰等礦物摻合料水化過程延遲，溫峰出現(xiàn)的時間推遲且持續(xù)時間延長，導致監(jiān)測的混凝土內(nèi)部溫度與前期模擬分析的混凝土內(nèi)部溫度有部分差異。經(jīng)武漢理工大學長期以來對大體積混凝

16、土的相關(guān)研究工作以及眾多實際工程經(jīng)驗表明，大體積混凝土的溫度裂縫多由放熱及降溫過程中的溫度分布不均勻，產(chǎn)生了較大溫度梯度引起，當混凝土內(nèi)外溫差控制得當時，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的幾率即會大大降低。同時，由有限元分析結(jié)果及力學試驗結(jié)果可知，橋臺混凝土劈裂抗拉強度均大于同齡期下混凝土溫度應力，且有較大安全系數(shù)。由于本次橋臺在養(yǎng)護過程中晝夜氣溫變化顯著，在較大的氣溫波動下，極不利于大體積混凝土內(nèi)外溫差控制，故澆筑工作完成后即對頂面混凝土采取塑料薄膜覆蓋措施，有效抑制了氣溫對混凝土表面的影響，阻止了混凝土干縮的發(fā)生；橋臺后期養(yǎng)護過程中，為不影響上部結(jié)構(gòu)的施工進度，對于橋臺頂面和側(cè)面采用即時灑水保濕養(yǎng)護措施；為防止邊部混凝土降溫過快，使混凝土內(nèi)外溫差加大，橋臺混凝土拆模后即進行了土方回填，成功使內(nèi)外溫差控制在25以內(nèi)，經(jīng)過拆模觀察混凝土表面質(zhì)量良好，無溫度裂縫產(chǎn)生。6 總結(jié)武漢理工大學采用密實骨架堆積設計方法對橋臺大體積混凝土的配合比進行了優(yōu)化設計，高摻粉煤灰和礦粉取代部分水泥，降低了混凝土的水化溫升，提高了混凝土的耐久性能和長期力學性能，并采用有限元分析軟件進行了橋臺混凝土的溫度場和溫度應力場計算，確定了分層澆筑的最佳澆